اینترنت ماهواره ای

اینترنت ماهواره ای چیست؟

در دنیای امروز، استفاده از اینترنت و ایجاد کسب و کار مجازی یک اصل مهم و انکارناپذیر است. همان طور که ما برای زنده ماندن به اکسیژن نیاز داریم کسب و کارهای کوچک و بزرگ برای توسعه و پیشرفت به اینترنت نیازی جدی و ویژه دارند. با استفاده از دنیای مجازی شما می توانید خانه خود را به یک شرکت تبدیل کنید و در شهر خود با دیگر شهرهای کشورتان و حتی سایر کشورها ارتباط برقرار کنید. با کمک دنیای مجازی می توانید مشتری های زیادی به دست آورید و کار خود را با کمترین هزینه توسعه دهید. با ساخت یک وبسایت در کمترین زمان ممکن و یا از طریق ایجاد کانال یوتیوب و ارتقا آن و از همه مهم تر استفاده از اپلیکیشن مجبوب این روزها، اینستاگرام می توانید خدمات خود را معرفی کنید و یا محصولات خود را ارائه دهید. به طور مثال بازاریابی اینستاگرامی، بازاریابی هشتگ، ایمیل مارکتینگ و بازاریابی دیجیتال همه و همه با کمک اینترنت امکان پذیر است. اهمیت اینترنت فقط در بازاریابی، ارائه خدمات و فروش محصولات خلاصه نمی شود. امروزه شما با کمک اینترنت می توانید از آموزش های رایگان و هم غیر رایگان بهره مند شوید. شما بدون پیمودن مسیر و جا به جایی می توانید در خانه و یا محل کار خود مهارتهای زیادی را بیاموزید. بنابراین با وجود این همه ویژگی مثبت و کارایی فراوان، دسترسی به اینترنت یک نیاز حیاتی برای همه ی افراد است. این نیاز انسان را به ایجاد تحول در عصر اینترنت و پیشرفت فناوری سوق می دهد. در این مقاله می خواهیم به اینترنت ماهواره ای بپردازیم. این مبحث امروزه در دنیای مجازی جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. 

دسترسی به اینترنت ماهواره ای دسترسی به اینترنتی است که از طریق ماهواره های ارتباطی ارائه می شود. سرویس اینترنت ماهواره ای معمولاً از طریق ماهواره های زمین که می توانند سرعت داده های نسبتاً بالایی را در اختیار کاربران قرار دهند، ارائه می شود. خوب است بدانید ماهواره های جدیدتر از باند Ku برای دستیابی به سرعت داده های پایین دست تا 506 مگا بیت بر ثانیه استفاده می کنند. علاوه بر این، صورت فلکی اینترنتی ماهواره ای جدیدی در مدار پایین زمین در حال توسعه است تا دسترسی به اینترنت با تأخیر کم از فضا امکان پذیر شود.

شرکت ها و بازارهای ارائه دهنده اینترنت ماهواره ای در ایالات متحده که خدمات اینترنت خانگی را در ایالات متحده ارائه می دهند شامل ViaSat ، از طریق نام تجاری Exede ، EchoStar ، از طریق شرکت تابعه HughesNet و Starlink می باشد. استارلینک سرعت بسیار بالایی دارد و تاخیر بسیار کمتری نسبت به اینترنت های ماهواره ای دارد.

همچنین در انگلستان نیز شرکت های ارائه دهنده اینترنت ماهواره ای شامل Bigblu ، Broadband Everywhere و Freedomsat می باشند. 

ساختار اینترنت ماهواره ای چگونه است؟

اینترنت ماهواره ای عموماً بر سه جزء اصلی متکی است:

 ماهواره ارتباطی که از نظر تاریخی در مدار ثابت زمین GEO و در حال حاضر به طور فزاینده ای در مدار پایین زمین (LEO)  یا مدار متوسط ​​زمین MEO می باشند. سایر اجزای سیستم اینترنت ماهواره ای شامل یک مودم در سمت کاربر است که شبکه کاربر را با فرستنده گیرنده پیوند می دهد و دیگری یک مرکز عملیات شبکه متمرکز (NOC) برای نظارت بر کل سیستم می باشد. این ماهواره که با یک دروازه پهنای باند هماهنگ کار می کند، توپولوژی شبکه Star را اجرا می کند که در آن تمام ارتباطات شبکه از طریق پردازنده هاب شبکه، که در مرکز ستاره قرار دارد، عبور می کند. با این پیکربندی ، تعداد ایستگاه های زمینی که می توانند به هاب متصل شوند عملاً نامحدود است.

