Анализ методов и средств высокоскоростного доступа в Интернет

В России основное количество точек доступа сообщества FON расположено в московском регионе.

1.3 Некоммерческое использование Wi-Fi

Пока коммерческие сервисы пытаются использовать существующие бизнес-модели для Wi-Fi, многие группы, сообщества, города и частные лица строят свободные сети Wi-Fi, часто используя общее пиринговое соглашение для того, чтобы сети могли свободно взаимодействовать друг с другом.

Многие муниципалитеты объединяются с локальными сообществами, чтобы расширить свободные Wi-Fi-сети. Некоторые группы строят свои Wi-Fi-сети, полностью основанные на добровольной помощи и пожертвованиях.

OLSR -- один из протоколов, используемых для создания свободных сетей. Некоторые сети используют статическую маршрутизацию, другие полностью полагаются на OSPF. В Израиле разрабатывается протокол WiPeer для создания бесплатных P2P-сетей на основе Wi-Fi.

В Wireless Leiden разработали собственное программное обеспечение для маршрутизации под названием LVrouteD для объединения Wi-Fi-сетей, построенных на полностью беспроводной основе. Бомльшая часть сетей построена на основе ПО с открытым кодом, или публикуют свою схему под открытой лицензией. (превращает любой ноутбук с установленным Wi-Fi-модулем в открытый узел Wi-Fi-сети). Также следует обратить внимание на netsukuku -- Разработка всемирной бесплатной mesh-сети.

Некоторые небольшие страны и муниципалитеты уже обеспечивают свободный доступ к хот-спотам Wi-Fi и доступ к Интернету через Wi-Fi по месту жительства для всех. Например, Королевство Тонга и Эстония, которые имеют большое количество свободных хот-спотов Wi-Fi по всей территории страны. В Париже OzoneParis предоставляет свободный доступ в Интернет неограниченно всем, кто способствует развитию Pervasive Network, предоставляя крышу своего дома для монтажа оборудования Wi-Fi. Unwire Jerusalem -- это проект установки свободных точек доступа Wi-Fi в крупных торговых центрах Иерусалима. Многие университеты обеспечивают свободный доступ к Интернет через Wi-Fi для своих студентов, посетителей и всех, кто находится на территории университета.

Некоторые коммерческие организации, такие как Panera Bread, предоставляют свободный доступ к Wi-Fi постоянным клиентам. Заведения McDonald's Corporation тоже предоставляют доступ к Wi-Fi под брендом McInternet. Этот сервис был запущен в ресторане в Оук-Брук, Иллинойс; он также доступен во многих ресторанах в Лондоне, Москве.

Тем не менее, есть и третья подкатегория сетей, созданных сообществами и организациями, такими как университеты, где свободный доступ предоставляется членам сообщества, а тем, кто в него не входит, доступ предоставляется на платной основе. Пример такого сервиса -- сеть Sparknet в Финляндии. Sparknet также поддерживает OpenSparknet -- проект, в котором люди могут делать свои собственные точки доступа частью сети Sparknet, получая от этого определённую выгоду.

В последнее время коммерческие Wi-Fi-провайдеры строят свободные хот-споты Wi-Fi и хот-зоны. Они считают, что свободный Wi-Fi-доступ привлечёт новых клиентов и инвестиции вернутся.

Бесплатный доступ к Интернету через Wi-Fi

Независимо от исходных целей (привлечение клиентов, создание дополнительного удобства или чистый альтруизм) во всём мире и в России, в том числе, растёт количество бесплатных хот-спотов, где можно получить доступ к наиболее популярной глобальной сети (Интернет) совершенно бесплатно. Это могут быть и крупные транспортные узлы (такие хот-спот зоны, например, уже находятся на станциях метро в различных городах мира, таких как : Лондон, Париж, Нью-Йорк, Токио, Сеул, Сингапур, Гонконг, Москва), где подключиться можно самостоятельно в автоматическом режиме, и места общественного питания, где для подключения необходимо попросить карточку доступа с паролем у персонала, и даже просто территории городского ландшафта, являющиеся местом постоянного скопления людей.

Стандартами Wi-Fi не предусмотрено шифрование передаваемых данных в открытых сетях. Это значит, что все данные, которые передаются по открытому беспроводному соединению, могут быть прослушаны злоумышленниками при помощи программ-снифферов. К таким данным могут относиться пары логин/пароль, номера банковских счетов, пластиковых карт, конфиденциальная переписка. Поэтому, при использовании бесплатных хот-спотов не следует передавать в Интернет подобные данные.

Первые хот- зоны в Московском метрополитене, охватывающие поезда Кольцевой линии, были запущены совместно с оператором сотовой связи «МТС» 23 марта 2012 года. Первые месяцы интернет работал в тестовом режиме со скоростью 7,2 Мбит/с. [13] В 2013 году московский метрополитен провел конкурс при поддержке Правительства Москвы на установку Wi-Fi соединения на всех станциях метрополитена.[14][15] Конкурс выиграла компания ЗАО “Максима Телеком” и вложила в создание беспроводной сети в метрополитене 1,8 млрд. рублей. [16] Эта Wi-Fi сеть называется MosMetro_free. Ежедневно этой сетью пользуется 1,2 млн человек. В начале 2015 года к сети Wi-Fi в метро подключилось более 55 млн. уникальных пользователей. Поезда Московского метрополитена, в отличие от других стран мира, где точки доступа в интернет находятся только на станциях или в туннелях, оснащены индивидуальным Wi-Fi роутером. В 2015 году Wi-Fi стал появляться не только в вагонах электропоездов, но и на эскалаторах, переходах и в вестибюлях станций метро. [17] В 2015 году хот-зоны длительностью сессии интернет - соединения в 25 минут появились на более чем 100 остановках общественного транспорта в Москве.[18] Сеть подключения называется Mosgortrans_Free. Скорость интернет - соединения составляет 10 Мбит/с. За 2015 год на остановках вышло в сеть более 70 тысяч уникальных пользователей. [19] После принятия ФЗ-№97 от 5 мая 2014 года для подключения к Wi-Fi на остановках общественного транспорта или в метрополитене нужно пройти авторизацию с помощью SMS. На конец 2015 года было оборудовано еще 300 остановок беспроводным интернетом.[20][21]

Wi-Fi и ПО

ОС семейства BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD) могут работать с большинством адаптеров, начиная с 1998 года. Драйверы для чипов Atheros, Prism, Harris/Intersil и Aironet (от соответствующих производителей Wi-Fi устройств) обычно входят в ОС BSD начиная с версии 3. В OpenBSD 3.7, было включено больше драйверов для беспроводных чипов, включая RealTek RTL8180L, Ralink RT25x0, Atmel AT76C50x, и Intel 2100 и 2200BG/2225BG/2915ABG. Благодаря этому частично удалось решить проблему нехватки открытых драйверов беспроводных чипов для OpenBSD. Возможно некоторые драйверы, реализованные для других BSD-систем, могут быть перенесены, если они ещё не были созданы. NDISwrapper также доступен для FreeBSD.

