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卫星互联网哪家强?MIT比较了星链、OneWeb、Telesat和亚马逊的数据传输容量

前瞻网    2021-06-23 19:02

 

 

卫星互联网哪家强?MIT比较了星链、OneWeb、Telesat和亚马逊的数据传输容量

最近几个月,不少人在网上说看到了一个像星星一样的点在夜空中穿行。这种现象不是什么外星人、UFO,实际上是一系列卫星,由SpaceX发射,并且会越来越多,最后组成一个“超大星座”环绕着地球,为全球提供高速互联网。

马斯克的星链是(Starlink)目前为数不多的正在开发中的全球卫星网络之一。每一颗卫星都被设计成以不同的高度和倾角向地球,将部署数万颗卫星,让偏远地区和农村用户有互联网上。

现在,麻省理工学院航空航天系的研究人员对来自SpaceX、Telesat、OneWeb和亚马逊的四大全球卫星网络方案进行了比较。研究人员根据这些公司向联邦通信委员会(FCC)报告的技术规格,计算了每种网络的吞吐量,或全球数据容量。

虽然这些网络在卫星、地面站和通信能力的提议数量和配置上各不相同,但研究团队发现每个星座可以提供大约每秒几十TB的总容量。

按照提议,这些超级星座不太可能取代目前能够支持每秒数千TB的陆基网络。然而,团队的结论是,卫星互联网可以填补传统电缆连接不可行或无法连接的空白,比如在农村地区、偏远极地和沿海地区,甚至在空中和海外。

麻省理工学院系统架构组的前研究生Inigo Del Portillo说:“像纽约或洛杉矶这样的人口密集地区无法完全由卫星提供服务。”“但这些星座可以给目前没有任何服务、没有光纤的地区带来很大的吞吐量。对这些领域来说,真的可以改变生活。”

Del Portillo和同事们将在下周的IEEE国际通信会议上发表一篇论文,详述这一研究结果。这篇论文在麻省理工学院的合著者包括研究生兼首席作者尼尔斯·帕切勒、福特工程基金会教授爱德华·克劳利和系统架构组主任布鲁斯·卡梅隆。

卫星互联网哪家强?MIT比较了星链、OneWeb、Telesat和亚马逊的数据传输容量

图片来源:MIT News

一种全新竞争

世界上绝大多数高速互联网接入来自陆上网络——电缆、DSL、光纤和无线发射塔——只有少数通过区域卫星网络传输。自20世纪90年代以来,各国开展了各种各样的近地轨道卫星群发射工作,提供全球宽带服务。然而,这些努力很快被迅速扩大的陆地基础设施所掩盖。

“20年前,一个巨大的泡沫破灭了,现在我们要问的问题是,数据需求的巨大增长是否能够支持一个,甚至几个提供全球互联网的竞争对手。” 卡梅隆说。

近年来,卫星软硬件技术有所进步,对宽带的需求也在增长,因此从太空覆盖全球互联网的想法又开始浮出水面。SpaceX和OneWeb正在部署卫星,作为各自拟议网络的一部分,而Telesat和亚马逊正在推进自己的卫星群。

不过,这种巨型网络计划遭到了天文学界的批评,因为向太空发射的数千颗卫星可能会掩盖天文学家对天体物理源的观测。Del Portillo则想知道,对于世界上那些无法上网或网价昂贵的地区来说,新提案是否可行、可靠。

卫星快照

2018年,作为博士研究工作的一部分,Del Portillo计算了当时由SpaceX、OneWeb和Telesat提出的三个最大星座的吞吐量。从那以后,这三家公司都修改了最初的提案,亚马逊也宣布了自己的“超级星座”。在这项新的研究中,他的目标是更新所有四个网络的吞吐量估计。

该团队根据各公司向联邦通信委员会提交的最新申请,估计了每个网络的总吞吐量。最新申请包括技术规格,如卫星总数、卫星轨道的平面和倾角,以及卫星之间的通信能力。利用这些数据,该团队创建了每个网络卫星配置的模拟,并在一天内运行模拟,每分钟拍摄每个卫星在天空中的位置“快照”。他们还记录了卫星的覆盖范围,也就是卫星在那一刻能够进行通信的空间体积。

研究人员使用了一个大气模型来改变当前周围的条件,以及一个需求模型,该模型基于世界人口网格地图来估计卫星覆盖区域内的用户数量。他们还使用了一种算法来计算网关的数量,即卫星为了接触到最多的用户需要中转的地面站的数量。最后,他们使用链路预算模型来计算卫星的吞吐量。

总的来说,他们发现所有四个网络的吞吐量都达到了每秒几十TB,尽管每个网络通过不同的配置实现这一目标。例如,Telesat的网络中卫星数量较少,大约1600颗,但与OneWeb网络中的卫星相比,每颗都有更先进的能力,后者计划用更多卫星(超过6000颗)来弥补。

SpaceX的星链是最接近投入使用的,已经发射了计划中4400颗卫星的1000多颗。在最近提交给联邦通信委员会(FCC)的文件中,该公司降低了卫星轨道的高度,团队发现这提高了其总体吞吐量。

该团队发现,如果亚马逊也要建造不成比例的网关天线,它的卫星配置将提供四个网络中最高的数据速率。该团队估计,全球大约有4000个网关天线。“理论上,亚马逊的吞吐量更高。但这些公司正在进行新的迭代,以超越自己,获得更强大的系统。所以这是激动人心的时刻。” Del Portillo 表示,“每个人都在谈论航天工业中的这些星座。有些人认为他们能改变世界,有些人认为他们会失败。但目前仍有很多创新在进行。”

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