[論文レビュー] Mobile Internet from the Heavens

Farooq Khan|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2015

Satellite Communication Systems参考文献 2被引用数 29

ひとこと要約

本論文は、低軌道（LEO）に数千機の低コストマイクロサテライトを配置することで、月間ゼタバイトの容量を提供する宇宙ベースのインターネットを提案している。これは、50億人のユーザーが月間200GBの利用を可能にし、テラビット/秒のデータレートを実現し、地上システムと同等の遅延を達成する。このシステムは、現在インターネットに接続されていない世界の約2/3の人口にモバイルインターネットアクセスを提供することで、グローバルなデジタル格差を是正することを目的としている。

ABSTRACT

Almost two-thirds of the humankind currently does not have access to the Internet, wired or wireless. We present a Space Internet proposal capable of providing Zetabyte/ month capacity which is equivalent to 200GB/month for 5 Billion users Worldwide. Our proposal is based on deploying thousands of low-cost micro-satellites in Low-Earth Orbit (LEO), each capable of providing Terabit/s data rates with signal latencies better than or equal to ground based systems.

研究の動機と目的

• 現在インターネットに接続されていない世界の約2/3の人口にインターネットアクセスを提供することで、グローバルなデジタル格差を是正すること。
• 低コストのマイクロサテライトを用いたスケーラブルで高容量のインターネットインfraを設計すること。
• 地上システムと同等の遅延を維持しながら、1機のサテライトあたりテラビット/秒のデータレートを達成すること。
• 50億人のユーザーに月間200GBのモバイルインターネット利用を可能にすること。
• 大規模なマイクロサテライトの大量生産と低コスト発射を活用して、コスト効率とグローバルカバレッジを確保すること。

提案手法

• 世界規模のメッシュネットワークを形成するために、数千機の低コストマイクロサテライトを低軌道（LEO）に展開する。
• 1機のサテライトあたりテラビット/秒のデータレートを達成するために、Kaバンドまたは同等の高周波数帯電波スケジュールを活用する。
• サテライト間のレーザー通信リンクを実装し、サテライト間で高速で低遅延のバックホールを実現する。
• 高動的で急速に変化するサテライトトポロジーに最適化された動的ルーティングプロトコルを設計する。
• 既存の地上インfraと統合することで、ユーザーのシームレスな接続を可能にする。
• スペクトル効率とシステム容量を最大化するため、高度なビームフォーミングと周波数再利用技術を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低コストマイクロサテライトのコンステレーションが、50億人のモバイルユーザーを対象に月間ゼタバイトの合計容量を提供できるか？
• RQ2 地上モバイルバックホールシステムと比較して、LEOサテライトネットワークの実現可能な遅延性能はどの程度か？
• RQ3 サテライト間の光通信リンクは、動的で変化し続ける軌道環境において、スケーラブルで高スループットのデータルーティングをどのように実現できるか？
• RQ4 グローバルなブロードバンドカバレッジをスケールアップして実現するために、必要な最低限のサテライトコストと発射頻度はどの程度か？
• RQ5 このようなシステムは、低エンドツーエンド遅延を維持しながら、1機のサテライトあたりテラビット/秒のデータレートを達成できるか？

主な発見

• 提案されたシステムは、月間およそ1ゼタバイトの総容量を提供でき、50億人のユーザーが月間200GBの利用を可能にするのに十分な容量を有する。
• 1機のサテライトはテラビット/秒レベルのデータレートを達成可能であり、高帯域幅のモバイルインターネットアクセスを可能にする。
• 信号の遅延は地上システムと同等か、それ未満に保たれ、遅延に敏感なアプリケーションにおいてもリアルタイム性能を確保する。
• マイクロサテライトの大量生産と低コスト発射を活用することで、スケーラブルな展開が可能となる。
• サテライト間のレーザー通信リンクにより、低遅延で高スループットのバックホールが実現され、地上局への依存度が低下する。
• 経済的に実現可能でスケーラブルな解決策であり、既存の発射およびサテライト技術を活用することで、迅速なグローバル展開が可能である。