OS X (прежнее название -- Mac OS X). Адаптеры производства Apple поддерживались с системы Mac OS 9, выпущенной в 1999 году. С 2006 года все настольные компьютеры и ноутбуки Apple Inc. (а также появившиеся позднее телефоны iPhone, плееры iPod Touch и планшетные компьютеры iPad) штатно оснащаются адаптерами Wi-Fi, сеть Wi-Fi в настоящее время является основным решением Apple для передачи данных, и полностью поддерживается OS X. Возможен режим работы адаптера компьютера в качестве точки доступа, что позволяет при необходимости связывать компьютеры Macintosh в беспроводные сети в отсутствии инфраструктуры. Darwin и OS X, несмотря на частичное совпадение с BSD, имеют свою собственную, уникальную реализацию Wi-Fi.

Linux: Начиная с версии 2.6, поддержка некоторых Wi-Fi устройств появилась непосредственно в ядре Linux. Поддержка для чипов Orinoco, Prism, Aironet, Atmel, Ralink включена в основную ветвь ядра, чипы ADMtek и Realtek RTL8180L поддерживаются как закрытыми драйверами производителей, так и открытыми, написанными сообществом. Intel Calexico поддерживаются открытыми драйверами, доступными на SourceForge.net. Atheros поддерживается через открытые проекты. Поддержка других беспроводных устройств доступна при использовании открытого драйвера NDISwrapper, который позволяет Linux-системам, работающим на компьютерах с архитектурой Intel x86, «оборачивать» драйвера производителя для Microsoft Windows для прямого использования. Известна по крайней мере одна коммерческая реализация этой идеи. FSF создало список рекомендуемых адаптеров, более подробную информацию можно найти на сайте Linux wireless.

Существует довольно большое количество Linux-based прошивок для беспроводных роутеров, распространяемых под лицензией GNU GPL. К ним относятся так называемая «прошивка от Олега», FreeWRT, OpenWRT, X-WRT, DD-WRT и т. д. Как правило, они поддерживают гораздо больше функций, чем оригинальные прошивки. Необходимые сервисы легко добавляются путём установки соответствующих пакетов. Список поддерживаемого оборудования постоянно растёт.[22]

В ОС семейства Microsoft Windows поддержка Wi-Fi обеспечивается, в зависимости от версии, либо посредством драйверов, качество которых зависит от поставщика, либо средствами самой Windows.

Ранние версии Windows, такие как Windows 2000 и младше, не содержат встроенных средств для настройки и управления, и тут ситуация зависит от поставщика оборудования.

Microsoft Windows XP поддерживает настройку беспроводных устройств. И хотя первоначальная версия включала довольно слабую поддержку, она значительно улучшилась с выходом Service Pack 2, а с выходом Service Pack 3 была добавлена поддержка WPA2.

Microsoft Windows Vista содержит улучшенную по сравнению с Windows XP поддержку Wi-Fi.

Microsoft Windows 7 поддерживает все современные на момент её выхода беспроводные устройства и протоколы шифрования. Помимо прочего в Windows 7 создана возможность создавать виртуальные адаптеры Wi-Fi, что теоретически позволило бы подключаться не к одной Wi-Fi-сети, а к нескольким сразу. На практике в Windows 7 поддерживается создание только одного виртуального адаптера, при условии написания специальных драйверов[23]. Это может быть полезно при использовании компьютера в локальной Wi-Fi-сети и, одновременно, в Wi-Fi-сети подключённой к Интернет.

DECT (англ. Digital Enhanced Cordless Telecommunication) -- технология беспроводной связи на частотах 1880--1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), используется в современных радиотелефонах. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. По оценкам 1999 года, DECT принят более чем в 100 странах, а число абонентских устройств DECT в мире приближается к 50 миллионам. В Европе DECT практически полностью вытеснил беспроводные телефоны стандартов CT2, CT3; на других континентах DECT успешно конкурирует с американским стандартом PACS и японским PHS.

Стандарт DECT в России для домашнего пользования не требует лицензирования (получения частотного решения ГКРЧ, разрешения Роскомнадзора).

Описание

Цифровой стандарт DECT первоначально разрабатывался для Европы и утверждался в 1992 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). Стандарт описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами), при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных.

Диапазон радиочастот, используемых для приёма/передачи -- 1880--1900 МГц в Европе, 1920--1930 МГц в США.

Рабочий диапазон (20 МГц) разделён на 10 радиоканалов, каждый шириной в 1728 КГц.

Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом -- 10 мВт.

DECT относится к системам пакетной радиосвязи с частотно-временным разделением каналов (информация передаётся по радиоканалу в виде пакетов, организованных в кадры) и основана на технологиях:

TDMA -- Time division multiple access (множественный доступ с временным разделением)

FDMA -- Frequency division multiple access (множественный доступ с частотным разделением)

TDD -- Time division duplex (дуплексный канал с временным разделением)

(это означает, что спектр радиоизлучения разделён как по времени, так и по частотам).

Обмен информацией производится кадрами; с помощью временного разделения в каждом кадре. Каждый кадр длительностью 10 мс разделён на 24 временных интервала (ВИ, или слота англ. slot), причём первые 12 ВИ (0-11) служат для передачи пакетов в направлении ФЧ-ПЧ, а следующие 12 ВИ (12-23) для передачи пакетов в обратном направлении, ПЧ-ФЧ. Дуплексные каналы связи образуют последовательности из двух пакетов одного кадра с интервалом между ними в 12 ВИ. Передачу и приём информации в DECT ведут на одной частоте (дуплекс с временным разделением каналов). 16 кадров DECT объединяют в мультикадр. Все кадры DECT пронумерованы, номера кадров используют при шифрации сообщений и передают по вещающему каналу Q.

