Δορυφορικές Επικοινωνίες

Τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος

Δορυφορικές Επικοινωνίες

Τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος ονομάζεται ο μη επανδρωμένος τεχνητός δορυφόρος (unmanned artificial satellite), μέσω του οποίου παρέχονται υπηρεσίες μεγάλων αποστάσεων, όπως τηλεοπτικής και ραδιοφωνικής μετάδοσης, τηλεφωνικών επικοινωνιών και συνδέσεων ηλεκτρονικών υπολογιστών.

Οι δορυφόροι έχουν τη μοναδική δυνατότητα να παρέχουν κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών περιοχών και να διασυνδέουν μακρινούς και δυσπρόσιτους τηλεπικοινωνιακούς κόμβους και γι' αυτό τα δορυφορικά δίκτυα αποτελούν σήμερα αναπόσπαστο τμήμα των περισσότερων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Τις τελευταίες δεκαετίες η τεχνολογία των δορυφορικών συστημάτων συνεχώς προοδεύει και η χρήση γεωσύγχρονων δορυφόρων για επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων αναπτύσσεται ταχύτατα.

Σήμερα, η εξοικείωση των ηλεκτρονικών μηχανικών με τη δορυφορική τεχνολογία, τις δορυφορικές επικοινωνίες και τις δορυφορικές ζεύξεις καθίσταται αναγκαία, καθώς οι δορυφορικές τηλεπικοινωνίες αναμένεται να παίζουν συνεχώς μεγαλύτερο ρόλο στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Οι δορυφόροι έχουν προωθήσει σημαντικά την επικοινωνία με την δημιουργία παγκόσμιων τηλεφωνικών συνδέσεων, ενώ χάρη σε αυτούς γίνονται εφικτές ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές μεταδόσεις σε πραγματικό χρόνο. Ένας δορυφόρος λαμβάνει σήμα μικροκυμάτων από έναν επίγειο σταθμό (uplink), κατόπιν ενισχύει και αναμεταδίδει το σήμα σε έναν σταθμό λήψης στη γη σε διαφορετική συχνότητα (η κατιούσα σύνδεση). Ένας δορυφόρος επικοινωνίας τοποθετείται σε γεωσύγχρονη τροχιά, πράγμα που σημαίνει ότι τίθεται σε τροχιά με την ίδια ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται η Γη. Ο δορυφόρος μένει στην ίδια θέση σχετικά με την επιφάνεια της Γης, έτσι ώστε ο σταθμός αναμετάδοσης δεν θα χάσει ποτέ την επαφή με τον δέκτη.

Η ιστορία των τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων

Μερικοί από τους πρώτους δορυφόρους επικοινωνιών σχεδιάστηκαν για να λειτουργήσουν με παθητικό τρόπο. Αντί να μεταδώσουν ενεργά τα ραδιοσήματα, χρησίμευσαν μόνο για να απεικονίσουν τα σήματα που εκπέμφθηκαν σε αυτούς με τη μετάδοση των σταθμών στο έδαφος. Τα σήματα απεικονίστηκαν σε όλες τις κατευθύνσεις, έτσι θα μπορούσαν να ληφθούν από τους σταθμούς λήψης σε όλο τον κόσμο. Ο «Echo 1», που εκτοξεύθηκε από τις Ηνωμένες Πολιτείες το 1960, κατασκευάστηκε από επαργυρωμένο πλαστικό μπαλόνι διαμέτρου 30 μ. Το 1964 ακολούθησε ο «Echo 2» με 41 μ. διάμετρο. Η ικανότητα τέτοιων συστημάτων περιορίστηκε σοβαρά από την ανάγκη για τις ισχυρές συσκευές αποστολής σημάτων και τις απαιτούμενες μεγάλες επίγειες κεραίες.

Δορυφόροι Echo

1 και 2

Οι Echo 1 και 2 ήταν πρώιμοι δορυφόροι επικοινωνιών που εκτοξεύτηκαν από τις Ηνωμένες Πολιτείες στις αρχές της δεκαετίας του '60. Τα μεγάλα αυτά μπαλόνια μετέδιδαν τα ραδιοσήματα πίσω στη γη. Οι δορυφόροι Echo προετοίμασαν το έδαφος για τους πιο πρόσφατους και πιο περίπλοκους δορυφόρους επικοινωνιών.

