Mobilhálózat az égből? Informatikusként ezért érdekes – és ezért nem csodaszer – a műholdas mobilkommunikáció
Az elmúlt években a műholdas internet lassan kilépett abból a kategóriából, amelyet csak speciális, nehezen elérhető helyeken alkalmazott technológiaként kezeltünk.
Most azonban egy ennél is érdekesebb változás kezd kirajzolódni.
A műholdas kapcsolat egyre közelebb kerül a hagyományos mobilhálózatokhoz.
A Direct-to-Cell jellegű technológiák egyik legfontosabb célja, hogy egy hagyományos mobiltelefon bizonyos körülmények között közvetlenül műholddal kommunikálhasson, amikor a földi mobilhálózat már nem érhető el.
Ehhez nem feltétlenül szükséges külön műholdas telefon vagy nagyméretű parabolaantenna.
Informatikusként azonban számomra nem az a legérdekesebb kérdés, hogy:
„Lesz-e térerő az erdő közepén?”
Sokkal érdekesebb az, hogy egy új, fizikailag eltérő kommunikációs réteg kerülhet a meglévő földi infrastruktúra fölé.
Ez pedig már nem egyszerűen kényelmi szolgáltatás.
Ez redundancia, rendelkezésre állás és üzletmenet-folytonosság kérdése is.
Hogyan működik egy ilyen rendszer?
A hagyományos mobilkommunikációnál a telefon egy földi bázisállomással kommunikál.
Nagyon leegyszerűsítve:
Mobiltelefon → bázisállomás → szolgáltatói hálózat → internet / telefonhálózat
Direct-to-Cell esetén megjelenhet egy másik kommunikációs útvonal:
Mobiltelefon → LEO műhold → földi / műholdas háttérhálózat → szolgáltatói infrastruktúra
A lényeg nem egyszerűen az, hogy „internet jön a műholdról”.
A technológia ennél érdekesebb.
A műhold gyakorlatilag a mobilhálózati infrastruktúra egy távoli rádiós elemének szerepét is betöltheti, és olyan frekvenciatartományban kommunikálhat a készülékkel, amelyet a kompatibilis mobiltelefon eleve képes kezelni.
Ez azért fontos, mert így a felhasználói oldalon nincs feltétlenül szükség klasszikus Starlink terminálra vagy külön műholdas kommunikációs eszközre.
Ha a telefon elveszíti a földi bázisállomás jelét, megfelelő hálózati és készüléktámogatás mellett a műholdas réteg veheti át bizonyos kommunikációs feladatok kiszolgálását.
Technológiai szempontból tehát nem egyszerűen műholdas internetről beszélünk, hanem a földi mobilhálózat kiterjesztéséről.
Miért fontos, hogy LEO műholdakról beszélünk?
A modern műholdas kommunikáció egyik lényeges változása az alacsony Föld körüli pályán – LEO, azaz Low Earth Orbit – működő műholdrendszerek elterjedése.
A hagyományos geostacionárius műholdak nagyjából 36 000 kilométeres magasságban működnek.
Ezzel szemben a LEO rendszerek nagyságrendekkel közelebb helyezkednek el a Föld felszínéhez.
Ennek több technikai előnye lehet:
- alacsonyabb késleltetés;
- kisebb rádiós távolság;
- nagy számú műholddal folyamatos lefedettség alakítható ki;
- dinamikusan változó műhold–felhasználó kapcsolat;
- nagy területek fedhetők le földi bázisállomások építése nélkül.
Ez azonban egyben komoly infrastruktúra- és hálózatmenedzsment-feladat is.
A műholdak mozognak a felhasználóhoz képest, ezért a kapcsolatot folyamatosan át kell adni az egymást követő műholdak között.
A háttérben tehát egy rendkívül dinamikus rádiós és hálózati infrastruktúra működik.
A legnagyobb előny: egy teljesen más kommunikációs útvonal
Vállalati informatikai szemmel itt válik igazán érdekessé a technológia.
Egy hagyományos mobilhálózat működése számos földi infrastruktúra-elemtől függ.
Például:
- mobil bázisállomástól;
- annak energiaellátásától;
- optikai vagy mikrohullámú backhaul kapcsolattól;
- szolgáltatói gerinchálózattól;
- aktív hálózati eszközöktől;
- központi mobilhálózati infrastruktúrától.