Передача соединения мобильного абонента от одной базовой радиостанции к другой во время разговора абсолютно незаметна для абонента (режим handover). При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приёма.

Существует дополнительное расширение стандарта DECT -- стандарт GAP (Generic Access Profile), принятое летом 1996 года, означающее совместимость радиотелефона с оборудованием других производителей, имеющим тот же стандарт DECT/GAP. Например, с теми телефонами, которые поддерживают стандарт DECT/GAP, можно использовать трубки от любой другой модели, поддерживающей этот стандарт. Специфика этого стандарта в том, что при взаимодействии трубок разных производителей некоторые функции могут быть неактивными.

Реализация беспроводной связи (по стандарту DECT) происходит как в рамках аналоговой телефонии, так и IP-телефонии. Корпоративные радиотелефоны, работающие по принципу Voice over IP, являются одним из самых востребованных и быстрорастущих сегментов рынка IP-телефонии[2]..

Достоинства и недостатки

Основные достоинства DECT:

хорошая (в сравнении с аналоговыми системами) помехоустойчивость канала связи благодаря цифровой передаче сигнала; вследствие этого -- отсутствие множества помех во время разговора, которые присутствовали в аналоговых системах;

хорошая интеграция с системами стационарной корпоративной телефонии.

меньшее, по сравнению с мобильными телефонами, облучение абонента -- уровень сигнала радиотелефона, в соответствии со стандартом, составляет 10 мВт из-за многократно меньшей мощности передатчика (как трубки, так и базы).

Основные недостатки DECT:

относительно небольшая дальность связи (из-за ограничения мощности самим стандартом);

невысокая (относительно Wi-Fi) скорость передачи данных.

Следовательно, существует проблема её стандартизации, которую решают, используя понятия профилей (profile) DECT. Все профили обеспечивают защиту системы от несанкционированных пользователей и шифрацию сообщений, которая, однако, успешно обходится[3]. Основной профиль -- профиль общего доступа GAP (Generic Access Profile) обеспечивает передачу телефонии со скоростью 32 кбит/с и потоков данных по «прозрачному» каналу со скоростями 32, 16 и 8 кбит/с без дополнительной защиты информации. Также существует профиль радиодоступа RAP (Radio Local loop Access Profile), который специально разработан для аппаратуры радиодоступа. Из новых профилей следует отметить DMAP (DECT Multimedia Access Profile), ориентированный на предоставление мультимедийных услуг.

Безопасность

В настоящее время DECT считается самой защищённой и безопасной технологией беспроводной связи, используемой в радиотелефонах.

Слой управления доступом к данным DECT также предоставляет шифрование в соответствии со стандартным криптографическим алгоритмом DECT -- DECT Standard Cipher (DSC). Шифрование является довольно слабым: используется 35-разрядный вектор инициализации, аудиопоток защищается 64-битным шифрованием.

Ещё одна уязвимость заключается в том, что не проводится взаимной аутентификации (только трубка аутентифицируется перед БС), а базовая станция может отключить шифрование. Атака заключается в использовании ложной базовой станции (человек посередине) и может отключить шифрование, что позволяет прослушивать звонки пользователей данной базовой станции, записывать их, а также перенаправлять их[4][5][6].

Спутниковый Интернет -- способ обеспечения доступа к сети Интернет с использованием технологий спутниковой связи.

Существует два способа обмена данными через спутник:

- односторонний (one-way), иногда называемый также «асимметричным» -- когда для приёма данных используется спутниковый канал, а для передачи -- доступные наземные каналы.

- двухсторонний (two-way), иногда называемый также «симметричным» -- когда и для приёма, и для передачи используются спутниковые каналы.

Двухсторонний спутниковый Интернет

Наиболее широкое распространение получили VSAT-технологии.

Двухсторонний спутниковый Интернет подразумевает приём данных со спутника и отправку их обратно также через спутник. Этот способ является очень качественным, так как позволяет достигать больших скоростей при передаче и отправке, но он является достаточно дорогим и требует получения разрешения на радиопередающее оборудование (впрочем, последнее провайдер часто берет на себя). Высокая стоимость двустороннего интернета оказывается полностью оправданной за счёт в первую очередь намного более надёжной связи. В отличие от одностороннего доступа, двусторонний спутниковый интернет не нуждается ни в каких дополнительных ресурсах, кроме электропитания.

Особенностью «двустороннего» спутникового доступа в Интернет является достаточно большая задержка на канале связи. Пока сигнал дойдёт от абонента до спутника и от спутника до Центральной станции спутниковой связи -- пройдёт около 250 мс. Столько же нужно на путешествие обратно. Плюс неизбежные задержки сигнала на обработке и на то, чтобы пройти «по Интернету». В результате время пинга на двустороннем спутниковом канале составляет около 600 мс и более. Это накладывает некоторую специфику на работу приложений через спутниковый Интернет. Особенно это относится к сетевым играм в реальном времени.

Ещё одна особенность состоит в том, что оборудование различных производителей практически несовместимо друг с другом. То есть, если вы выбрали одного оператора, работающего на определённом типе оборудования, то перейти вы сможете только к оператору, использующему такое же оборудование. Попытка реализовать совместимость оборудования различных производителей (стандарт DVB-RCS) была поддержана очень небольшим количеством компаний, и на сегодня является скорее ещё одной из «частных» технологий, чем общепринятым стандартом.

Оборудование для двухстороннего спутникового Интернета

Приёмопередающая антенна (существенно отличается от «приёмных» спутниковых антенн -- прежде всего требованиями к точности изготовления, механической прочности и способности выдерживать установку достаточно тяжёлого облучателя и высокочастотного блока, поэтому она заметно тяжелее и дороже). Чаще всего используется Ku-диапазон, для которого традиционно требуются антенны диаметром 1,2 -- 1,8 метра, в последнее время стали доступны сервисы с антеннами 0.8 -- 0.9 метра (размер определяется требованиями не только к приёму, но и к передаче). В Европейской части России также доступен Ka-диапазон, где используются антенны меньшего диаметра (около 0,7 -- 0,8 метра).