Δορυφόρος Telstar

Ο Telstar ήταν ένας από τους πρώτους ενεργούς δορυφόρους επικοινωνιών. Εκτοξεύτηκε από τις Ηνωμένες Πολιτείες το 1962. Μετέδωσε τις πρώτες ζωντανές τηλεοπτικές εικόνες μεταξύ των Ηνωμένων Πολιτειών και της Ευρώπης, και θα μπορούσε επίσης να μεταδώσει τηλεφωνικές κλήσεις.

Δορυφόρος Syncom 4

Ο δορυφόρος επικοινωνιών Syncom 4 εκτοξεύτηκε από διαστημικό λεωφορείο. Οι σύγχρονοι δορυφόροι επικοινωνιών λαμβάνουν, ενισχύουν και αναμεταδίδουν τις πληροφορίες πίσω στη Γη, που παρέχει την τηλεόραση, το φαξ, το τηλέφωνο, το ραδιόφωνο, και τις συνδέσεις ψηφιακών στοιχείων σε όλο τον κόσμο. Ο Syncom 4 ακολουθεί μια γεωσύγχρονη τροχιά που έχει την ίδια ταχύτητα με της γήινης περιστροφής, ώστε να παραμένει ο δορυφόρο σε μια σταθερή θέση σε σχέση με τη Γη. Αυτός ο τύπος τροχιάς επιτρέπει τις συνεχείς συνδέσεις επικοινωνίας μεταξύ των επίγειων σταθμών.

Πρόσφατες τεχνικές πρόοδοι

Τα συστήματα δορυφόρων επικοινωνιών έχουν εισαγάγει μια περίοδο μετάβασης από σημείο σε σημείο μεγάλης χωρητικότητας επικοινωνίες κορμών μεταξύ των μεγάλων, δαπανηρών επίγειων τερματικών στις πολυσημειακές επικοινωνίες μεταξύ των μικρών, χαμηλού κόστους σταθμών. Η ανάπτυξη των πολλαπλάσιων μεθόδων προσπέλασης έχει επιταχύνει και έχει διευκολύνει αυτήν την μετάβαση. Με TDMA, σε κάθε επίγειο σταθμό ορίζεται μια χρονική αυλάκωση στο ίδιο κανάλι για τη χρήση στη διαβίβαση των επικοινωνιών του όλοι οι άλλοι σταθμοί ελέγχουν αυτές τις αυλακώσεις και επιλέγουν τις επικοινωνίες που κατευθύνονται σε αυτές. Με την ενίσχυση μιας ενιαίας συχνότητας μεταφορέων σε κάθε δορυφορικό επαναλήπτη, το TDMA εξασφαλίζει την αποδοτικότερη χρήση της εν πλω παροχής ηλεκτρικού ρεύματος του δορυφόρου.

Μια τεχνική αποκαλούμενη επαναχρησιμοποίηση συχνότητας επιτρέπει στους δορυφόρους για να επικοινωνήσουν με διάφορους επίγειους σταθμούς χρησιμοποιώντας την ίδια συχνότητα με τη διαβίβαση στις στενές ακτίνες που μεταφέρονται προς κάθε ενός από τους σταθμούς. Τα πλάτη ακτίνων μπορούν να προσαρμοστούν στις περιοχές κάλυψης τόσο μεγάλες όσο οι ολόκληρες Ηνωμένες Πολιτείες ή τόσο μικρές όσο μια πολιτεία, όπως το Μέριλαντ. Δύο σταθμοί αρκετά μακριά μπορούν να λάβουν τα διαφορετικά μηνύματα που διαβιβάζονται στην ίδια συχνότητα. Οι δορυφορικές κεραίες έχουν σχεδιαστεί για να διαβιβάσουν διάφορες ακτίνες στις διαφορετικές κατευθύνσεις, χρησιμοποιώντας τον ίδιο ανακλαστήρα.

Οι ακτίνες λέιζερ μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να διαβιβάσουν τα σήματα μεταξύ ενός δορυφόρου και της γης, αλλά το ποσοστό μετάδοσης είναι περιορισμένο λόγω της απορρόφησης και διασπορά από την ατμόσφαιρα. Τα λέιζερ που λειτουργούν στο γαλαζοπράσινο μήκος κύματος, που διαπερνά το ύδωρ, έχουν χρησιμοποιηθεί για την επικοινωνία μεταξύ των δορυφόρων και των υποβρυχίων.