واحد بیرونی (ODU)

در انتهای قسمت بیرونی واحد معمولاً یک آنتن رادیویی از نوع ظرف منعکس کننده کوچک (2 تا 3 فوت ، 60 تا 90 سانتی متر) قرار دارد. آنتن VSAT همچنین باید دارای دیدی بدون مانع از آسمان باشد تا امکان ارتباط مناسب (L-O-S) به ماهواره فراهم شود. برای اطمینان از پیکربندی صحیح آنتن در ماهواره ، چهار مورد از تنظیمات مشخصه فیزیکی مورد استفاده قرار می گیرد، ترکیبی از این تنظیمات در واحد بیرونی یک L-O-S به ماهواره انتخاب شده می دهد و انتقال داده را ممکن می سازد. این پارامترها عموماً در زمان نصب تجهیزات، همراه با تخصیص پرتو Ka-band  تنظیم می شوند. این مراحل باید همه قبل از فعال سازی واقعی سرویس انجام شود. اجزای انتقال و دریافت معمولاً در نقطه کانونی آنتن نصب شده و داده ها را از ماهواره دریافت و ارسال می کند. 

واحد داخلی (IDU)

مودم ماهواره ای به عنوان رابط بین واحد بیرونی و تجهیزات ارائه شده توسط مشتری (به عنوان مثال رایانه شخصی ، روتر) عمل می کند و انتقال و دریافت ماهواره ارتباطی را کنترل می کند. از دستگاه ارسال کننده (رایانه ، روتر و غیره) یک جریان جریان ورودی را دریافت می کند و آن را به امواج رادیویی تبدیل یا تعدیل می کند و این ترتیب را برای انتقال های ورودی معکوس می کند که به آن demodulation  گفته می شود. این ساز و کار دو نوع اتصال را ارائه می دهد:

اتصال کابل کواکسیال (COAX) به آنتن ماهواره که کابل حامل سیگنال های ماهواره ای الکترومغناطیسی بین مودم و آنتن که به طور کلی محدود به بیش از 150 فوت طول ندارد.

اتصال اینترنت به کامپیوتر، حمل بسته های داده مشتری به و از سرورهای محتوای اینترنت.

مودم های ماهواره ای درجه مصرف کننده معمولاً از استاندارد مخابراتی DOCSIS یا WiMAX برای ارتباط با درگاه اختصاصی استفاده می کنند.

چالش ها و محدودیت های اینترنت ماهواره ای

تأخیر سیگنال

تأخیر (که معمولاً به عنوان "زمان پینگ" نامیده می شود) تأخیر بین درخواست داده و دریافت پاسخ یا در مورد ارتباط یک طرفه، بین لحظه واقعی پخش سیگنال و زمان دریافت آن در مقصد است.

دریافت سیگنال رادیویی 

 120 میلی ثانیه طول می کشد تا به ماهواره زمین ثابت برسد و پس از 120 میلی ثانیه به ایستگاه زمینی می رسد، بنابراین تقریباً 1/4 ثانیه به طول می انجامد. به طور معمول، در ارتباطات ماهواره ای تقریباً 550 میلی ثانیه زمان تاخیر در رفت و برگشت وجود دارد.

تأخیر بیشتر تفاوت اصلی بین یک شبکه استاندارد زمینی و یک شبکه ماهواره ای است. تأخیر رفت و برگشت یک شبکه ارتباطات ماهواره ای ثابت در زمین می تواند بیش از 12 برابر یک شبکه زمینی باشد. 

کاهش تأخیر ماهواره

بسیاری از کندی های اینترنت ماهواره ای مربوط به این است که برای هر درخواست، بسیاری از رفت و برگشت ها باید قبل از دریافت هرگونه اطلاعات مفید توسط درخواست کننده ، انجام شود. پشته های IP و پروکسی های خاص می توانند با کاهش تعداد رفت و برگشت ها یا ساده سازی و کاهش طول هدرهای پروتکل، تاخیر را کاهش دهند. فن آوری های بهینه سازی شامل شتاب TCP ، پیش واکشی HTTP ، ذخیره سازی DNS و موارد بسیار دیگری است که همه در راستای کاهش تأخیر اینترنت ماهواره ای به کار گرفته می شوند و در استاندارد مشخصات پروتکل ارتباطات فضایی (SCPS) که توسط ناسا توسعه یافته و به طور گسترده توسط ارائه دهندگان تجهیزات و نرم افزارهای تجاری و نظامی در فضای بازار تصویب شده است، قابل مشاهده می باشد.