Ha ezek közül valamelyik kritikus elem kiesik, egy adott terület mobilkommunikációja is megszakadhat.
Ennek oka lehet:
- hosszabb áramszünet;
- optikai kábel sérülése;
- természeti katasztrófa;
- hálózati eszközhiba;
- szolgáltatói infrastruktúra-hiba;
- vagy egyszerűen a földi rádiós lefedettség hiánya.
Egy műholdas kommunikációs réteg bizonyos esetekben másik fizikai útvonalat biztosíthat.
És informatikai szempontból pontosan ez a redundancia egyik alapelve.
A valódi redundancia nem azt jelenti, hogy mindenből kettő van
Ez az egyik legfontosabb tanulság, amit szerintem a vállalati informatikában is érdemes kiemelni.
Sokszor találkozunk azzal a gondolkodással, hogy:
„Van két internetünk, tehát redundáns a hálózat.”
Ez önmagában még nem feltétlenül igaz.
Tegyük fel, hogy egy vállalkozás rendelkezik két optikai internetkapcsolattal.
Első ránézésre kiváló.
De mi történik, ha mindkét szolgáltató ugyanazon az utcai optikai nyomvonalon érkezik az épülethez?
Egy munkagép elvágja a kábelt, és mindkét kapcsolat egyszerre megszűnik.
Papíron két internetkapcsolatunk volt.
Fizikailag viszont nem volt valódi útvonal-redundanciánk.
Ugyanez előfordulhat más infrastruktúráknál is.
Lehet:
- két szerverünk ugyanazon a switchen;
- két virtuális gépünk ugyanazon a fizikai hoston;
- két internetkapcsolatunk ugyanazon a routeren;
- több biztonsági mentésünk ugyanazon a NAS-on;
- két tápegységünk ugyanazon az elektromos áramkörön.
Ezek mindegyikében maradhat olyan Single Point of Failure, amelynek meghibásodása egyszerre teszi használhatatlanná a redundánsnak gondolt rendszereket.
Erről részletesebben a Mennyi ideig működne a cége informatika nélkül? – Így készülhet fel egy teljes IT-leállásra című cikkünkben is írtunk.
Ebből a szempontból egy műholdas kommunikációs útvonal kifejezetten érdekes lehet, mert fizikailag jelentősen eltérhet a hagyományos vezetékes és földi mobil infrastruktúrától.
De van egy komoly korlát: a kapacitás
Itt jön az a rész, ami miatt nem érdemes túlértékelni a technológiát.
Egy földi mobilhálózatban rengeteg bázisállomás és cella található.
A rendelkezésre álló rádiós spektrum térben újra felhasználható.
Ez teszi lehetővé, hogy egy nagyvárosban akár több százezer vagy millió felhasználó mobilkommunikációját lehessen kiszolgálni.
Egy műholdas rendszernek ezzel szemben rendkívül nagy földrajzi területet kell lefednie, miközben a rendelkezésre álló rádiós spektrum és kapacitás továbbra is véges.
A jelenlegi Direct-to-Cell rendszereknél ezért nem szabad azt elképzelni, hogy több tízezer ember egyszerre elkezd 4K videót streamelni közvetlenül műholdról.
A technológia jelenlegi generációjának egyik fő korlátja éppen a rendelkezésre álló rádiós kapacitás.
Ezért első lépcsőben sokkal reálisabbak az olyan szolgáltatások, mint:
- SMS;
- alapvető üzenetküldés;
- alacsony adatforgalmú alkalmazások;
- vészhelyzeti kommunikáció;
- korlátozott adatkapcsolat.
Ez jelenleg inkább kommunikációs biztonsági háló, mint a földi 4G/5G hálózat teljes értékű helyettesítője.
És mi a helyzet a késleltetéssel?
A műholdas kommunikáció kapcsán gyakran automatikusan magas latencyre gondolunk.
Ez elsősorban a klasszikus geostacionárius műholdas rendszerekből ered.
LEO rendszereknél a műholdak lényegesen közelebb találhatók a Földhöz, ezért a fizikai jelterjedési távolság is jelentősen kisebb.