Η πιο πρόσφατη ανάπτυξη στους δορυφόρους είναι η χρήση των δικτύων των μικρών δορυφόρων στη χαμηλή γήινη τροχιά (2.000 χλμ. ή λιγότεροι) για να παρέχει την παγκόσμια τηλεφωνική επικοινωνία. Το σύστημα ιριδίου χρησιμοποιεί 66 δορυφόρους στη χαμηλή γήινη τροχιά, ενώ άλλες ομάδες έχουν ή αναπτύσσουν παρόμοια συστήματα. Τα ειδικά τηλέφωνα που επικοινωνούν με αυτούς τους δορυφόρους επιτρέπουν στους χρήστες για να έχουν πρόσβαση στο κανονικό τηλεφωνικό δίκτυο και να πραγματοποιήσουν κλήσεις από οποιοδήποτε σημείο στη Γη. Οι προσδοκώμενοι πελάτες αυτών των συστημάτων περιλαμβάνουν τους διεθνείς επιχειρησιακούς ταξιδιώτες και τους ανθρώπους που ζουν ή που εργάζονται σε απομακρυσμένες περιοχές.

Επικοινωνίες μέσω δορυφόρων

Επικοινωνίες ξεκίνησαν με τον πρώτο δορυφόρο που εκτοξεύθηκε από τις ΗΠΑ το 1958 ενώ η πρώτη μορφή εμπορικής εκμετάλλευσης εμφανίζεται με τον Early Bird, δορυφόρο που ετέθη σε τροχιά στις 6 Απριλίου 1965. Τα πρώτα δορυφορικά συστήματα δεν ήταν και τόσο βιώσιμα καθώς η σχετικά μικρή ισχύς των πυραύλων που εκτόξευαν τους δορυφόρους τους έθεταν σε τροχιά όχι μακρύτερη των 10 χλμ από την Γη. Η χαμηλή τροχιά είχε σαν αποτέλεσμα ο δορυφόρος να κινείται ταχύτερα από την περιστροφή της Γης πράγμα που επηρέαζε την κατασκευή την γήινων σταθμών καθώς έπρεπε να περιστρέφονται συνεχώς για να παρακολουθούν τους δορυφόρους.

Στην εξέλιξη των συστημάτων αυτών κατασκευάστηκαν οι γεωστατικοί δορυφόροι που τίθενται σε τροχιά 35.786χλμ με ταχύτητα 11.040 χλμ/ώρα, ώστε να μένουν σταθεροί πάνω από το ίδιο σημείο της γης. Η ταχύτητα αυτή είναι ίση με την γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της γης και έτσι οι επίγειοι σταθμοί δεν περιστρέφονται, καθώς βλέπουν μόνιμα στο ίδιο σημείο.

Ο επικοινωνιακός δορυφόρος λειτουργεί απλά σαν καθρέφτης που επανεκπέμπει προς τη γη το λαμβανόμενο μικροκυματικό σήμα. Κάθε γεωστατικός δορυφόρος καλύπτει έναν ορίζοντα 120 μοιρών έτσι που με τρεις τέτοιους δορυφόρους καλύπτεται όλη η γη.

Συγκρίνοντας τα δορυφορικά συστήματα με τα άλλα μέσα παρατηρούμε τα εξής:

• Οι δορυφόροι καλύπτουν με άνεση απαιτήσεις εκπομπής σημάτων ευρείας ζώνης συχνοτήτων
• Έχουν μεγάλη καθυστέρηση σήματος της τάξης των 250 msec που οφείλεται στην μεγάλη απόσταση. Η καθυστέρηση αυτή είναι ενοχλητική τόσο στην τηλεφωνία όσο και στην μετάδοση δεδομένων.
• Δεν παρέχει καμία ασφάλεια στην μεταδιδόμενη πληροφορία καθώς όλος ο κόσμος μπορεί να λάβει την πληροφορία που εκπέμπει ο δορυφόρος. Αυτός είναι και ο λόγος που χρησιμοποιούνται εξειδικευμένα συστήματα κρυπτογράφησης
• Δεν παίζει κανένα ρόλο η μεταξύ των επικοινωνούντων ανταποκριτών απόσταση
• Το κόστος χρήσης είναι ανεξάρτητο της απόστασης επικοινωνίας

Οι επικοινωνιακοί δορυφόροι χρησιμοποιούνται κυρίως για τηλεφωνία τηλεόραση και μετάδοση δεδομένων.