Высокочастотное оборудование -- передающий блок BUC (block-up converter) и приёмный блок LNB (low-noise block) устанавливается на облучателе антенны. В России мощность используемого передатчика (BUC) ограничивается 2-мя Ваттами, в противном случае процедура получения разрешения резко усложняется и удорожается. Как правило BUC и LNB являются универсальными, то есть не привязанными к спутниковому терминалу. Однако, некоторые производители, например Hughes и Newtec, используют свои BUC и LNB, не совместимые с оборудованием других производителей.

Спутниковый терминал (модем) -- основное устройство «двустороннего» спутникового доступа. Обеспечивает приём и передачу спутникового сигнала, взаимодействие с центральным узлом оператора спутникового Интернета и передачу трафика в локальную сеть пользователя. Как правило, для подключения пользователя используется интерфейс Ethernet 10/100Base-T. К терминалу может быть подключён как один компьютер, так и целая локальная сеть, для которой будет осуществляться доступ к Спутниковому Интернету.

Диапазоны -- C, Ku, Ka

Услуги массового двустороннего доступа в Интернет в C-диапазоне практически не существуют, поскольку для работы абонентам требуются антенны сравнительно большого размера и мощные передатчики. В этом диапазоне организуются в основном магистральные каналы и корпоративные сети передачи данных.

Традиционно услуги двустороннего доступа в Интернет предоставляются в Ku-диапазоне, обладающем следующими преимуществами:

зона покрытия в котором достаточно широка и одна центральная станция может обслуживать большие территории,

антенны могут использоваться сравнительно небольших размеров (типично -- 1.2-1.8 метра, а с появлением новых спутников с хорошей энергетикой, таких как Ямал-300К, Ямал-402, Экспресс АМ5 возможна работа и с антеннами 0.8 -- 1.0 метра)

используются компактные и массовые, а значит и сравнительно недорогие передатчики мощностью до 2 Ватт (в некоторых сетях -- даже меньше 1-го Ватта).

С 2011 года для двустороннего спутникового доступа стал активно использоваться Ka-диапазон, на специально для этого спроектированных и построенных спутниках с так называемыми "зоновыми лучами" -- Ka-Sat, Viasat-1, Jupiter (Echostar-17). Система "зоновых лучей" вместе со специально построенной для неё наземной инфраструктурой позволяет повысить энергетику в каждом луче и многократно переиспользовать доступный диапазон частот, а это многократно повышает пропускную способность спутниковой сети. В России в настоящее время доступны услуги в Ka-диапазоне со спутника Ka-Sat, лучи которого захватывает часть европейской территории России. Со стандартной антенной 0.75 метра в Ка-диапазоне доступны скорости до 3 Мбит/с на передачу и 6 Мбит/с на прием, технически возможны и более высокие скорости. Ограничением для развития сетей Ka-диапазона является узкая зона покрытия[1]. Дальнейшее развитие спутникового интернета в Ka-диапазоне ожидается в 2014 году, после запуска спутников Экспресс АМ5 и Экспресс АМ6, но характеристики требуемого абонентского оборудования и условия сервиса на этих спутниках пока неизвестны.

1.4 Преимущества и недостатки двустороннего спутникового Интернета

Основное преимущество двустороннего спутникового Интернета -- полная независимость от наличия местных "наземных" Интернет-провайдеров. Все, что требуется для работы -- это место для установки антенны, прямая видимость на спутник и источник электропитания. Второе немаловажное преимущество -- простота абонентского подключения. Спутниковый терминал (модем) имеет порт Ethernet (10/100BaseT), который фактически является для абонента портом провайдера. К этому порту может быть подключен компьютер, домашний маршрутизатор, точка доступа Wi-Fi и т.п. Настройки со стороны пользователя при этом минимальны и ничем не отличаются от любого другого подключения по локальной сети.

К недостаткам двустороннего доступа следует отнести сравнительно высокую цену оборудования, хотя в последнее время наблюдается тенденция к её снижению. Стоимость типичного абонентского комплекта по состоянию на 2013 год составляет 14-25 тыс руб (в зависимости от провайдера и сети), что сравнимо со стоимостью, например, смартфона или планшета. Также оборудование двустороннего доступа достаточно громоздко, из-за размеров антенн, что усложняет его доставку до конечного потребителя. Снижение стоимости оборудования и доставки за счет уменьшения размеров антенн и мощности (а значит и массогабаритов) передатчика не всегда оправдано, т.к. приводит к снижению энергетики абонентской станции, и, в конечном итоге, к уменьшению надежности связи и скорости передачи данных -- в первую очередь в направлении "от абонента".

И как всякое спутниковое оборудование -- оборудование двустороннего спутникового Интернета требует определенной квалификации при его установке и наведении на спутник. Хотя современное оборудование включает средства, облегчающие наведение -- специальный WEB-интерфейс спутникового модема, точно отображающий сигнал, вспомогательные средства наведения по звуковому сигналу или специальному индикатору.

Особенностью двустороннего спутникового интернета являются спутниковые задержки - технически не могут быть менее 480мс, нормальные значения круговой задержки 600-800 мс (зависит от взаиморасположения центральной станции-спутника и спутника-абонентской станции; причина - спутник находится на орбите Кларка, расстояние от станции до спутника примерно 40000 км, сигнал проходит 4 участка такой длины, т.е. примерно 160 тысяч километров, скорость распространения сигнала - скорость света, 300 тысяч километров в секунду), поэтому работа в критичных к данному параметру приложений (например, некоторых компьютерных игр) практически невозможна, что не мешает нормальной работе веб-серфинга и аудио-видео-звонков либо конференций и т.д.

