Od wczesnych lat 90. mówimy, że żyjemy w globalnie połączonym świecie. Ale to nie do końca prawda. Prawdą jest, że 90% światowej populacji posiada teraz łączność komórkową, ale nadal łączność ta obejmuje tylko około 15% powierzchni Ziemi. Jeśli weźmiemy pod uwagę nasze oceany i ogromne połacie terenów niezagospodarowanych i rolniczych, pozornie globalna łączność przestaje być już taka globalna. Jednak w miarę jak nasze urządzenia, pojazdy, systemy i usługi stają się coraz bardziej złożone, zapotrzebowanie na łączność w tych odległych lokalizacjach tylko rośnie.
Odpowiedzią mogą być sieci nienaziemne (NTN), czyli wykorzystanie satelitów jako formy infrastruktury komunikacyjnej ogólnego przeznaczenia. Postępy w komunikacji satelitarnej na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) i orbicie geostacjonarnej (GEO) sprawiają, że koncepcja taniej, skalowalnej, znormalizowanej łączności o niskiej mocy, bez granic staje się rzeczywistością. Ma to daleko idące konsekwencje, jednak w pierwszej kolejności skorzystają na tym zastosowania Internetu rzeczy (IoT).
Bezgraniczny Internet rzeczy
Potencjalne korzyści są zarówno ogromne, jak i szerokie. Obejmują one zwiększone bezpieczeństwo, globalne śledzenie aktywów i zdalną konserwację infrastruktury. Można poprawić plony, a także lepiej zarządzać obszarami morskimi i rybołówstwem. Dla dzikiej przyrody i działań na rzecz jej ochrony będą dostępne do dyspozycji nowe narzędzia. Korzyści przyniesie nawet reagowanie w sytuacjach awaryjnych i odzyskiwanie sprawności po awarii, ponieważ dzięki nim systemy będą nadal działać nawet w przypadku zakłóceń w lokalnych sieciach naziemnych, zapewniając wczesne ostrzeżenia i potencjalnie ratujący życie wgląd.
Alternatywa — budowa i obsługa sieci naziemnych (TN) w tak rozległych, odległych lokalizacjach — często jest czasochłonna i kosztowna, a zwrot z inwestycji jest zbyt niski, aby był opłacalny z komercyjnego punktu widzenia. Nawet stosunkowo skoncentrowane zakłady, np. kopalnie czy platformy wiertnicze, napotykają na ogromne przeszkody logistyczne w nawiązywaniu łączności, zwłaszcza gdy mają charakter jedynie tymczasowy. Nie mówiąc już o zastosowaniach morskich, których ograniczona łączność na morzu jest już prawie całkowicie zależna od satelitów.
Sieci nienaziemne (NTN) są stosunkowo nową usługą, jednak drogę torują jej wiodące firmy satelitarne, takie jak Iridium, Skylo i Myriota. Sieci nienaziemne (NTN) już teraz zapewniają kluczową łączność w zastosowaniach Internetu rzeczy (IoT) w inteligentnym rolnictwie, gromadzeniu danych środowiskowych, monitorowaniu infrastruktury i globalnym śledzeniu aktywów. Usługi wspomnianych firm zapewniają łatwo dostępną łączność nawet w najbardziej odległych lokalizacjach oraz płynne przechodzenie z sieci naziemnych, co jest kluczowe, gdy zasoby opuszczają lokalizacje objęte „siecią” naziemną.
Nowa generacja
Wykorzystanie komunikacji satelitarnej do celów komercyjnych nie jest nowym pomysłem. Sposoby na osiągnięcie rentowności w komunikacji satelitarnej badaliśmy od wczesnych lat 60. XX wieku. Jednak postęp w dziedzinie zastosowań Internetu rzeczy (IoT) napotyka na szereg przeszkód, zwłaszcza w kontekście ograniczeń w budżecie łącza.
Budżety łącza służą do obliczania wszystkich zysków i strat sygnału podczas podróży między punktem A i B, od nadajnika do odbiornika. Biorąc pod uwagę, że zasięg satelitów może wahać się od 500–800 km na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) do 36 tysięcy kilometrów na orbicie geostacjonarnej (GEO) dla dowolnego celu w przestrzeni kosmicznej, straty sygnału mogą być bardzo wysokie.
Częściowo wynikało to z latencji. Latencja może sięgać setek milisekund w przypadku łączności GEO, czyli wieczność w porównaniu do ~10ms w przypadku sieci naziemnych (TN) w technologii LTE-M. Dodatkowo ruch satelitów na niskiej (LEO) i średniej orbicie okołoziemskiej (MEO) prowadzi do wzorców ruchomych komórek, większych przesunięć dopplerowskich i szybszych zmian opóźnienia propagacji. Co więcej, sieci nienaziemne (NTN) mają znacznie większe rozmiary komórek niż naziemne (TN), które często rozciągają się na setki kilometrów. Może to prowadzić też do większych zmienności opóźnień propagacji, z silnym efektem zagłuszania sygnału dalszego przez bliższy. Należy również wziąć pod uwagę zakłócenia atmosferyczne, przy czym zarówno troposfera, jak i jonosfera wpływają na sygnały radiowe na różne sposoby.
