Atraso de satélite na rede SpaceX
Latência (latência em inglês), ou ping, é uma grande vantagem para redes de satélite em órbita baixa sobre redes em órbita geoestacionária (GSO, 36 mil km acima da Terra). Para o GSO, o atraso unilateral é de 600-800 milissegundos e é determinado pelo tempo em que o sinal de rádio atinge o satélite e retorna à Terra. Ping é igual a duas vezes o tempo de atraso. A grande latência não só apresenta grandes problemas para aplicativos de Internet importantes como túneis VPN, área de trabalho remota e até mesmo conversas telefônicas, sem falar em jogos de computador, mas também reduz drasticamente a velocidade de transmissão de informações sobre o protocolo IP no canal, independentemente em sua largura de banda física formal.

É a baixa latência (ping) que é um elemento chave para redes LEO e sua principal vantagem sobre os satélites operando em órbita geoestacionária. É fundamental para o SpaceX ter um ping de menos de 100 milissegundos, que é um critério para o FCC ao considerar os pedidos de subsídios do orçamento para conectar assinantes em áreas rurais (programa RDOF). Com um atraso maior, é quase impossível obter essa bolsa. Se falarmos sobre a quantidade de atraso, para o assinante, ele é formado a partir do atraso na rede de satélite (entre o gateway e o terminal do assinante) e o atraso na rede terrestre - do gateway para o NCC da rede Starlink - o ponto de troca de tráfego e o site de que o assinante precisa.
O atraso em um segmento de satélite consiste em três componentes:
- Atraso no espaço sideral (há um atraso de 3-4 milissegundos),
- Atraso de hardware ao modular e demodular o tráfego IP em um sinal de rádio (é 5-20 milissegundos),
- Atraso na atribuição de NCC de um lugar em um quadro (superquadro) para transmissão de tráfego de um gateway / terminal. Para vários modos de operação, por exemplo, no caso de usar frequências no modo de um canal dedicado, esse atraso pode ser igual a zero. Para modos de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDM), esse atraso pode ser de dezenas de milissegundos.

Em conexão com o exposto, as premissas de alguns autores de que a transferência de informações para negociação em bolsa de valores na rede Starlink pode ser mais rápida do que em redes ópticas terrestres, devido ao uso de vários saltos via satélite, são inequivocamente erradas - devido ao acúmulo de erro de hardware no pouso no portal e uma nova subida ao satélite.
Em 29 de setembro de 2020, a SpaceX enviou uma carta à FCC, na qual citava os dados obtidos durante o teste beta fechado de terminais de assinantes em agosto-setembro de 2020. A carta contém a seguinte programação para um teste semanal de um grupo de 30 terminais, com transferência de arquivos em 15 segundos. Mais de 1 milhão de medições de tempo de atraso foram feitas.

Como você pode ver no gráfico, em 95% dos casos, o atraso foi inferior a 42 milissegundos e em 50% menos de 30 ms, o que se adequa perfeitamente aos requisitos do programa RDOF, mas dificilmente pode ser usado para organizar a negociação de câmbio de alta frequência ...
Métodos de acesso ao espectro de RF
Entre os métodos de acesso do terminal de assinante ao espectro de radiofrequência do satélite, destacam-se os seguintes:
- Com atribuição permanente da banda de frequência ao terminal.
- Exija acesso múltiplo atribuído.
O primeiro método é muito mais simples na implementação de hardware, enquanto uma certa parte do espectro de frequência do satélite é atribuída a cada terminal.

Figura: Espectrograma de utilização do recurso frequência no modo de canal dedicado do SCPC - Canal Único por Tipo de Operadora
A vantagem deste método é a velocidade de estabelecimento da ligação - assim que a antena do terminal apontar para o satélite, pode começar a transmissão da informação para o gateway. A desvantagem deste método é que o segmento de satélite é usado de forma irracional, uma vez que na maioria das vezes o terminal de assinante não transmite informações, a eficiência (ou taxa de utilização) de tal canal raramente ultrapassa 5%. Assim, por exemplo, se o plano de serviço de rede Starlink promete ao assinante uma velocidade de 100/40 Mbit / s, então o número máximo de assinantes ao usar o modo de canal dedicado será 6 Gb / 100 Mbit = 60 assinantes, o que torna a rede profundamente não lucrativa.
O segundo princípio é o acesso de vários assinantes a um canal de frequência com divisão de tempo ou frequência.
Métodos com acesso em grupo (TDMA - Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo, FDMA - Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência, etc.), apesar da complexidade de sua implementação e dos requisitos de sincronização no envio de pacotes dos terminais de assinantes, permitem várias dezenas de vezes mais eficiente no uso da faixa de frequência da rede e transmitir dezenas de vezes mais informações (tráfego de assinantes).