1.5 Односторонний спутниковый Интернет

Односторонний спутниковый Интернет подразумевает наличие у пользователя какого-то существующего способа подключения к Интернету. Как правило это медленный и/или дорогой канал (GPRS/EDGE, ADSL-подключение там, где услуги доступа в Интернет развиты плохо и ограничены по скорости и т. п.). Через этот канал передаются только запросы в Интернет. Эти запросы поступают на узел оператора (провайдера) одностороннего спутникового доступа (используются различные технологии VPN-подключения или проксирования трафика), а данные, полученные в ответ на эти запросы, передают пользователю через широкополосный спутниковый канал. Поскольку большинство пользователей в основном получает данные из Интернета, то такая технология позволяет получить более скоростной и более дешёвый трафик, чем медленные и дорогие наземные подключения. Объем же исходящего трафика по наземному каналу (а значит и затраты на него) становится достаточно скромным (соотношение исходящий/входящий -- примерно от 1/10 при веб-серфинге, от 1/100 и лучше при загрузке файлов).

Естественно, использовать односторонний спутниковый Интернет имеет смысл тогда, когда доступные наземные каналы слишком дорогие и/или медленные. При наличии недорогого и быстрого «наземного» Интернета -- спутниковый Интернет имеет смысл как резервный вариант подключения, на случай пропадания или плохой работы «наземного».

Задержки при использовании одностороннего доступа определяются как временем передачи сигнала через спутник (от оператора до абонента -- порядка 250 мс), так и задержками в "наземном" (запросном) канале, и при большой загрузке сети могут варьироваться в очень широких пределах -- вплоть до секунд.

Оборудование для одностороннего спутникового Интернета

Спутниковая плата (DVB-карта) для приёма сигнала в стандарте DVB-S или DVB-S2 . Может быть с интерфейсом PCI, PCI-E или USB, выбор зависит от того, что вам удобнее подключать к компьютеру. Лучше использовать платы с поддержкой DVB-S2, поскольку все больше операторов переходят на этот стандарт;

Спутниковая антенна («Тарелка»), такая же, как для приёма спутникового ТВ, как правило достаточно антенны диаметром 90 см (но проверьте на сайте провайдера размер конкретно для вашей местности).

Устанавливаемый на антенне усилитель-конвертер (как правило -- «универсальный конвертер Ku-диапазона», работающий с линейной поляризацией, но некоторые провайдеры работают в круговой поляризации, возможно также и использование C-диапазона -- проверьте на сайте провайдера).

DVB-карта

DVB-карта (PCI) TT-budget S-1401

Ядро спутникового Интернета. Осуществляет обработку данных, полученных со спутника, и выделение полезной информации. Существует множество различных видов карт, но наиболее известны карты семейства SkyStar. Основными отличиями DVB-карт на сегодняшний день является максимальная скорость потока данных. Также к характеристикам можно отнести возможность аппаратного декодирования сигнала, программную поддержку продукта.

Спутниковая антенна

Существуют два типа спутниковых антенн:

офсетные;

прямофокусные.

Прямофокусные антенны представляют собой «блюдце» с сечением в виде окружности; приёмник расположен прямо напротив его центра. Они сложнее офсетных в настройке и требуют подъёма на угол спутника, из-за чего могут «собирать» атмосферные осадки. Офсетные антенны за счёт смещения фокуса «тарелки» (точки максимального сигнала), устанавливаются практически вертикально, и потому проще в обслуживании. Диаметр антенны выбирается в соответствии с метеоусловиями и уровнем сигнала необходимого спутника.

Конвертер (LNB)

Спутниковый конвертер выполняет роль первичного преобразователя, который преобразовывает СВЧ-сигнал со спутника в сигнал промежуточной частоты. В настоящее время большинство конвертеров адаптировано к длительным воздействиям влаги и УФ-лучей. При выборе конвертера, в основном, следует обратить внимание на шумовой коэффициент. Для нормальной работы стоит выбирать конвертеры со значением этого параметра в промежутке 0,25 -- 0,30 dB.

Программное обеспечение

Существует два взаимодополняющих подхода к реализации ПО для спутникового интернета.

В первом случае DVB-карта используется как стандартное сетевое устройство (но работающие только на приём), а для передачи используется VPN-туннель (многие провайдеры используют PPTP («Windows VPN»), либо OpenVPN на выбор клиента, в некоторых случаях используется IPIP-туннель), есть и другие варианты. При этом в системе отключается контроль заголовков пакетов. Запросный пакет уходит на туннельный интерфейс, а ответ приходит со спутника (если не отключить контроль заголовков, система посчитает пакет ошибочным (в случае Windows -- не так)). Данный подход позволяет использовать любые приложения, но имеет большую задержку. Большинство доступных в СНГ спутниковых провайдеров (SpaceGate (Ителсат), Raduga-Internet, SpectrumSat) поддерживают данный метод.

Второй вариант (иногда используется совместно с первым): использование специального клиентского ПО, которое за счёт знания структуры протокола позволяет ускорять получение данных (например, запрашивается веб-страница, сервер у провайдера просматривает её и сразу, не дожидаясь запроса, посылает и картинки с этой страницы, считая, что клиент их все равно запросит; клиентская часть кеширует такие ответы и возвращает их сразу). Такое программное обеспечение со стороны клиента обычно работает как HTTP и Socks-прокси. Примеры: Globax (SpaceGate + другие по запросу), Sprint (Raduga), Slonax (SatGate,ioSat).

В обоих случаях возможно «расшаривание» трафика по сети (в первом случае иногда даже можно иметь несколько разных подписок спутникового провайдера и разделять тарелку за счёт особой настройки машины с тарелкой (требуется Linux или FreeBSD, под Windows требуется программное обеспечение сторонних производителей)).

Некоторые провайдеры (SkyDSL) в обязательном порядке используют своё программное обеспечение (выполняющее роль и туннеля, и прокси), часто также выполняющие клиентский шейпинг и не дающее расшаривать спутниковый интернет между пользователями (также не дающие возможности использовать в качестве ОС что либо отличное от Windows).

Преимущества и недостатки одностороннего доступа

Можно выделить следующие плюсы одностороннего спутникового Интернета:

Возможность получить высокие скорости входящего трафика там, где сети наземных операторов имеют низкую скорость и высокую цену.

Сравнительно недорогой комплект оборудования, включающий стандартные и распространенные компоненты для ТВ-приема.

