Роль времени в спутниковых сетях Интернета

Владимир Глебский

Как и в наземные линии, Интернет пришёл в спутниковые линии связи на уже существовавшие до его появления сети, осуществлявшие к тому моменту преимущественно передачу аналоговых сигналов телефонии, радио и телевидения. Данные для телеметрии и других нужд в них тоже передавались, но, естественно, с помощью других протоколов. Однако, как пишут специалисты [1], когда «…учёные в своей лаборатории изобретали Интернет и его родной протокол TCP/IP, они ни разу не думали, что будут передавать информацию не в соседнюю комнату, а через спутник на другой континент… и этот всемирно популярный протокол теперь требует, чтобы после отправки одного пакета отправляющее устройство сначала получило от адресата «квитанцию», что пакет получен и теперь можно отсылать следующий пакет…» Это требование на долгие годы дополнительно усложнило одну из серьёзнейших проблем, связанную с аспектом времени в спутниковых сетях Интернета.

Дело в том, что в момент появления Интернета услуги спутниковой связи для нужд рядовых потребителей осуществлялись со спутников, расположенных на геостационарной орбите (ГСО). Расстояние до этих спутников составляет около 36 тысяч километров от экватора, а от других точек на поверхности Земли — и того больше. Если условно принять такое усреднённое расстояние от спутника до абонента за 40 тысяч км, то радиоволны от абонентского спутникового терминала достигнут спутника со скоростью, равной скорости света 300000 км/с, за 133 мс, что уже многократно превосходит временные задержки передачи сигналов в наземных сетях.

И это только в одну сторону и без учёта «аппаратных задержек» в электронных приёмо-передающих системах спутника и наземного оборудования, превращающих «цифру» в радиоволну и обратно. То есть 133 мс необходимо только для того, чтобы цифровой пакет Интернета «прошёл» расстояние от наземной станции провайдера до спутника на ГСО.

Затем ему надо преодолеть путь от спутника до абонента, а затем снова повторить весь этот путь в обратном направлении, чтобы в итоге доставить от абонента столь необходимую протоколу TCP/IP квитанцию о доставке пакета. Итого набирается 133 х 4 = 532 мс (рис. 1). Добавьте к этому аппаратные задержки, задержки сигнала при распространении в наземных сетях от источника Интернета (POP) до спутниковой станции провайдера, а также задержки прохождения сигнала, вызванные физическими свойствами атмосферы, и мы получаем совокупную (двойную) задержку (ping/пинг) в спутниковой сети интернета в 600-700 мс. Задержки в спутниковых системах на негеостационарных орбитах (НГСО) намного меньше, но НГСО появились гораздо позже (рис. 2, примеры задержек (latency) в сетях ГСО и НГСО).

Рис. 1. Схема прохождения сигналов Интернета в спутниковой сети на ГСО.

Такие значительные временные задержки в спутниковых ГСО-сетях создали ряд серьёзных препятствий развитию спутникового Интернета. Сервисы, требующие интерактивности, такие как онлайн-игры, банковские приложения и т.п., оказались для спутниковых сетей Интернета попросту неприемлемыми, что исключало из числа пользователей большой пул платёжеспособных клиентов и нередко ставило спутниковый Интернет в ряд сервисов «на самый худой случай». При появлении малейшей возможности взять Интернет из наземного канала клиенты практически мгновенно отказывались от спутника. Долгие годы появление рядом наземного или мобильного Интернета было страшным сном спутниковых операторов, вынужденных постоянно искать клиентов в удалённых или недоступных для наземной инфраструктуры местах. Клиентская база спутникового Интернета сохранялась у оператора только до того момента, пока до клиентов не доходил Интернет по кабелю или оптоволокну. Цена мегабита и временные задержки в наземной сети были ниже почти на порядок! Там, где требовалась высокая надёжность и было востребовано резервирование через спутник, например, в банковских сетях, приложения Интернета приходилось специально дорабатывать, подстраивая их работу под «особенности» спутниковых сетей с длинными интервалами задержек. Но, опять-таки, это никак не делало спутниковый Интернет пригодным для тех же геймеров.

