Retraso de satélite en la red SpaceX
La latencia (latencia en inglés), o ping, es una gran ventaja para las redes de satélites en órbita baja sobre las redes en órbita geoestacionaria (OSG, 36 mil km sobre la Tierra). Para la OSG, la demora unidireccional es de 600 a 800 milisegundos y está determinada por el momento en que la señal de radio llega al satélite y regresa a la Tierra. Ping es igual al doble del tiempo de retardo. La latencia grande no solo presenta grandes problemas para aplicaciones de Internet críticas como túneles VPN, escritorio remoto e incluso conversaciones telefónicas, sin mencionar los juegos de disparos de computadora, sino que también reduce drásticamente la velocidad de transmisión de información a través del protocolo IP en el canal, independientemente en su ancho de banda físico formal.
La baja latencia (ping) es un elemento clave para las redes LEO y su principal ventaja sobre los satélites que operan en órbita geoestacionaria. Es fundamental que SpaceX tenga un ping de menos de 100 milisegundos, que es un criterio para la FCC al considerar solicitudes de subvenciones del presupuesto para conectar suscriptores en áreas rurales (el programa RDOF). Con un retraso mayor, es casi imposible obtener esta subvención. Si hablamos de la cantidad de retraso, entonces para el suscriptor se forma a partir del retraso en la red satelital (entre la puerta de enlace y el terminal del suscriptor) y el retraso en la red terrestre, desde la puerta de enlace hasta el NCC de la red Starlink, el punto de intercambio de tráfico y el sitio que el suscriptor necesita.
El retraso en un segmento de satélite consta de tres componentes:
- Retraso en el espacio exterior (hay un retraso de 3-4 milisegundos),
- Retraso del hardware al modular y demodular el tráfico IP en una señal de radio (esto es de 5 a 20 milisegundos),
- Retraso en la asignación NCC de un lugar en una trama (supertrama) para la transmisión de tráfico desde una puerta de enlace / terminal. Para varios modos de funcionamiento, por ejemplo, en el caso de utilizar frecuencias en el modo de un canal dedicado, este retardo puede ser igual a cero. Para los modos de acceso múltiple por división de tiempo (TDM), este retraso puede ser de decenas de milisegundos.
En relación con lo anterior, las suposiciones de algunos autores de que la transferencia de información para negociar en la bolsa de valores en la red Starlink puede ser más rápida que en las redes ópticas terrestres, debido al uso de varios saltos vía satélite, son inequívocamente erróneas, debido a la acumulación de errores de hardware al aterrizar. en la pasarela y una nueva ascensión al satélite.
El 29 de septiembre de 2020, SpaceX envió una carta a la FCC, en la que citó los datos obtenidos durante la prueba beta cerrada de terminales de suscriptor en agosto-septiembre de 2020. La carta contiene el siguiente programa para una prueba semanal de un grupo de 30 terminales, con transferencias de archivos en 15 segundos. Se han realizado más de 1 millón de mediciones de tiempo de retardo.
Como puede ver en el gráfico, en el 95% de los casos, el retraso fue de menos de 42 milisegundos, y en el 50% de menos de 30 ms, lo que se adapta perfectamente a los requisitos del programa RDOF, pero difícilmente se puede utilizar para organizar operaciones de cambio de alta frecuencia ...
Técnicas de acceso al espectro de RF
Entre los métodos de acceso del terminal de abonado al espectro de radiofrecuencia en el satélite, se distinguen los siguientes:
- Con asignación permanente de la banda de frecuencias al terminal.
- Acceso múltiple asignado por demanda.
El primer método es mucho más simple en la implementación del hardware, mientras que una cierta parte del espectro de frecuencias del satélite se asigna a cada terminal.
Figura: Espectrograma del uso del recurso de frecuencia en el modo de un canal dedicado del tipo SCPC - Canal único por portadora.
La ventaja de este método es la velocidad de establecimiento de una conexión - tan pronto como la antena del terminal apunta al satélite, puede comenzar la transmisión de información a la puerta de enlace. La desventaja de este método es que el segmento de satélite se usa irracionalmente, ya que la mayoría de las veces el terminal de abonado no transmite información, la eficiencia (o tasa de utilización) de dicho canal rara vez excede el 5%. Entonces, por ejemplo, si el plan de servicio de red Starlink promete a un suscriptor una velocidad de 100/40 Mbit / s, entonces el número máximo de suscriptores cuando se usa el modo de canal dedicado será de 6 Gb / 100 Mbit = 60 suscriptores, lo que hace que la red no sea rentable.
El segundo principio es el acceso de varios suscriptores a un canal de frecuencia con división de tiempo o frecuencia.
Los métodos con acceso grupal (TDMA - Time Division Multiple Access, FDMA - Frequency Division Multiple Access, etc.), a pesar de la complejidad de su implementación y los requisitos de sincronización en el envío de paquetes desde terminales de abonado, permiten un uso varias decenas de veces más eficiente del rango de frecuencias de la red. y transmitir decenas de veces más información (tráfico de abonados).
Figura: Esquema de acceso a un recurso de frecuencia de satélite utilizando acceso de grupo TDM / TDMA.