Большая вероятность приобрести наиболее громоздкое оборудование (антенну с опорой, кабели) в непосредственной доступности, без сложной доставки

Более легкая и потому более простая в установке антенная система, чем для двустороннего доступа

Традиционно невысокая для спутниковых услуг стоимость трафика, особенно в часы минимальной загрузки сети

Возможность одновременного просмотра спутникового ТВ и «рыбалки со спутника»

Простота перехода от провайдера к провайдеру -- практически везде используется одинаковые протоколы и оборудование

Недостатки:

Сильная зависимость от качества наземной сети, используемой в качестве запросного канала. Задержки и потери данных на "наземной" сети могут привести к снижению качества сервиса в целом.

Сложность установки, требуется не только точное наведение антенны на спутник, но установка и настройка программных компонент на компьютере пользователя (VPN-подключения или "ускорителей трафика").

Возможность конфликта требуемых для работы одностороннего доступа приложений с другими компонентами системы (межсетевым экраном, антивирусом и т.п.)

Сложность реализации "группового подключения" -- когда к одностороннему спутниковому интернету надо подключить домашнюю локальную сеть, с возможностью выхода в Интернет, например, смартфонов, планшетов, ноутбука и т.п.

Сокращение рынка одностороннего доступа в последние годы. В 2012-2013 годах с рынка ушли ряд операторов -- Hi-Stream, Sky-Fi, Axgate, попробовавший силы в этой области Триколор, СТВ, SatGate и другие.

Несовместимость используемого приемного оборудования (спутниковых плат) с адаптивными технологиями спутниковой передачи данных (ACM), делающая невозможным дальнейшее развитие технологии и услуг.

1.6 Область применения

Основные потребители спутникового интернета -- это расположенные вдали от основных транспортных магистралей небольшие населенные пункты (условно говоря "меньше 10 тысяч жителей"), отдельные домовладения, дачные поселки. Т.е. такие места, где скоростные наземные каналы и покрытие 3G (не говоря про 4G) отсутствуют, либо имеет низкую скорость и плотность покрытия и не могут обслужить с приемлемым качеством большое количество абонентов.

Традиционным для спутниковых провайдеров является обслуживание в основном корпоративных клиентов, таких как нефтяные и другие добывающие компании, лесопромышленные компании, репортерские группы телекомпаний, в том числе и для прямого эфира, так же научные станции во всех точках планеты. Спутниковый доступ также используется многими корпоративными пользователями как резервная сеть, не зависящая от состояния наземных каналов. Среди массовых пользователей спутниковый интернет -- достаточно экзотический способ подключения, т.к. в большинстве случаев доступны более простые и дешевые в установке наземные каналы.

При презентации ныне замороженного[2] проекта РСС-ВСД (Российская спутниковая система высокоскоростного доступа) количество потенциальных абонентов спутникового интернета в России оценивалось в 2 млн. человек. Причем услуги спутникового интернета востребованы не только в отдаленных районах, но и в западных областях России, включая даже Подмосковье (где спутниковые подключения используются в основном на дачах).

Исторически в России основная масса пользователей спутникового интернета работает через односторонний доступ. Двусторонний доступ до последнего времени не пользовался популярностью среди частных лиц из-за высокой стоимости установки и трафика и применялся в основном корпоративными клиентами.

В 2012 году в России стали доступны услуги двустороннего спутникового интернета в Ka-диапазоне через спутник Ka-Sat. Стоимость трафика для данных услуг не выше (а на конец 2013 года уже и ниже), чем для одностороннего спутникового интернета, стоимость комплекта оборудования с компактной антенной размером 75 см -- около 18-20 тыс. руб. Типичные скорости, обеспечиваемые с такой антенной в Ka-диапазоне -- до 6 Мбит/с к абоненту и до 3 Мбит/с от абонента, возможны и более высокие скорости (до 18 Мбит/с). За счет этого спутниковый интернет Ka-диапазона уже получил довольно широкую популярность в "дачном секторе" западной части России. Ограничением для использования Ka-диапазона в России на данный момент является малая зона покрытия, включающая западную часть, северо-запад, юг Поволжья и черноморское побережье.

С начала 2013 года несколько операторов запустили массовые услуги двустороннего спутникового интернета в Ku-диапазоне[3][4][5]. При использовании операторами спутников Ямал-300К, Ямал-402, IntelSat 904, Экспресс-АМ22, Экспресс-АМ5 в Ku-диапазоне включает практически всю территорию России[6][7][8][неавторитетный источник?], при этом стоимость типичного комплекта оборудования для Ku-диапазона составляет от 14 до 25 тыс. руб (и даже от 8 тыс руб. -- при определенных обязательствах абонента по потреблению трафика), используются антенны размером 75-90 см. Тарифы на новые услуги спутникового интернета Ku-диапазоне выше, чем в Ka, но уже сравнимы (а в некоторых случаях ниже), с односторонним доступом. Достаточно компактные антенны также делают эти сервисы привлекательными для массовой установки.

WiBro (сокращение от Wireless Broadband) -- технология беспроводного подключения к интернету, разработанная южнокорейскими телекоммуникационными компаниями. Технически это международный стандарт IEEE 802.16e (mobile WiMAX).

В технологии использует временноме мультиплексирование, ортогональное разделение частот, ширина канала в 8,75 МГц. Предполагалось достичь большей скорости передачи данных, чем могут использовать мобильные телефоны (как в стандарте CDMA 1x) и обеспечить мобильность для широкополосных подключений.

В феврале 2002 года корейское правительство выделило 100 МГц-полосу в диапазоне 2,3-2,4 ГГц, а в 2004 году спецификации были зафиксированы в корейском стандарте «WiBro Phase 1», которые затем были внесены в международный стандарт IEEE 802.16e (Mobile WiMAX). Услуги в этом стандарте предоставляют две южнокорейские компании: KT и SK Telecom.

Базовые станции этого стандарта обеспечивают суммарную пропускную способность до 30-50 Мбит/с на каждого оператора и могут покрывать радиус от 1 до 5 км. Подключение сохраняется для движущихся объектов при скорости до 120 км/ч, что значительно лучше, чем у локальных беспроводных сетей -- их ограничение приблизительно равно скорости пешехода, но хуже, чем сетей сотовой связи -- до 250 км/ч. Реальное тестирование сети в Пусане во время проведения саммита АТЭС показало, что реальные скорости и ограничения значительно ниже, чем в теории.