Таким образом, именно проблема времени, требующегося для распространения сигналов в спутниковых сетях, послужила многолетним тормозом развития спутникового Интернета.

Решение было известно давно – приблизить спутники к земле, т.е. перейти на более низкие орбиты, но ему мешал целый ряд технологических препятствий:

• спутников надо много, «живут» на низких орбитах они меньше, и нужно серьёзно снизить стоимость их создания и запуска;
• управление многоспутниковыми группировками намного сложнее, чем спутниками на ГСО, нужна разработка новых технологий управления;
• абонентские терминалы должны «уметь» быстро переключаться с одного на другой низколетящий спутник без потери связи, нужны принципиально новые терминалы и антенны;
• для обеспечения высокой скорости Интернета нужны высокочастотные диапазоны Ка, Кu и С, уже выделенные для геостационарных сетей связи, надо решать проблемы интерференции и т.д.

Рис. 2. Сравнение временных задержек в сетях ГСО (Viasat, HughesNet), НГСО (SpaceX Starlink).

Первой НГСО-сетью, которая дала спутниковый Интернет с близкими к наземным сетям временными задержками (около 20–70 мс), стала американская Iridium c 66-ю спутниками в системе, двигающимися на низких круговых орбитах на высоте 781 км от поверхности Земли в шести плоскостях (рис. 3.). Но используемый в ней для передачи данных L-диапазон (1616–1626,5 МГц) позволял обеспечить максимальную скорость Интернета только в 2,4 Мбит/с (при телефонной связи скорость цифрового потока была вдвое больше – 4,8 Мбит/с, но, собственно, обеспечение спутниковой телефонной связи и было основной задачей этой системы). Конечно, в начале 2000-х годов и это было прорывом! Тем более, что сеть уже имела межспутниковые линии связи в Ка-диапазоне (23,1823,38 ГГц), с пропускной способностью 10 Мбит/с, использовала многолучевые системы и другие новые технологии, но ни по скорости, ни по цене такой спутниковый Интернет всё равно не мог конкурировать с наземными сетями.

Рис. 3. Схематическое изображение расположения спутников в низкоорбитальной сети Iridium.

Дальше было много попыток «приблизить спутниковый Интернет к совершенству» (спутниковые системы LeoSat, O3B, OneWeb и т.д.). Многие из этих систем продолжают существовать и работать, но поистине революционный прорыв, за которым сегодня следит весь мир, совершил Илон Маск, запустив реализацию проекта SpaceX Starlink («Старлинк», рис. 4). Этот проект предусматривает размещение на низких орбитах (около 550 км над Землёй) нескольких тысяч спутников (в 2017 году их было заявлено до 7518 в системе), но, самое главное, использует для передачи на наземный пользовательский терминал Ku-диапазон (10,7–12,7 ГГц и 14–14,5 ГГц), что позволяет обеспечить поток Интернета до клиента со скоростью до 1 Гбит/с и задержкой в 20 мс (по утверждениям разработчиков).

Очевидно, что такие скорости и задержки вполне могут конкурировать с наземными сетями, но, к тому же, имеют и ещё одно неоспоримое преимущество – терминал Starlink можно установить и подключить где угодно, нет необходимости искать наземную инфраструктуру, достаточно иметь источник питания.

Поскольку нас интересует, прежде всего, удалось ли сети Starlink и ей подобным решить проблему временных задержек, то посмотрим, какие данные [2] имеются на этот счёт (рис. 5).

Как видим из представленного в июле 2025 года Starlink графика, средняя скорость в часы пик для двух миллионов активных пользователей доходит до 200 Мбит/с, а средняя задержка составляет около 25,7 мс, при этом, по утверждению разработчиков Starlink, менее 1% измерений показывают задержку более 55 мс.

