Satelliiditeenused Andreas Sisask
Kava Lühiülevaade satelliitidest ja teenuse tüüpidest Teenusest täpsemalt: Navigatsioon ja Galileo programm Kaugseire ja Copernicus programm Sidesatelliidid, operaatorid ja teenused Eesmärgid Luua tervikpilt lihtsam üksteisest aru saada ning konkreetse teema kohta materjali juurde otsida Tuua välja teenuste peamised omadused parem tunnetus rakenduste väljatöötamiseks 2
Lühiülevaade satelliitidest Image: ESA S. Corvaja, 2014
Satelliitide teenuste tüübid Side (televisioon, telefon, andmeside, jne) Navigatsioon (positsioneerimine) Kaugseire Maa ja keskkonna kaugseire Ilmaennustus Militaar- ja luuresatelliidid (näiteks kaugseire abil) Teiste satelliitide jälgimine Teaduslikud eksperimendid Peamine erinevus võrreldes maapealsete analoogidega pidev globaalne katvus tänu satelliidi asukohale ja liikumisele 4
Satelliitide orbiidi kõrgus Madal 200 2 000km Kaugseire (~700km) Sentinel-1A Teadus ja eksperimendid ESTCube-1 Keskmine 2 000 35 768km Navigatsioon (20 000km) Ilm ja kaugseire (35 768km) Teadus ja eksperimendid Kõrge > 35786 Teadus ja eksperimendid 5
Satelliitide orbiidi kõrgus 6
Teised orbiidi omadused Kalle (inclination) ekvaatori suhtes: 0 kraadi ekvaatori kohal, Maa pöörlemisega samas suunas 90 kraadi üle pooluste 180 kraadi ekvaatori kohal, pöörlemisega vastassuunas Ekstsentrilisus Ring Ellips Näide geostatsionaarne orbiit Kõrgus ~35 000km Kalle 0 kraadi Ring Side- ja ilmasatelliidid 7
Satelliitide suurused Kuupsatelliidid 1kg Navigatsiooni satelliidid (~700kg) Kaugseire satelliidid (~2000kg) Rahvusvaheline kosmosejaam (450t) Kategooria Suur Keskmine Mini Mikro Nano Piko Femto Mass > 1000kg 500 1000kg 100 500kg 10 100kg 1 10kg 0,1 1kg < 0,1kg 8
Planeetidevahelised missioonid Rosetta Euroopa komeedijahtija, komeet 67P/Churyumov- Gerasimenko Esimene komeedi orbiidil tiirlemine ja maandumine Komeedile jõudmine nõuab 6 miljardi km läbimist, mille läbimiseks kasutatakse Maa (3x) ja Marsi (1x) abi Lahkumine Maalt 2004 maandumine 11.11.2014 67P tiirleb ümber Päikese Maa ja Jupiteri vahel Suurim kaugus Päikesest 800 miljonit kilomeetrit ja väikseim 185 9 Credits: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
Lugemist Google > Satellite http://en.wikipedia.org/wiki/satellite http://www.pat-norris.com/ 10
Navigatsioon Image: ESA S. Corvaja, 2012
Navigatsioon Teenused Asukoha määramine Täpse kellaaja määramine Reeglina tsiviilrakenduste jaoks tasuta Puuduvad mahu- ja kiirusepiirangud ning reklaamid Suuremaks täpsuseks on vaja maksta rohkem seadmete ja maapealse taristu eest vastava teenuse pakkujale Global Navigation Satellite System (GNSS) Navigatsioonisüsteem, mis katab kogu Maa Ühine nimetaja sellistele süsteemidele 12
Navigatsioonisüsteemid Nimi Pakkuja Staatus Satelliite GPS USA Täies mahus toimiv ~ 24 GLONASS Venemaa Osaliselt toimiv ~ 18 Galileo EL Arendus- ja testimisfaasis 6 (26) COMPASS Hiina Osaliselt toimiv, Aasias 10 IRNSS India Arendus- ja testimisfaasis, lokaalne 2 QZSS Jaapan Toimiv, lokaalne 3 (4) http://en.wikipedia.org/wiki/satellite_navigation 13
Navigatsiooni tööpõhimõte Vastuvõtja arvutab kauguse vähemalt kolmest satelliidist: kaugus = aeg * valguskiirus Vastuvõtja teab satelliitide asukohti igal ajahetkel ehk nende orbiiti Teades satelliitide asukohti ja kaugust neist, on võimalik asukoht üheselt määrata http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/travel/gps.htm 14