Стандарт поддерживает QoS -- приоритеты в передаче данных разного типа, что позволяет надёжно передавать видеопотоки и другие данные, чувствительные к задержкам в канале. В этом заключаются преимущества стандарта перед стационарным WiMAX (802.16d). Также, его требования значительно больше проработаны в деталях, чем в стандарте WiMAX.

LTE (буквально с англ. Long-Term Evolution -- долговременное развитие, часто обозначается как 4G LTE) -- стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на GSM/EDGE и UMTS/HSPA сетевых технологиях, увеличивая пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети[1][2]. Стандарт был разработан 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) и определён в серии документов Release 8, с незначительными улучшениями, описанными в Release 9.

LTE является естественным обновлением как для операторов с сетью GSM/UMTS, так и для операторов с сетью CDMA2000. В разных странах используются различные частоты и полосы для LTE, что делает возможным подключать к LTE сетям по всему миру только многодиапазонные телефоны.

Хотя маркировка 4G используется сотовыми операторами и производителями телефонов, LTE (как указано в серии документов консорциума 3GPP Release 8 и Release 9) не удовлетворяет техническим требованиям, которые консорциум 3GPP принял для нового поколения сотовой связи, а также требованиям, которые были первоначально установлены Международным союзом электросвязи (в спецификации IMT Advanced). Однако, вследствие маркетингового давления, а также значительных улучшений, которые WiMAX, HSPA+ и LTE смогли внести в изначальную версию технологии 3G, МСЭ принял решение, что LTE и другие вышеупомянутые технологии могут маркироваться как 4G[3]. Стандарт LTE Advanced формально удовлетворяет изначальным требованиям МСЭ определённым в спецификации IMT Advanced и чтобы отличить его от текущей 4G технологии, МЭТ определил LTE Advanced и WiMAX-Advanced, как «Настоящий 4G» («True 4G»)

LTE является стандартом беспроводной передачи данных и развитием стандартов GSM/UMTS. Целью LTE было увеличение пропускной способности и скорости с использованием нового метода цифровой обработки сигналов и модуляции, которые были разработаны на рубеже тысячелетий. Ещё одной целью было реконструировать и упростить архитектуру сетей, основанных на IP, значительно уменьшив задержки при передаче данных по сравнению с архитектурой 3G сетей. Беспроводной интерфейс LTE является несовместимым с 2G и 3G, поэтому он должен работать на отдельной частоте.

Спецификация LTE позволяет обеспечить скорость загрузки до 326,4 Мбит/с, скорость отдачи до 172,8 Мбит/с, а задержка в передаче данных может быть снижена до 5 миллисекунд. LTE поддерживает полосы пропускания частот от 1,4 МГц до 20 МГц и поддерживает как частотное разделение каналов (FDD), так и временное разделение (TDD Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности излучения и теоретически не ограничен, а максимальная скорость передачи данных зависит от радиочастоты и удалённости от базовой станции. Теоретический предел для скорости в 1 Мбит/сек -- от 3,2 км (2600 МГц) до 19,7 км (450 МГц). Большинство операторов в России работают в диапазонах 2600 МГц , 1800 МГц и 800 МГц. Базовые станции диапазона 800 МГц способны обеспечить такую скорость на расстоянии до 13,4 км[7]. Диапазон 1800 МГц наиболее используемый в мире, он сочетает в себе высокую емкость и относительно большой радиус действия (6,8 км).

В ноябре 2015 года Международный союз электросвязи рекомендовал в Европе, Африке, на Ближнем Востоке и в Центральной Азии строить LTE-сети в диапазоне 694--790 МГц. Эти частоты в ряде стран, в частности в России, заняты аналоговым телевещанием[8].

Большая часть стандарта LTE рассматривает модернизацию 3G UMTS на то, что в конечном итоге будет технологией 4G. Большая часть работы направлена на упрощение архитектуры системы: она переходит из существующих UMTS цепи + коммутации пакетов объединенной сети к единой IP-инфраструктуре (all-IP). E-UTRA является беспроводным интерфейсом LTE. Его основные особенности:

Максимальная скорость загрузки из Сети до 299,6 Мбит/с и максимальная скорость загрузки в Сеть от абонента до 75,4 Мбит/с в зависимости от категории оборудования пользователя (антенна 4Ч4 с использованием спектра 20 МГц).

Низкая задержка при передаче данных (5 мс задержка для маленьких IP пакетов в оптимальных условиях), более низкая задержка при установке соединения.

Улучшена поддержка мобильности, в качестве примера терминал, движущийся со скоростью 350 км/ч или 500 км/ч в зависимости от диапазона частот.

OFDMA для нисходящей линии связи, SC-FDMA для восходящей линии связи с целью экономии энергии.

Поддержка и FDD и TDD систем связи, а также полудуплексной FDD с одной и той же технологией радиодоступа.

Повышение гибкости спектр: 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц для ширины соты стандартизированы.

Поддержка размеров соты от нескольких десятков метров (фемто и пикосоты) до 100 км. В нижних частотных диапазонах, которые будут использоваться в сельских районах, 5 км является оптимальным размером соты. В городе и в районах плотной заселённости, более высокие частотные диапазоны (например, 2,6 ГГц в ЕС) используются для поддержки высокоскоростной мобильной широкополосной связи. В этом случае, размеры соты может быть 1 км или даже меньше.

Поддержка как минимум 200 активных клиентов в каждой соте 5 МГц.

Поддержка сосуществования со старыми стандартами (например, GSM/EDGE, UMTS и CDMA2000). Пользователи могут начать вызов или передачу данных в области с наличием LTE и, покинув область покрытия продолжить работу без каких-либо специальных действий с его стороны в сетях GSM/GPRS.

Радио интерфейс коммутации пакетов.

