Интернет – это глобальный феномен, который определил важнейшие тенденции в развитии цивилизации. К сожалению, как следует из отчета консалтинговой компании McKinsey, около 4 миллиардов человек, то есть больше половины человечества, всё ещё не имеет доступа к сети.
Среди причин такого положения вещей в докладе перечислены бедность, недостаточное образование и связанное с этим отсутствие необходимости доступа к информации. Однако, во многих случаях ключевой является четвертая причина – отсутствие точки доступа к сети.
Facebook в своем отчете о доступе в интернет отмечает, что около 10 процентов людей живет в местах, лишенных доступа к инфраструктуре сотовой связи и не имеет шансов на познать возможности, доступные пользователям интернета.
В отдаленных районах, прежде всего, в Африке, Азии и Океании, не хватает доступа к магистральным сетям связи, так как их строительство невыгодно. Единственный шанс на предоставление доступа к сети интернет на этих территориях – предоставить его в обход наземной инфраструктуры.
Создание подобных технологий не только изменит жизнь людей на далеких континентах, но и улучшит доступ к сети жителям более развитых регионов земного шара. Несмотря на развитую инфраструктуру информационных технологий, по-прежнему легко найти места, где не хватает диапазона или сигнал слишком слаб, чтобы поддерживать передачу данных.
Трудности в использовании сети имеют пассажиры самолетов, моряки, солдаты, участвующие в иностранных миссиях или спасатели, которые оказывают помощь пострадавшим от катаклизмов.
Тем не менее, есть шанс, что эти проблемы исчезнут в ближайшие несколько лет. Большой спрос на глобальные интернет услуги ускорил инвестиции в инновационные технологии, благодаря которым беспроводные сети готовы добраться до самых отдаленных уголков планеты.
700 спутников OneWeb
Пожалуй, всего сложнее решить эту задачу через доступ со спутников. Так как, к сожалению, пропускная способность современных устройств слишком мала. Например, с 2014 года работает современная услуга спутникового доступа компании O3b, которая имеет сеть из восьми спутников на орбите над экватором на высоте 8000 км.
К сожалению, небольшое количество точек доступа ограничивает пропускную способность всей сети. 4 Гбит/c и большое расстояние от спутника до пользователя, вызывает значительные задержки сигнала (пинг составляет около 250 мс). Кроме того, положение спутников лишает доступа южные и северные части земного шара, в том числе, большую часть России.
Настоящим прорывом в области глобального доступа в интернет станет услуга OneWeb, которая должна стартовать в 2018 году. Сеть будет состоять не из нескольких, а из 700 спутников, из которых 648 будет активных, а остальные – запасные.
Они будут расположены на высоте 800 км на 20 различных орбитах. То есть будут находиться сравнительно близко к поверхности Земли, благодаря чему задержка сигнала будет небольшой, с ping равному в сети 3G (около 50 мс).
Для передачи данных будет использоваться волны в 12-18 Ггц, используемые в настоящее время для передачи цифрового спутникового телевидения. Готовая сеть будет иметь пропускную способность до 4,2 Тбит/с (один спутник – 6 Гбит/с), сравнимую с волоконно-оптическими сетями.
Самой большой проблемой является производство столь большого количества спутников. Контракт на реализацию проекта выиграл в июне 2015 года французский Airbus, который для нужд OneWeb создаст первую в истории монтажную линию для массового производства сателлитов.
Заказ включает в себя 900 устройств, из которых 200 останется на Земле, как запасные. Благодаря миниатюризации, спутники будут весить всего 150 кг, при размахе около 1 м.
Устройства будут вынесены на орбиту с помощью российских ракет «Союз», на которых можно разместить до десятка устройств, а также с помощью легких и дешевых ракет LauncherOne, которые разработала компания Virgin Galactic, принадлежащая миллиардеру Ричарду Брэнсону. Этот бизнесмен известен вовлеченностью в инновационные космические проекты. Готовая сеть OneWeb будет выполнять роль космической магистральной сети связи.
Интернет дроны от Марка Цукерберга
OneWeb является не единственным проектом обеспечения глобального доступа в Интернет. Над собственными решениями работают также гиганты интернет-сервисов: Facebook и Google.
Оно понятно: компании заинтересованы не столько в предоставлении услуг передачи данных, сколько в привлечении новых пользователей социальных сетей и поисковых систем. В частности, это касается клиентов из Африки, где находятся наиболее быстро развивающиеся, в настоящее время, экономики мира, а наземная инфраструктура, в том числе сети связи, являются примитивными.
Из-за огромной поверхности Африки и слабо развитой береговой линии, большая часть населения живет вдали от океана, где проходят волоконно-оптические кабели. Именно поэтому предоставление «интернета с неба» является единственной технологией, которая дает шанс на доведение современных услуг в сердце континента.