Figura: Esquema de acesso a um recurso de frequência de satélite usando acesso de grupo TDM / TDMA.
Outra vantagem de tais sistemas é que é possível variar a taxa de transferência de dados para um terminal separado em uma ampla faixa - o sistema permite que você redirecione quase toda a largura de banda da estação de gateway para um terminal de assinante. No entanto, isso aumenta significativamente o atraso na transmissão, porque o Centro de Controle de Rede (NCC) é responsável por atribuir a hora e o local no quadro para enviar o pacote pelo terminal de assinante, e primeiro as informações que o terminal de assinante X deseja ficar online e iniciar a transmissão devem ir para O NCC, para aí ser processado, deve determinar a presença de slots livres no quadro do satélite mais próximo (e se estiver totalmente carregado, em outro), e as informações sobre as frequências livres serão transmitidas para o gateway e deste para o terminal de assinante.Só depois eles podem começar a transmitir, e nesta frequência o terminal de assinante irá transmitir apenas durante o tempo em que estiver em um miniponto com determinada polarização e frequências, ou seja, não mais que 6-7 segundos, após os quais o terminal cairá na zona de outro mini-feixe, com diferentes frequências e / ou polarizações. É ideal se a informação sobre o volume de tráfego exigido pelo assinante for relatada com antecedência ao NCC, e este último será capaz de reservar slots no quadro para este terminal em todos os minipontos em que o terminal de assinante cairá quando o satélite se mover sobre a casa do assinante. Se houver tal roteiro na memória do terminal de assinante, será possível fornecer comunicação contínua e visualização contínua de vídeo na Internet.enquanto estiver em um miniponto com determinada polarização e frequências, ou seja, não mais que 6-7 segundos, após os quais o terminal cairá na zona de outro minifeixe, com frequências e / ou polarização diferentes. É ideal se a informação sobre o volume de tráfego exigido pelo assinante for relatada com antecedência ao NCC, e este último será capaz de reservar slots no quadro para este terminal em todos os minipontos em que o terminal de assinante cairá quando o satélite se mover sobre a casa do assinante. Se houver tal roteiro na memória do terminal de assinante, será possível fornecer comunicação contínua e visualização contínua de vídeo na Internet.enquanto estiver em um miniponto com determinada polarização e frequências, ou seja, não mais que 6-7 segundos, após os quais o terminal cairá na zona de outro minifeixe, com frequências e / ou polarização diferentes. É ideal se a informação sobre o volume de tráfego exigido pelo assinante for relatada com antecedência ao NCC, e este último será capaz de reservar slots no quadro para este terminal em todos os minipontos em que o terminal de assinante cairá quando o satélite se mover sobre a casa do assinante. Se houver tal roteiro na memória do terminal de assinante, será possível fornecer comunicação contínua e visualização contínua de vídeo na Internet.será avisado com antecedência ao NCC, e este poderá reservar slots no quadro para este terminal em todos os minipontos em que o terminal de assinante cair quando o satélite passar pela casa do assinante. Se houver tal roteiro na memória do terminal de assinante, será possível fornecer comunicação contínua e visualização contínua de vídeo na Internet.será avisado com antecedência ao NCC, e este poderá reservar slots no quadro para este terminal em todos os minipontos em que o terminal de assinante cair quando o satélite passar pela casa do assinante. Se houver tal roteiro na memória do terminal de assinante, será possível fornecer comunicação contínua e visualização contínua de vídeo na Internet.
Naturalmente, isso aumenta a complexidade dos equipamentos dos gateways, terminais de assinantes e de toda a rede, exigindo controle contínuo da Central de Controle, mantendo a operação síncrona de todos os gateways e terminais de assinantes.
Por razões gerais, o primeiro método de canal dedicado é mais adequado para organizar comunicações para tarefas militares / governamentais e o segundo para fornecer serviços a usuários comerciais comuns. Atualmente não há informações sobre qual método de acesso ao segmento espacial e seus detalhes serão usados no sistema Starlink. No entanto, dado que o projeto Starlink original foi executado por pessoas da Broadcom, uma empresa especializada em banda larga terrestre e 5G, os protocolos de acesso podem ser retirados.
Em 29 de setembro, a SpaceX enviou uma carta à FCC, rebatendo os comentários da ViaSat sobre sua aplicação para alterar a rede StarLink, esta carta pela primeira vez fornece dados sobre o formato do canal de satélite na linha para o terminal de assinante:
Até recentemente, a rede agrupava terminais de usuário em grupos de 8 por quadro de rádio, em vez dos 20 terminais por quadro de rádio que o sistema suporta. Esta opção operacional é para suportar a otimização e teste contínuos da rede, mas tem a consequência de introduzir um atraso 2,5 vezes maior entre os quadros de rádio para um determinado usuário em uma célula totalmente carregada, correspondendo aos tamanhos de grupo menores. É importante ressaltar que esse recurso do software acaba de ser ativado e é projetado especificamente para otimizar as velocidades em células altamente populosas, aumentando o rendimento em aproximadamente 2,5 vezes.
Com base neste parágrafo, podemos concluir que o canal utiliza o método de acesso TDM.
Informações sobre acréscimos a materiais publicados anteriormente
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- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 1. Nascimento do projeto
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 2. Rede Starlink
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 3. Complexo de solo
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 4. Terminal de assinante
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 5. Status da constelação Starlink e beta fechado
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 6. Teste beta e serviço para assinantes
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 7. Largura de banda da rede Starlink e programa RDOF
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 8. Instalação e ativação do terminal de assinante
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 9. Serviço em mercados fora dos EUA
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 10. Starlink e o Pentágono
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 11. Starlink e Astrônomos
- Tudo sobre o projeto Starlink Satellite Internet. Parte 12. Problemas com Starlink e detritos espaciais