تاکنون چه ماهواره های ارتباطی پرتاب شده اند؟! 

ماهواره WINDS در 23 فوریه 2008 به فضا پرتاب شد. ماهواره WINDS برای ارائه خدمات اینترنت پهن باند در ژاپن و مکان هایی در سراسر منطقه آسیا و اقیانوسیه استفاده می شود. این ماهواره حداکثر 155 مگابیت بر ثانیه به پایین و 6 مگابیت بر ثانیه تا محل اقامت با آنتن دیافراگم 45 سانتی متر و اتصال 1.2 گیگابیت بر ثانیه به کاربران با آنتن 5 متری ارائه می دهد و بازه طراحی آن به پایان رسیده است.

SkyTerra-1 در اواسط نوامبر 2010 راه اندازی شد و آمریکای شمالی را تامین می کرد ، در حالی که Hylas-1 در نوامبر 2010 با هدف قرار دادن اروپا راه اندازی شد.

در 26 دسامبر 2010 ، KA-SAT یوتلست راه اندازی شد. این ماهواره ارتباطی قاره اروپا را با 80 پرتو نقطه ای پوشش می دهد - سیگنال های متمرکزش مساحتی در چند صد کیلومتری اروپا و مدیترانه را پوشش می دهند. سیگنال های نقطه ای امکان استفاده مجدد از فرکانس ها را در مناطق مختلف فراهم می کند و نتیجه آن افزایش ظرفیت هاست. ظرفیت هر یک از پرتوهای نقطه ای 900 مگابیت بر ثانیه بوده و کل ماهواره 70 گیگابیت بر ثانیه ظرفیت دارد.

ViaSat-1  در 19 اکتبر 2011 از بایکونور قزاقستان به فضا پرتاب شد و 140 گیگابیت بر ثانیه ظرفیت کل را از طریق سرویس اینترنت Exede ارائه می دهد و این سرویس  به خطوط هوایی یونایتد ، خطوط هوایی آمریکایی ، خطوط هوایی اسکاندیناوی ، ویرجین آمریکا و Qantas گسترش یافته است.

ماهواره ارتباطی EchoStar XVII در 5 ژوئیه 2012 توسط Arianespace به فضا پرتاب شد و در شکاف مداری ژئوسنکرون دائمی خود با 107.1 درجه طول جغرافیایی غربی قرار گرفت و به HughesNet سرویس می داد. این ماهواره باند Ka دارای بیش از 100 گیگابیت بر ثانیه ظرفیت تولید است.

از سال 2013 ، صورت فلکی ماهواره O3b ادعا می کند که زمان سرویس رفت و برگشت 238 میلی ثانیه برای سرویس های داده وجود دارد.

در سال 2015 و 2016 ، دولت استرالیا دو ماهواره را برای ارائه اینترنت به استرالیایی های منطقه ای و ساکنان مناطق خارجی مانند جزیره نورفولک و جزیره کریسمس به فضا پرتاب کرد.

از سپتامبر 2020 ، حدود 700 ماهواره برای Starlink و 74 برای صورت فلکی ماهواره OneWeb به فضا پرتاب شده است. وStarlink  مرحله بتا خصوصی خود را آغاز کرده است.

سخن پایانی

ارتباطات ماهواره ای برای انتقال داده ، تشخیص ابزار از راه دور، اندازه گیری های فیزیکی (به عنوان مثال دمای سطح دریا و ارتفاع سطح دریا تا کف اقیانوس)، برای تجزیه و تحلیل زلزله شناسی و بسیاری از کاربردهای بیشمار دیگر استفاده می شود و امیدواریم تا با کاهش چالش های مهم آن نظیر دسترسی همگانی و کاهش تأخیر، نتایج مفید و تأثیر گذار بیشماری را در آینده پیش روی ما قرار دهد.

نظر شما درباره اینترنت ماهواره ای چیست؟ آیا بستر استفاده از اینترنت ماهواره ای در ایران فراهم است؟ آیا دانشمندان ایرانی می توانند در آینده ای نزدیک ماهواره های ارتباطی خود را برای استفاده از اینترنت ماهواره ای به فضا ارسال کنند؟