Ettől azonban még nem kizárólag a műhold magassága határozza meg a tényleges késleltetést.
A teljes kommunikációs útvonalban szerepet játszhat:
- a rádiós kapcsolat;
- a műholdas hálózat;
- az esetleges műholdak közötti kapcsolat;
- a földi gateway;
- a szolgáltatói core hálózat;
- a routing;
- valamint maga az elérni kívánt szolgáltatás.
Vállalati alkalmazásoknál ezért nem az a kérdés, hogy:
„Van-e kapcsolat?”
Hanem az is, hogy:
„Milyen minőségű kapcsolat áll rendelkezésre?”
Egy e-mail vagy üzenetküldő szolgáltatás egészen más hálózati követelményeket támaszt, mint egy VoIP rendszer, VPN kapcsolat, távoli asztal vagy valós idejű vállalati alkalmazás.
A műhold sem független mindentől
Fontos azonban a másik oldalról is vizsgálni a redundanciát.
Könnyű azt gondolni, hogy ha valami műholdas, akkor teljesen független a földi infrastruktúrától.
Ez sem feltétlenül igaz.
A szolgáltatás teljes működéséhez továbbra is szükség lehet többek között:
- szolgáltatói core infrastruktúrára;
- földi gateway állomásokra;
- internetes gerinchálózatra;
- hitelesítési rendszerekre;
- routing infrastruktúrára;
- DNS-re;
- valamint egyéb háttérszolgáltatásokra.
Vagyis a műholdas szakasz lehet fizikailag független a helyi bázisállomástól, de a teljes end-to-end szolgáltatási lánc ettől még nem válik automatikusan teljesen függetlenné a földi infrastruktúrától.
Ez pontosan ugyanaz a gondolkodás, amelyet vállalati hálózatok tervezésekor is alkalmazni kell.
Nem egyetlen komponenst vizsgálunk.
A teljes függőségi láncot vizsgáljuk.
A rendelkezésre állást nem csak a kapcsolat megléte határozza meg
Vállalati környezetben különösen fontos különbséget tenni az internetkapcsolat megléte és az üzleti szolgáltatás tényleges rendelkezésre állása között.
Attól, hogy egy telephelyről elérjük az internetet, még nem biztos, hogy minden szükséges szolgáltatás megfelelően működik.
Szükség lehet például:
- site-to-site VPN kapcsolatra;
- távoli szerverelérésre;
- publikus IP-címre;
- porttovábbításra;
- VoIP kommunikációra;
- stabil DNS működésre;
- megfelelő MTU-ra;
- kiszámítható routingra;
- megfelelő késleltetésre és csomagvesztésre.
A klasszikus Starlink-kapcsolatoknál például a CGNAT már ma is jól mutatja, hogy a felhasználó szempontjából működő internetkapcsolat nem feltétlenül jelent hagyományos módon kívülről elérhető hálózatot.
Erről részletesen írtunk az Amikor nem a szerver a hibás: élet CGNAT mögött Starlinkkel című cikkünkben.
Ezért egy alternatív kapcsolat tervezésekor mindig azt kell megvizsgálni, hogy az adott üzleti szolgáltatás ténylegesen működőképes-e rajta, nem csupán azt, hogy sikerül-e megnyitni egy weboldalt.
Failover csak akkor ér valamit, ha működik is
Van még egy probléma, amelyről meglepően kevés szó esik.
Lehet tökéletes tartalék kapcsolatunk, ha hiba esetén senki nem tudja, hogyan kell használni.
Egy vállalati infrastruktúrában az alternatív kapcsolatot ideális esetben nem manuálisan kell életre kelteni.
A router vagy tűzfal képes lehet folyamatosan ellenőrizni az elsődleges WAN kapcsolat állapotát, és meghibásodás esetén automatikusan másodlagos útvonalra váltani.
Ehhez azonban nem feltétlenül elegendő azt vizsgálni, hogy a WAN interfész „UP” állapotban van-e.
Előfordulhat ugyanis, hogy:
- a fizikai kapcsolat aktív;
- a szolgáltatói modem elérhető;
- a router interfésze működik;
miközben az internetkapcsolat valójában használhatatlan.