Πρωτόκολλα για δορυφορικές επικοινωνίες στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων

Είναι γεγονός ότι για την επίτευξη της επικοινωνίας μέσω δορυφορικού δικτύου υπάρχει ανάγκη για την χρησιμοποίηση και τη δημιουργία διαφόρων προτύπων και πρωτοκόλλων. Πρέπει να θυμίσουμε ότι η επικοινωνία μέσω δορυφόρου γίνεται με τους transponders οι οποίοι εκπέμπουν μια δέσμη που καλύπτει την επικοινωνία για συγκεκριμένη περιοχή της γης. Ο χρόνος που η συγκεκριμένη δέσμη βλέπει την ίδια περιοχή λέγεται dwell time. Είναι ο χρόνος που οι γήινοι σταθμοί της συγκεκριμένης περιοχής μπορούν να στείλουν σήματα στον δορυφόρο.

Η επικοινωνία υφίσταται με τον παρακάτω τρόπο. Από τους επίγειους σταθμούς εκπέμπονται πλαίσια δεδομένων τα οποία μετατρέπονται σε σήματα (συγκεκριμένης συχνότητας) που φτάνουν στον transponder. Από εκεί ο δορυφόρος τα εκπέμπει στη γη σε άλλη συχνότητα και στον επίγειο σταθμό/ους (δέκτη/ες) μετατρέπονται σε πλαίσια δεδομένων.

Το πρόβλημα που υπάρχει και το οποίο αντιμετωπίζουν τα πρωτόκολλα είναι ο τρόπος με τον οποίο θα γίνει ο καταμερισμός των σημάτων που εκπέμπονται στα κανάλια επικοινωνίας που διαθέτει ο δορυφόρος (κάθε κανάλι υφίσταται μέσω transponder). Είναι γεγονός ότι κατά την επικοινωνία αν η καθυστέρηση διάδοσης του σήματος μεταξύ σταθμού και δορυφόρου είναι μεγαλύτερη των 270 msec (κάτι που είναι γεγονός στις δορυφορικές συνδέσεις) τότε υπάρχει πρόβλημα στην επικοινωνία και γι` αυτό πρωτόκολλα όπως το CSMA/CD (τα οποία απαιτούν στο χρόνο μετάδοσης λίγων bits αναγνώριση πιθανών συγκρούσεων δεδομένων) δε μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δορυφορικές συνδέσεις.

Πέρα από το καταμερισμό των σημάτων σε κανάλια, υπάρχουν και άλλα είδη προβλημάτων που σχετίζονται με την καθυστέρηση στη μετάδοση του σήματος λόγω της απόστασης, με το μικρό εύρος συχνοτήτων και με τη δημιουργία θορύβου λόγω της αδύναμης πολλές φορές εκπομπής. Αυτά όλα προσπαθούν να αντιμετωπίσουν τα πρωτόκολλα στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων (Data Link Layer).

Έτσι στο 2ο επίπεδο του OSI μοντέλου (Data Link Layer) και πιο συγκεκριμένα στο υποεπίπεδο MAC (Media Access Sublayer, Media Access Control) εξαιτίας της μετάδοσης των σημάτων από τον δορυφόρο με εκπομπή, είναι απαραίτητη η ύπαρξη πρωτοκόλλων διαμοιρασμού της επικοινωνίας και των σημάτων. Τα περισσότερα από αυτά συνήθως χρησιμοποιούν μοναδιαία είτε κανάλια είτε συχνότητες για κάθε χρήστη την ώρα της επικοινωνίας. Και αυτό γιατί η διερεύνηση και επίλυση των διαφόρων συγκρούσεων δεδομένων γίνεται με καθυστέρηση κατά διάρκεια της μετάδοσης.

Υπάρχουν πέντε τρόποι επίτευξης επικοινωνίας: Polling, ALOHA, FDMA (Frequency Division Multiple Access), ΤDMA (Time Division Multiple Access) και CDMA (Code Division Multiple Access)

Ζώνες δορυφορικών συχνοτήτων

Οι σημερινοί δορυφόροι επικοινωνιών που καλύπτουν την Ασία, την Αυστραλία και τη Μέση Ανατολή διαβιβάζουν τις εκατοντάδες των δορυφορικών σημάτων TV εντούτοις, όλες αυτές οι δορυφορικές ραδιοφωνικές μεταδόσεις TV δεν είναι δημιουργημένοι ίσοι. Το ακόλουθο υλικό εξηγεί πώς οι δορυφόροι αρμόζουν στο ηλεκτρομαγνητικό σχέδιο των πραγμάτων, γιατί ορισμένοι δορυφορικοί εκφωνητές έχουν μια ανώτερη δυνατότητα να παραδώσουν τα κρυστάλλινα προγράμματα TV με ένα ελάχιστο των muss ή της αναστάτωσης, και πώς να προσαρμόσουν τα μεγάλα δορυφορικά πιάτα ανοιγμάτων για να λάβουν τις πιο πρώην direct-to-home (DTH) δορυφορικές υπηρεσίες TV.