Голосовые вызовы

Стандарт LTE поддерживает только коммутацию пакетов со своей сетью all-IP. Голосовые вызовы в GSM, UMTS и CDMA2000 являются коммутацией каналов, поэтому с переходом на LTE операторы должны реорганизовать свою сеть голосовых вызов.[9] Имеются три различных подхода:

Голос по LTE (VoLTE)

Circuit-switched fallback (CSFB)

При таком подходе LTE обеспечивает только услуги передачи данных, поэтому, когда требуется принять или совершить голосовой вызов, терминал просто возвращается к сети с коммутацией каналов (например, GSM или UMTS). При использовании этого решения, операторам просто нужно обновить MSC, вместо развертывания IMS, поэтому можно быстро начать предоставлять услуги. Однако недостатком является более длительная задержка при установке вызова. Данный способ организации вызова в настоящее время используют все российские сотовые операторы, предоставляющие LTE.

Одновременная передача голоса и LTE (SVLTE)

При таком подходе, терминал работает одновременно в LTE и с коммутацией каналов, в режиме LTE предоставляются услуги передачи данных и в режиме с коммутацией каналов обеспечиваются голосовые услуги. Это решение основано исключительно на требованиях к мобильному телефону и не имеет специальных требований к сети. Недостатком такого решения является то, что такой телефон может стать дорогим и иметь высокое энергопотребление.

LTE в России

LTE присутствует в 79 регионах России[источник не указан 313 дней]. В зоне покрытия находится более 50 % населения (по данным сотовых операторов)[источник не указан 313 дней]. Стоит учесть, что разные операторы предоставляют разный уровень покрытия. В некоторых случаях сеть запускается только в административных центрах регионов.

Для организации голосовых вызовов в настоящее время используется подход CSFB, однако идёт тестирование и планируется к запуску VoLTE.

«МТС» и «Билайн» заключили договор об использовании и строительстве сети во многих регионах по принципу Radio Access Network sharing[10][11]. Это означает, что один оператор строит инфраструктуру, а другой оператор только использует её (раз в полгода производится финансовый взаиморасчёт). Такое решение позволяет значительно сократить затраты на строительство и обслуживание сетей (так как фактически требуется только одна сеть, которая используется одновременно двумя компаниями).

iBurst (или HC-SDMA, High Capacity Spatial Division Multiple Access) -- технология беспроводной широкополосной передачи данных, разработанная компанией ArrayComm. Оптимизация полосы пропускания достигается за счет «умной» антенной системы. Компания Kyocera -- лидирующий производитель устройств iBurst.

Компания ArrayComm разработала первые версии технологии iBurst, которые затем дорабатывались в качестве High Capacity -- Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) стандарта радио связи (ATIS-0700004-2005) Alliance of Telecommunications Industry Solutions (ATIS). Стандарт был подготовлен подкомитетом по беспроводным технологиям и системам (Wireless Wideband Internet Access subcommittee -- WTSC) комитета ATIS и был принят в качестве национального стандарта в США.

Интерфейс HC-SDMA предоставляет широкополосный беспроводной доступ для фиксированных, портативных и мобильных абонентов. Протокол создан для использования с «умными» антенными системами для более эффективного использования радиочастотного спектра, расширенной ёмкости и эффективности системы. В январе 2006 года, IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access Working Group адаптировала использование стандарта HC-SDMA для режима 625кГц Multi-Carrier Time Division Duplex (TDD) будущего стандарта IEEE 802.20. Один из канадских операторов использует данный стандарт на частоте 1.8 ГГц.

HC-SDMA также включен ISO TC204 WG16 в качестве подстандарта для использования беспроводных систем передачи данных в системах передачи данных, известных как CALM, разрабатываемх ISO для intelligent transport systems (ITS). Системы ITS могут использоваться для гражданской безопасности, управления заторами в случаях ДТП, и т. д. Между комитетами WTSC и ISO TC204 WG16 для упрощения взаимодействия, заключены официальные соглашения.

Технология

Интерфейс HC-SDMA работает аналогично GSM или CDMA2000 для мобильных телефонов и поддерживает роуминг между базовыми станциями, давая таким образом бесшовное покрытие сети передачи данных для мобильных абонентов.

Протокол:

описывает характеристики для базовой станции и клиентских устройств, включая мощностные режимы передатчиков, частоты передачи, таймауты, внутри- и внеполосные паразитные излучения, параметры избирательности и чувствительности приемников;

описывает структуры кадров (фреймов) для различных режимов передачи данных, прямого и обратного канала передачи данных, и прочие характеристики трафика;

описывает модуляции, способы коррекции ошибок при передаче (FEC), чередования и скремблирования;

описывает различные логические каналы (широковещательный, пейджинг, случайный доступ, каналы конфигурации и трафика) и их роли в функционировании радиоканала

Процедуры восстановления ошибок и перепосылок.

Протокол также поддерживает механизмы третьего уровня модели OSI (OSI) для создания и контроля логических соединений (сессий) между базовыми станциями и клиентским оборудованием, включая регистрацию, открытия потока данных, контроль мощности передачи, переключения между БС, тонкой настройки канала, закрытия потока данных, а также процедуры для аутенфитикации клиентов и безопасной передачи данных. Внедрённые в данный момент системы iBurst позволяют передавать данные со скоростью до 1 Мбит/с для каждого подписчика. В будущих версиях протокола ожидает увеличение этой скорости до 5 Мбит/с.

Коммерческое использование

В данный момент доступы следующие варианты клиентских устройств:

Настольный модем с портами USB и Ethernet (с внешним блоком питания)

Портативный USB модем (с питанием от USB порта)

Модем для ноутбуков (PC card)

Беспроводной шлюз Wi-Fi (WRG), совместно с PC Card модемом

Беспроводной маршрутизатор Wi-Fi (UMR), совместно с USB модемом

iBurst доступен в тринадцати странах: ЮАР, Азербайджан [3], Норвегия, Ирландия, Канада, Малайзия, Ливан, Кения, Танзания, Гана, Мозамбик [4], Демократическая Республика Конго [5] и США. Ожидается внедрение сетей iBurst рядом компаний в юго-восточной Европе и на ближнем востоке.



Список литературы

1. Кулябов Д.С., Королькова А.В. Архитектура и принципы построения современных сетей и систем телекоммуникаций: Учебное пособие. - М.: РУДН, 2008. - 281 с.

2. Кустов, Н.Т. Администрирование информационно-вычислительных сетей: Учебное пособие. - Томск: Томский государственный университет, 2004. - 247 с.

...