Ezért valódi failover esetén érdemes magasabb szinten is vizsgálni a kapcsolatot, például:
- gateway elérhetőséggel;
- külső IP ellenőrzéssel;
- DNS lekérdezéssel;
- késleltetés figyelésével;
- csomagvesztés mérésével;
- vagy akár egy kritikus szolgáltatás tényleges elérésének ellenőrzésével.
Itt kapcsolódik össze a redundancia a monitoringgal.
A Miért fontos a folyamatos szerver- és hálózati monitoring? Így előzhetők meg a váratlan rendszerleállások című cikkünkben részletesebben is bemutattuk, miért nem elegendő azt tudni, hogy egy eszköz egyszerűen „elérhető”.
Mikor látom igazán értelmét?
Informatikusként én nem a hagyományos vezetékes vagy mobilinternet leváltását látom ebben a technológiában.
Hanem egy újabb kommunikációs réteget.
Különösen érdekes lehet:
- ritkán lakott területeken;
- ideiglenes telephelyeken;
- építkezéseken;
- logisztikai környezetben;
- mezőgazdasági területeken;
- katasztrófahelyzetekben;
- földi infrastruktúra kiesésekor;
- kritikus kommunikáció tartalék útvonalaként.
Egy belvárosi irodában, ahol több szolgáltató optikai hálózata és több mobilhálózat is rendelkezésre áll, a hozzáadott érték természetesen jóval kisebb lehet.
Egy olyan telephelyen azonban, ahol az egyetlen optikai kábel sérülése vagy egy mobil bázisállomás kiesése gyakorlatilag minden kommunikációt megszüntet, egészen más a helyzet.
Informatikusként ezért tartom fontosnak
Számomra a műholdas mobilkommunikáció legfontosabb üzenete nem az, hogy hamarosan mindenhol gyors internetünk lesz.
És nem is az, hogy a műholdak majd leváltják az optikai hálózatokat vagy a földi mobilinfrastruktúrát.
Éppen ellenkezőleg.
A jövő stabil kommunikációs infrastruktúrája valószínűleg egyre inkább különböző technológiák együttműködésére épül.
Lehet benne:
- optikai internet;
- 4G/5G;
- mikrohullámú kapcsolat;
- Wi-Fi;
- műholdas kommunikáció;
- és ezek között automatikus útvonalváltás.
Vállalati informatikában ugyanezt az elvet alkalmazzuk a szervereknél, adattárolásnál, biztonsági mentéseknél és hálózatoknál is.
Nem az a jó infrastruktúra, amelyik soha nem hibásodik meg.
Ilyen infrastruktúra nincs.
A jó infrastruktúra az, amelynél előre végiggondoltuk:
- mi történik, ha kiesik az internet;
- mi történik, ha meghibásodik egy router;
- mi történik, ha leáll egy switch;
- mi történik, ha elérhetetlenné válik egy szerver;
- mi történik, ha megszűnik egy teljes kommunikációs útvonal;
- és hogyan áll át a rendszer a következő működő lehetőségre.
A Miért áll le váratlanul egy cég informatikai rendszere? A leggyakoribb okok és hogyan előzhetők meg című cikkünkben ugyanez a gondolat jelenik meg a teljes vállalati infrastruktúrára vetítve.
A műholdas mobilkommunikáció ezért számomra elsősorban nem egy újabb látványos telekommunikációs szolgáltatás.
Hanem egy nagyon jó példa arra, hogyan érdemes modern informatikai infrastruktúrában gondolkodni.
Ne egyetlen technológiára építsünk mindent.
Ne csak azt vizsgáljuk, hogy jelenleg működik-e.
És ne nevezzünk valamit redundánsnak csak azért, mert kettő van belőle.
A valódi kérdés mindig ez:
Ha az elsődleges rendszer most megszűnne működni, maradna-e egy valóban független útvonal, amelyen tovább tud működni az üzlet?
Ha erre nincs egyértelmű válaszunk, akkor nem technológiai problémánk van.
Hanem infrastruktúra-tervezési feladatunk.
Forrás
A műholdas mobilkommunikáció jelenlegi működésével, kapacitásával és várható hazai alkalmazásával kapcsolatos technológiai háttérhez:
HWSW – Miről szólhat és miről nem a Starlink Mobile hazai megjelenése?