Что касается отдельных тестов [3], то в них данные показывают скорость в 300-500 Мбит/с с задержками 15-25 мс (для оборудования Starlink второго поколения), разработчики сети OneWeb (Phase 2 – тоже второе поколение) заявляют, что достигли скоростей до 400 Мбит/с с задержками 20 мс, похожие характеристики предполагают и китайские варианты Starlink (один так и называется – G60 Starlink и предполагает использование 12 тысяч спутников в этой многоспутниковой системе, второй, на 13 тысяч спутников, SatNet, должен быть развёрнут в рамках национального проекта Guowang). То есть в целом можно утверждать, что спутниковые сети Интернета вплотную приблизились по характеристикам к пользовательским параметрам наземных сетей и становятся вполне конкурентоспособными оптоволокну.

Рис. 4. Схема организации управления и доставки потоков Интернета в сети Starlink.

Рис. 5. График изменения скорости и задержек в сети Starlink по мере наращивания и развития системы.

Справедливости ради нужно всё-таки отметить, что в силу того, что спутниковый Интернет работает через естественную среду распространения, т.е. данные попадают в пользовательский терминал, проходя через космическое пространство и атмосферу, да ещё и не с одного источника, а с постоянно «переключающихся» спутников, подверженность спутникового Интернета воздействию окружающей среды остаётся, хотя и не очень существенной [4]. Спутниковый Интернет может на короткое время прерываться из-за затенения спутников какими-то объектами (качающимися деревьями, летящим мусором, пролетающим низко самолётом или стаей птиц и т.д.), при сильных атмосферных осадках и наэлектризованности атмосферы и т.п. К примеру, если сравнить характеристики джиттера, то «картинка» спутникового канала и наземного канала отличаются (рис. 6).

Рис. 6. Сравнение джиттера в сети Интернета «Старлинка» и в кабеле наземного провайдера.

Впрочем, и в наземных сетях случаются сбои, например, по питанию, так что 100% непрерывный и стабильный по своим характеристикам канал гарантировать не может никто.

С развитием спутникового Интернета появились и новые перспективы, о которых раньше никто даже не задумывался. В борьбе за сокращение времени доставки сигналов по низкоорбитальным спутниковым системам учёные и инженеры начали активно развивать оборудование для межспутниковой оптической связи, позволяющей передавать потоки данных со скоростями, превышающими возможности наземных линий. Проще говоря, если раньше для переброски потока Интернета на другую сторону земного шара надо было найти или проложить оптоволоконную линию связи, то с появлением выхода на спутники и межспутниковых оптических линий появляются новые «обходные» пути. При необходимости возможности наземных и спутниковых линий можно комбинировать, создавая развитые гибридные системы, а с учётом возможности выноса в космос дата-центров, проекты которых сегодня активно разрабатываются, инфраструктура Интернета получит принципиально новое качество. И будущее таких систем уже не за горами. Параллельно идут активные разработки и апробирование низкоорбитальных спутников для прямой связи со смартфонами (технологии D2D и D2C), около 300 таких спутников уже запущены и работают в той же сети Starlink. Из-за низкой мощности и слабых приёмных антенн смартфонов скорость в этих сетях не превышает 5 Мбит/с, и тем не менее, они тоже становятся важной и очень мобильной составляющей будущих гибридных сетей Интернета.

В заключение надо отметить, что есть и другие аспекты работы спутниковых сетей и Интернета, связанные со временем, прежде всего это касается точности применяемых стандартов времени и измерений. Если говорить о временных задержках при передаче потоков Интернета, то их влияние не столь существенно. Но, например, в системах и приложениях для расчёта координат при управлении различными объектами эти временные аспекты играют важную роль и составляют основу целого ряда более тонких технологий, заслуживающих отдельного рассмотрения.

Список литературы:

[1] https://vsatman888.livejournal.com/196669.html
[2] https://dzen.ru/a/aHcc2VckRk23VHfS?ysclid=mmurb8nscd44803667
[3] https://tele2site.com/sputnikovaya-i-alternativnaya-svyaz/poslednie-standarty-sputnikovoy-svyazi-chto-izmenitsya-v-skorosti-i-zaderzhkah/?ysclid=mmt6c9r7r5420802714
[4] https://habr.com/ru/news/569306/

Об авторе:

Владимир Леонидович Глебский, директор отдела развития региональных проектов Международной организации космической связи «Интерспутник»
© Владимир Глебский 2026