Η διεθνής ένωση τηλεπικοινωνιών, μια αντιπροσωπεία των Ηνωμένων Εθνών, έχει θέσει κατά μέρος το διάστημα στις έξοχες ζώνες υψηλής συχνότητας (shf) που βρίσκονται μεταξύ 2,5 και 22 GHz για τις δορυφορικές μεταδόσεις. Σε αυτές τις συχνότητες, το μήκος κυμάτων κάθε κύκλου είναι τόσο σύντομο που τα σήματα καλούνται μικροκύματα.

Οι επιστήμονες που ανέπτυξαν τα πρώτα συστήματα ραντάρ μικροκυμάτων κατά τη διάρκεια του παγκόσμιου πολέμου ΙΙ όρισαν έναν προσδιορισμό επιστολών σε κάθε ζώνη συχνότητας μικροκυμάτων. Παραδείγματος χάριν, το 800 MHz στο φάσμα συχνότητας 2 GHz κλήθηκε ζώνη λ, 2 έως 3 GHz: η ζώνη του s 3 έως 6 GHz: η ζώνη γ 7 έως 9 GHz: η ζώνη Χ 10 έως 17 GHz: η ζώνη Ku και 18 έως 22 GHz: η ζώνη Κα.

Το δορυφορικό κανάλι και τα χαρακτηριστικά του

Τα δορυφορικά χαρακτηριστικά καναλιών εισαγωγής μπορούν να έχουν μια επίδραση στα πρωτόκολλα μεταφορών τρόπων, όπως το πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (TCP) [ Pos81 ]. Όταν τα πρωτόκολλα, όπως το TCP, αποδίδουν κακώς, η διοχέτευση στη χρησιμοποίηση είναι χαμηλή. Ενώ η απόδοση ενός πρωτοκόλλου μεταφορών είναι σημαντική, δεν είναι η μόνη εκτίμηση κατά την κατασκευή ενός δικτύου που περιέχει τις δορυφορικές συνδέσεις. Παραδείγματος χάριν, το πρωτόκολλο συνδέσεων στοιχείων, το πρωτόκολλο εφαρμογής, το μέγεθος απομονωτών δρομολογητών, η πειθαρχία αναμονής και η θέση πληρεξούσιου είναι μερικές από τις εκτιμήσεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη.

Εντούτοις, το παρόν άρθρο εστιάζει στη βελτίωση του TCP στο δορυφορικό περιβάλλον και οι εκτιμήσεις μη-TCP αφήνονται για ένα άλλο άρθρο. Τέλος, έχουν υπάρξει πολλοί δορυφορικοί μετριασμοί που προτείνονται και που μελετώνται από την ερευνητική κοινότητα. Ενώ αυτοί οι μετριασμοί μπορούν να αποδειχθούν χρήσιμοι και ασφαλείς για τα κοινά δίκτυα στο μέλλον, το παρόν άρθρο εξετάζει μόνο τους μηχανισμούς TCP που αυτήν την περίοδο καλά γίνονται κατανοητοί και στη διαδρομή προτύπων IETF (ή είναι υποχωρητικός με τα πρότυπα IETF).

Ακολουθούν τα εξής μέρη: Η επόμενη παράγραφος (Ανάλυση) παρέχει μια συνοπτική περίληψη των χαρακτηριστικών των δορυφορικών δικτύων. Ακολουθεί η περιγραφή δύο μηχανισμών μη-TCP που επιτρέπουν στο TCP για να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικότερα το διαθέσιμο εύρος ζώνης. Στη συνέχεια περιγράφονται οι μηχανισμοί TCP που καθορίζονται από το IETF που μπορεί να ωφελήσει τα δορυφορικά δίκτυα και τέλος δίνεται μια περίληψη αυτού που οι σύγχρονες εφαρμογές TCP πρέπει να περιλάβουν για να θεωρηθούν "δορυφορικά φιλικές".