Facebook, в качестве способа размещения в инфраструктуры, выбрал дроны. Это не типичные летающие роботы, которые, например, использует армия. Знаменитые «Хищники» могут пребывать в воздухе лишь 24 часа, после чего требуют заправки и технического обслуживания – это слишком мало, чтобы использовать их в качестве точки доступа.
Поэтому Facebook обратил внимание на инновационные беспилотники на солнечных батареях, которые могут циркулировать в небе месяцами. Дрон Aquila, купленный Facebook вместе с компанией Ascenta, которая его разработала, выглядит как гигантский планер. Имеет размах крыльев, больший, чем Boeing 737, так что может летать, используя двигатели малой мощности. Вся поверхность крыльев покрыта ультралегкими солнечными батареями.
Такой беспилотник является довольно чувствительным устройством, поэтому, чтобы он мог функционировать долгие месяцы, не будучи подвергнутым разрушению, например, от грозы, которых в Африке предостаточно, он должен летать высоко, в стратосфере.
На высоте 20-25 км над Землей погодные явления отсутствуют. Воздух достаточно стабилен, так что дронам не грозит никакая опасность. Что важно, на этой высоте не летают пассажирские самолеты (максимальная высота их полета – 13 км), так что дрон не представляет угрозы для гражданского воздушного движения.
Беспилотнику, находящемуся в стратосфере, придется отправлять сигнал в несколько мест, расположенных на расстоянии нескольких десятков километров от передатчика, а также принимать передачи с земли, – это большой вызов для разработчиков технологий. Во время передачи данных необходимо применение более высоких частот.
Может быть использовано микроволновое излучение, миллиметровые волны КВЧ или технология Free Space Optics (FSO) (оптика свободного пространства), т.е. передача сигнала лазером, похоже на используемый в оптических волокнах принцип, только в воздухе.
Из имеющейся информации следует, что Facebook склоняется к применению лазерной технологии FSO, так как она наиболее устойчива к помехам и обеспечивает наибольшую пропускную способность.
В расширенных реализациях FSO помехи удалось снизить, в частности, через использование подвижных зеркал, которые компенсируют искажения сигнала, связанные с дождем или явлением вздрагивающего воздуха. В проектах военных удалось достичь пропускной способности порядка 10-80 Гбит/с между наземными станциями и находящимися в 200 км боевыми самолетами.
Дрон Aquila в настоящее время тестируется над Великобритании. Развертывание коммуникационной платформы, вероятно, произойдет в одном из 21 мест в Африке, Азии или Южной Америке, которые были выбран для пилотной программы. Все выбранные места должны получить точку доступа (apn) к концу десятилетия.
Проект доступного интернета – Google Loon
Google, в качестве носителя устройств доступа, выбрал стратосферные воздушные шары, которые могут достигать высот 18-25 км и находиться в атмосфере по полгода (нынешний рекорд, полученный в испытаниях, составляет 187 дней).
Плюсом воздушных шаров является их более низкая стоимость, а недостаток – отсутствие возможности управления, а значит и возможности удерживать точку доступа в указанном месте.
Google хочет справиться с этой проблемой, запуская в стратосферу сотни воздушных шаров, которые попадут в стабильные потоки ветров, двигающихся со скоростью 10-30 км/ч и огибающих всю планету. Вместе с ветрами будет вращаться кольцо из воздушных шаров, так что в любой момент один из них будет в пределах аудитории.
Первые испытания этого решения были проведены уже в 2013 году в Новой Зеландии, где запустили воздушный шар. Следующим испытанием будет размещение 300 шаров в плоскости 40 параллели южного потока, что позволит поставлять интернет в районах Новой Зеландии, Австралии, Аргентины и Чили.
Google также выбрал иной, чем Facebook, метод установки соединения. Шары будут переносить передатчики сантиметровых волн (от 2,4 до 5,8 Ггц), работающих в диапазоне, близком к нелицензированной полосе частот, используемой в сетях Wi-Fi.
Это позволит достичь больших скоростей передачи данных, интернет с воздушных шаров компании Google должен иметь пропускную способность, близкую к 3G, если использовать стационарную антенну, установленную на крыше здания.
Еще не известно, когда и будет ли реализован проект Google Loon. Однако, в 2015 году удалось найти ценных партнеров для проекта, в том числе французский эквивалент агентства NASA.
Монополист на рынке поисковых систем также имеет план «Б». Параллельно компания инвестирует в проект созвездия спутников, похожий на описанный ранее OneWeb.
Сеть разрабатывает частная космическая компания SpaceX, которая занимается, в частности, поставками снабжения на Международную Космическую Станцию. Её сеть будет включать 4000 спутников, которые будут вынесены на орбиту в 2020 году.