Otra ventaja de tales sistemas es que es posible variar la velocidad de transferencia de datos a un terminal separado en un amplio rango; el sistema le permite redirigir casi todo el ancho de banda de la estación de puerta de enlace a un terminal de abonado. Sin embargo, esto aumenta significativamente el retraso en la transmisión, porque el Centro de Control de Red (NCC) es responsable de asignar la hora y el lugar en la trama para enviar el paquete por el terminal del suscriptor, y primero debe ir a la información que el terminal del suscriptor X quiere conectarse e iniciar la transmisión. El NCC, para ser procesado allí, debe determinar la presencia de slots libres en la trama en el satélite más cercano (y si está completamente cargado, en otro), y la información sobre las frecuencias libres se transmitirá a la pasarela, y desde ésta al terminal de abonado.Solo después de eso pueden comenzar a transmitir, y en esta frecuencia el terminal del suscriptor transmitirá solo durante el tiempo que esté en un mini-punto con una polarización y frecuencias determinadas, es decir, no más de 6-7 segundos, después de lo cual el terminal caerá en la zona de otro mini-haz, con diferentes frecuencias y / o polarizaciones. Es óptimo si la información sobre el volumen de tráfico requerido por el suscriptor se informa con anticipación al NCC, y este último podrá reservar ranuras en el marco para este terminal en todos los mini-puntos en los que caerá el terminal del suscriptor cuando el satélite se mueva sobre la casa del suscriptor. Si existe una hoja de ruta de este tipo en la memoria del terminal de abonado, será posible proporcionar una comunicación fluida y una visualización de vídeo continua en Internet.mientras esté en un mini-punto con una polarización y frecuencias determinadas, es decir, no más de 6-7 segundos, después de lo cual el terminal caerá en la zona de otro mini-haz, con diferentes frecuencias y / o polarización. Es óptimo si la información sobre el volumen de tráfico requerido por el suscriptor se reporta previamente al NCC, y este último podrá reservar espacios en el marco para este terminal en todos los mini-puntos en los que caerá el terminal del suscriptor cuando el satélite se mueva sobre la casa del suscriptor. Si existe una hoja de ruta de este tipo en la memoria del terminal de abonado, será posible proporcionar una comunicación fluida y una visualización de vídeo continua en Internet.mientras esté en un mini-punto con una polarización y frecuencias determinadas, es decir, no más de 6-7 segundos, después de lo cual el terminal caerá en la zona de otro mini-haz, con diferentes frecuencias y / o polarización. Es óptimo si la información sobre el volumen de tráfico requerido por el suscriptor se reporta previamente al NCC, y este último podrá reservar espacios en el marco para este terminal en todos los mini-puntos en los que caerá el terminal del suscriptor cuando el satélite se mueva sobre la casa del suscriptor. Si existe una hoja de ruta de este tipo en la memoria del terminal de abonado, será posible proporcionar una comunicación fluida y una visualización de vídeo continua en Internet.será notificado previamente al NCC, y este último podrá reservar slots en el frame para este terminal en todos los mini-puntos en los que caerá el terminal de abonado cuando el satélite se desplace sobre la casa del abonado. Si existe una hoja de ruta de este tipo en la memoria del terminal de abonado, será posible proporcionar una comunicación fluida y una visualización de vídeo continua en Internet.será avisado previamente a la NCC, y esta podrá reservar slots en el frame para este terminal en todos los mini-puntos en los que caerá el terminal de abonado cuando el satélite se desplace sobre la casa del abonado. Si existe una hoja de ruta de este tipo en la memoria del terminal de abonado, será posible proporcionar una comunicación fluida y una visualización continua de vídeo en Internet.
Naturalmente, esto aumenta la complejidad de los equipos de pasarelas, terminales de abonado y de toda la red, requiriendo un control continuo desde el Centro de Control, manteniendo el funcionamiento síncrono de todas las pasarelas y terminales de abonado.
Por razones generales, el primer método de canal dedicado es más adecuado para organizar comunicaciones para tareas militares / gubernamentales, y el segundo es para proporcionar servicios a clientes comerciales ordinarios. Actualmente no hay información sobre qué método de acceso al segmento espacial y sus detalles se utilizarán en el sistema Starlink. Sin embargo, dado que el proyecto original de Starlink fue realizado por nativos de Broadcom, que se especializa en banda ancha terrestre y 5G, los protocolos de acceso se les pueden quitar.
El 29 de septiembre, SpaceX envió una carta a la FCC, contrarrestando los comentarios de ViaSat sobre su aplicación para cambiar la red StarLink, esta carta proporciona por primera vez datos sobre el formato del canal satelital en la línea al terminal del suscriptor:
Hasta hace poco, la red había estado agrupando terminales de usuario en grupos de 8 por cuadro de radio, en lugar de los 20 terminales por cuadro de radio que admite el sistema. Esta opción operativa es para apoyar la optimización y las pruebas continuas de la red, pero tiene la consecuencia de introducir un retardo 2,5 veces mayor entre tramas de radio para un usuario dado en una celda completamente cargada, correspondiente a los tamaños de grupo más pequeños. Es importante destacar que esta función de software se acaba de habilitar y está diseñada específicamente para optimizar las velocidades en celdas densamente pobladas, aumentando el rendimiento aproximadamente 2,5 veces.
Con base en este párrafo, podemos concluir que el canal utiliza el método de acceso TDM.
Información sobre adiciones a materiales publicados anteriormente
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- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 1. Nacimiento del proyecto
- Todo sobre el proyecto Starlink Satellite Internet. Parte 2. Red Starlink
- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 3. Complejo terrestre
- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 4. Terminal de abonado
- Todo sobre el proyecto Starlink Satellite Internet. Parte 5. Estado de la constelación de Starlink y beta cerrada
- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 6. Prueba y servicio beta para suscriptores
- Todo sobre el proyecto Starlink Satellite Internet. Parte 7. Programa de ancho de banda y RDOF de Starlink Network
- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 8. Instalación y activación del terminal de abonado
- Todo sobre el proyecto Starlink Satellite Internet. Parte 9. Servicio en mercados no estadounidenses
- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 10. Starlink y el Pentágono
- Todo sobre el proyecto Starlink Satellite Internet. Parte 11. Starlink y astrónomos
- Todo sobre el proyecto de Internet por satélite de Starlink. Parte 12. Problemas de Starlink y desechos espaciales