Στα χαρακτηριστικά των δορυφορικών δικτύων υπάρχει μια έμφυτη καθυστέρηση στην παράδοση ενός μηνύματος πέρα από μια δορυφορική σύνδεση λόγω στην πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός και το ύψος των δορυφόρων επικοινωνιών. Πολλοί δορυφόροι επικοινωνιών βρίσκονται στη γεωστατική τροχιά (GSO) με ένα ύψος περίπου 35.786 χλμ. [ Sta94 ]. Σε αυτό το ύψος η περίοδος τροχιάς είναι η ίδια με την περίοδο γήινης περιστροφής. Επομένως, κάθε επίγειος σταθμός είναι πάντα ικανός "να δει" βάζοντας σε τροχιά δορυφόρο στην ίδια θέση στον ουρανό. Ο χρόνος διάδοσης για ένα ραδιοσήμα στο ταξίδι είναι δύο φορές ότι η απόσταση (που αντιστοιχεί σε έναν επίγειο σταθμό άμεσα κάτω από το δορυφόρο) είναι 239,6 χιλιοστά του δευτερολέπτου (msec). Για τους επίγειους σταθμούς στην άκρη της περιοχής άποψης του δορυφόρου, η απόσταση που διανύεται είναι 2 X 41.756 χλμ για μια συνολική καθυστέρηση διάδοσης της είναι 279,0 [ Mar78 ]. Αυτές οι καθυστερήσεις είναι για μια κανονική διαδρομή δορυφορικών σταθμών (ή "το λυκίσκο"). Επομένως, η καθυστέρηση διάδοσης για ένα μήνυμα και την αντίστοιχη απάντηση (ένα μετ' επιστροφής χρόνος ή RTT) θα μπορούσε να είναι τουλάχιστον 558. Το RTT δεν είναι βασισμένο απλώς στο δορυφορικό χρόνο διάδοσης. Το RTT θα αυξηθεί από άλλους παράγοντες στο δίκτυο, όπως ο χρόνος μετάδοσης και ο χρόνος διάδοσης άλλων συνδέσεων στην πορεία δικτύων και της καθυστέρησης αναμονής στις πύλες. Επιπλέον, η δορυφορική καθυστέρηση διάδοσης θα είναι πιο μακροχρόνια εάν η σύνδεση περιλαμβάνει τους πολλαπλάσιους λυκίσκους ή εάν χρησιμοποιούνται διαδορυφορικές συνδέσεις. Δεδομένου ότι οι δορυφόροι γίνονται πιο σύνθετοι και περιλαμβάνουν την επί του σκάφους επεξεργασία των σημάτων, η πρόσθετη καθυστέρηση μπορεί να προστεθεί. Άλλες τροχιές είναι δυνατές προς χρήση από τους δορυφόρους επικοινωνιών συμπεριλαμβανομένης της χαμηλής γήινης τροχιάς (LEO) [ Stu95 ] [ Mon98 ] και μέση γήινη τροχιά (MEO). Οι χαμηλότερες τροχιές απαιτούν τη χρήση των αστερισμών των δορυφόρων για τη σταθερή κάλυψη. Με άλλα λόγια, δεδομένου ότι ένας δορυφόρος αφήνει τη θέα του επίγειου σταθμού, ένας άλλος δορυφόρος εμφανίζεται στον ορίζοντα και το κανάλι αλλάζει.

Η καθυστέρηση διάδοσης σε μια τροχιά LEO κυμαίνεται από αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου κατά την επικοινωνία με έναν δορυφόρο άμεσα υπερυψωμένο, σε τουλάχιστον σε 80 όταν είναι ο δορυφόρος στον ορίζοντα. Αυτά τα συστήματα είναι πιθανότερο να χρησιμοποιήσουν διαδορυφορικά τις συνδέσεις και να έχουν τη μεταβλητή καθυστέρηση πορειών ανάλογα με τη δρομολόγηση μέσω του δικτύου.

Χαρακτηριστικά

Τα δορυφορικά κανάλια διαθέτουν δύο θεμελιώδη χαρακτηριστικά:

• ΘΟΡΥΒΟΣ - η δύναμη ενός ραδιοσήματος μειώνεται αναλογικά προς το τετράγωνο της απόστασης που διανύεται. Για μια δορυφορική σύνδεση η απόσταση είναι μεγάλη και έτσι το σήμα γίνεται αδύνατο πριν φθάνει στον προορισμό του. Αυτό οδηγεί σε ένα χαμηλό σήμα προς τον θόρυβο σε αναλογία. Μερικές συχνότητες είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στα ατμοσφαιρικά αποτελέσματα όπως η μείωση βροχής. Για τις κινητές εφαρμογές, τα δορυφορικά κανάλια είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στην πολλαπλών διαδρομών διαστρέβλωση και να σκιάσουν (π.χ., παρεμπόδιση από τα κτήρια). Τα χαρακτηριστικά ποσοστά λάθους κομματιών (ΤΖΙΤΖΙΦΑ) για μια δορυφορική σύνδεση είναι σήμερα σε παραγγελία 1 λάθους ανά 10 εκατομμύριο μπιτ (1 X 10^7) ή λιγότερο συχνά. Η προηγμένη κωδικοποίηση ελέγχου λάθους (π.χ. Solomon) μπορεί να προστεθεί στις υπάρχουσες δορυφορικές υπηρεσίες και χρησιμοποιείται αυτήν την περίοδο από πολλές υπηρεσίες. Η δορυφορική ίνα απόδοσης λάθους θα γίνει πιο κοινή όπως η προηγμένη κωδικοποίηση ελέγχου λάθους χρησιμοποιείται στα νέα συστήματα. Εντούτοις, πολλά δορυφορικά συστήματα κληρονομιών θα συνεχίσουν να εκθέτουν τα υψηλότερα ΤΖΙΤΖΙΦΑ από τα νεώτερα δορυφορικά συστήματα και τα επίγεια κανάλια.
• ΕΥΡΟΣ ΖΏΝΗΣ - το ράδιο φάσμα είναι ένας περιορισμένος φυσικός πόρος, ως εκ τούτου υπάρχει ένα περιορισμένο ποσό εύρους ζώνης, διαθέσιμο στα δορυφορικά συστήματα που ελέγχεται χαρακτηριστικά από τις άδειες. Αυτή η έλλειψη το καθιστά δύσκολο να ανταλλάξει το εύρος ζώνης για να λύσει άλλα προβλήματα σχεδίου. Χαρακτηριστικές συχνότητες μεταφορέων για το ρεύμα, εμπορικές δορυφορικές υπηρεσίες είναι 6 GHz (uplink) και 4 GHz (κατιούσα σύνδεση), επίσης γνωστή ως ζώνη γ, και 14/12 GHz (ζώνη Ku). Μια νέα υπηρεσία σε 30/20 GHz (ζώνη Κα) θα προκύπτει κατά τη διάρκεια των επόμενων μερικών ετών. Οι δορυφορικοί ράδιοεπαναλήπτες είναι γνωστοί ως αναμεταδότες. Το παραδοσιακό εύρος ζώνης αναμεταδοτών ζωνών γ είναι χαρακτηριστικά 36 MHz για να προσαρμόσει ένα κανάλι έγχρωμης τηλεόρασης (ή 1200 κανάλια φωνής). Οι αναμεταδότες ζωνών Ku είναι χαρακτηριστικά περίπου 50 MHz. Επιπλέον, ένας δορυφόρος μπορεί να φέρει μερικές δωδεκάδες αναμεταδότες. Όχι μόνο το εύρος ζώνης περιορίζεται από τη φύση, αλλά οι κατανομές για τις εμπορικές επικοινωνίες περιορίζονται με τις διεθνείς συμφωνίες έτσι ώστε αυτός ο λιγοστός πόρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αρκετά από πολλές διαφορετικές εφαρμογές. Αν και οι δορυφόροι έχουν ορισμένα μειονεκτήματα όταν συγκρίνονται με τα κανάλια ινών (π.χ., δεν μπορεί να επισκευαστεί εύκολα, η βροχή εξασθενίζει, κ.λπ.), έχουν επίσης ορισμένα πλεονεκτήματα πέρα από τις επίγειες συνδέσεις. Κατ' αρχάς, οι δορυφόροι έχουν μια φυσική ικανότητα ραδιοφωνικής μετάδοσης. Αυτό δίνει στους δορυφόρους ένα πλεονέκτημα για τις πολλαπλής διανομής εφαρμογές. Έπειτα, οι δορυφόροι μπορούν να φθάσουν γεωγραφικά στις απομακρυσμένες περιοχές ή τις χώρες πουν έχουν λίγη επίγεια υποδομή. Ένα σχετικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα των δορυφορικών συνδέσεων να επιτευχθούν οι κινητοί χρήστες.

Τα δορυφορικά κανάλια έχουν διάφορα χαρακτηριστικά που διαφέρουν από τα περισσότερα επίγεια κανάλια. Αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να υποβιβάσουν την απόδοση του TCP και περιλαμβάνουν:

• Μακροχρόνιο σύστημα ανατροφοδότησης πληροφοριών: Λόγω της καθυστέρησης διάδοσης μερικών δορυφορικών καναλιών (π.χ., περίπου 250 πέρα από έναν γεωσύγχρονο δορυφόρο) μπορεί να χρειαστεί μεγάλο σχετικά χρονικό διάστημα σε έναν αποστολέα TCP να καθορίσει εάν ένα πακέτο έχει παραληφθεί ή όχι επιτυχώς από τον τελικό προορισμό. Αυτή η καθυστέρηση βλάπτει τις διαλογικές εφαρμογές όπως το Telnet, καθώς επίσης και μερικούς από τους αλγορίθμους ελέγχου συμφόρησης TCP.
• Μεγάλο προϊόν delay*bandwidth :Το γινόμενο delay*bandwidth (DBP) καθορίζει το ποσό των στοιχείων που ένα πρωτόκολλο πρέπει να έχει "κατά την πτήση" (στοιχείο που έχει διαβιβαστεί, αλλά όχι ακόμα αναγνωρισμένο) σε οποιοδήποτε χρόνο να χρησιμοποιηθεί πλήρως η διαθέσιμη ικανότητα καναλιών. Η καθυστέρηση που χρησιμοποιείται σε αυτήν την εξίσωση είναι το RTT και το εύρος ζώνης είναι η ικανότητα της σύνδεσης δυσχερειών στην πορεία δικτύων. Επειδή η καθυστέρηση σε μερικά δορυφορικά περιβάλλοντα είναι μεγάλη, το TCP θα πρέπει να κρατήσει έναν μεγάλο αριθμό πακέτων "κατά την πτήση" (δηλαδή σταλμένος αλλά όχι ακόμα αναγνωρισμένος).
• Λάθη μετάδοσης: Τα δορυφορικά κανάλια εκθέτουν ένα υψηλότερο ποσοστό κομμάτι-λάθους (ΤΖΙΤΖΙΦΑ) από τα χαρακτηριστικά επίγεια δίκτυα. Το TCP χρησιμοποιεί όλες τις πτώσεις πακέτων ως σήματα της συμφόρησης δικτύων και μειώνει το μέγεθος παραθύρων του σε μία προσπάθεια να ανακουφιστεί η συμφόρηση. Ελλείψει της γνώσης γιατί ένα πακέτο έπεσε (συμφόρηση ή δωροδοκία), το TCP πρέπει να υποθέσει ότι η πτώση οφειλόταν στη συμφόρηση δικτύων να αποφύγει την κατάρρευση συμφόρησης [ Jac88 ] [ FF98 ]. Επομένως, πακέτα που πέφτουν λόγω στο TCP αιτίας δωροδοκίας για να μειώσει το μέγεθος του γλιστρώντας από το παράθυρο του, ακόμα κι αν αυτές οι πτώσεις πακέτων δεν επισημαίνουν τη συμφόρηση στο δίκτυο.

Δορυφορικό διαδίκτυο

Η παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών (broadband) με υψηλές ταχύτητες επιτυγχάνεται μέσω του Δορυφορικού Internet (Internet over Satellite). Το Δορυφορικό Διαδίκτυο (Internet) απευθύνεται κυρίως σε επαγγελματίες, μικρομεσαίες επιχειρήσεις ή άλλους χρήστες οι οποίοι χρησιμοποιούν το Διαδίκτυο ως μέσο λήψης και εκπομπής μεγάλου όγκου δεδομένων μέσω web ή όπου η επίγεια υποδομή δε μπορεί να ικανοποιήσει τις ανάγκες τους για υψηλές ταχύτητες και νέα τεχνολογικά δεδομένα λόγω της τοπολογίας του εδάφους!

Η χρήση του δρουφορικού διαδικτύου μπορεί να γίνει με δυο τρόπους:

• Ο πρώτος τρόπος είναι η μονόδρομη δορυφορική σύνδεση, που επιτρέπει μόνοdownloading. Πρόκειται δηλαδή για έναν συνδυασμό επίγειας και δορυφορικής σύνδεσης. Ο χρήστης, ανεξάρτητα του τι επίγεια σύνδεση διαθέτει, πρέπει να εφοδιασθεί με το ειδικό δορυφορικό "πιάτο" και την ειδική κάρτα σύνδεσης του δέκτη με τον υπολογιστή.
• Ο δεύτερος τρόπος δορυφορικής σύνδεσης που ανεξαρτητοποιεί εντελώς τον χρήστη από τα επίγεια καλώδια και τους τηλεφωνικούς - Διαδικτυακούς παρόχους είναι η αμφίδρομη δορυφορική σύνδεση, που προσφέρεται ειδικά για τις επιχειρήσεις σε χαμηλή τιμή. Η σύνδεση αυτή υποστηρίζει ταχύτητες 128 Κbps στο downloading και browsing εως 512 Kbps.