Navigeerimistäpsus Troposfäär 0,5m Arvutused 1m Ionosfäär 5m Vea allikas Peegeldused 1m Sateliidi asukoht (Ephemeris) 2,5m Satelliidi kell 2m GPS täpsus (tsiviilkasutuses) 5-15m Militaarsagedusel ~10x täpsem http://en.wikipedia.org/wiki/gps_signals 15
Mitme sageduse kasutamine Aitavad atmosfäärist tekkinud vigade elimineerimisel Täpsus kuni 5m Ei ole (veel) masskasutuses, sest GPS teisi sagedusi ei ole tsiviilkasutuses levinud / garanteeritud Seetõttu on ka vastuvõtjate hind veel kallis Pre-operational signal broadcasting from 14 GPS satellites (as of September 18, 2014). Available on 24 GPS satellites around 2018 gps.gov 16
Täiustatud (augmented) GNSS Suvaline süsteem, mis aitab täpsust ja usaldusväärsust parandada, kuid mis pole GNSS satelliidi osa Peamised nipid on: Kasutatakse maapealseid referentsjaamu, mille asukoht on teada (nn differential GPS) Kauguse (signaali levimise aja) mõõtmiseks kasutatakse ära ülekande sagedust (nn carrier phase GPS) 17
Differential GNSS Üks võimalikest põhimõttelistest tehnikatest täpsuse parandamiseks Kasutab maapealseid referentsjaamu, mille täpne asukoht on teada Arvutab GNSS abil mõõdetud ja tegeliku asukoha vahe Vajalikud parandused edastatakse vastuvõtjale, kasutades kas Lühimaa raadiosidet Satelliitsidet GSMi Internetti Eeldab spetsiaalset vastuvõtjat Kasutusel on mitmeid erinevaid realisatsioone 18
Differential GNSS realisatsioonid Satelliidipõhised (satellite based augmentation system) Laia ulatusega (wide area) referentsjaamad katavad hõredalt suure ala Parandused edastatakse üle sidesatelliitide (aga mitte ainult) Täpsus 1-5m, kasutatakse peamiselt lennunduses EGNOS (Euroopa), WAAS (USA) Maa-põhised (ground based augmentation system) Lokaalne referentsjaamad katavad tihedalt väiksema ala Parandused edastatakse maapealse raadioside (GSM) kaudu Täpsus kuni 1-3cm 19
EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service Satelliidipõhine (SBAS) GNSS täiustus Katab terve Euroopa 34 referentsjaama ja 3 geostatsionaarset sidesatelliiti Täpsus praktikas umbes 1m Miinus poolustele lähenedes on geostatsionaarsed sidesatelliidid väga madalal Teenused Open Service tasuta, kuid omal vastutusel Safety-of-life Service garanteerib teavituse 6 sekundi jooksul kui teenusega on probleeme Commercial Service GNSSi andmed ja korrektuurid edastatakse maapealse taristu abil Internet või punktist punkti ühendus 20
EGNOS vastuvõtjad Sisult täpselt sama, mis GNSS vastuvõtja suudab ka GNSSi signaali otse vastu võta ja asukohta määrata Sisaldab spetsiaalselt tarkvara, mis võimaldab vastuvõtjal EGNOS-e sidesatelliitide külge lukustuda ja sealt saadud andmete põhjal parandused arvutada http://egnos-portal.gsa.europa.eu/developerplatform/developer-toolkit/receiver-list Hind - mõned sajad eurod, näiteks võib vaadata http://www.u-blox.com/en/ 21
Real-time Kinematic (RTK) Kasutab kauguse (ehk siis signaali levimise aja) mõõtmiseks ülekande sagedust (mitte selles sisalduvat koodi) see võimaldab levimise aega määrata umbes 1000x täpsemalt Vajab selleks vähemalt ühte suhteliselt lähedal asuvat referentsjaama Algselt kasutati liikuvjaamasid, mis tuli endal püstitada Hetkel on arenenud riikides sh. Eesti välja arendatud püsijaamade võrgustik (VRS tehnoloogia/standard) Tasu ~100 eur / kuu Vastuvõtjad Trimble, Leica/Novatel, Topcon/Sokki Seadmete hind tuhat paar tuhat eurot 22
Galileo Euroopa navigatsioonisüsteem Finantseerib Euroopa Komisjon, realiseerib ESA Tsiviilkasutus Sõltumatus GPSist Ühilduv GPSi ja GLONASSiga Mitmed uuendused Täpsemad kellad Kahesageduslik teenus garanteeritult avalikult kättesaadav Turvaline teenus (Public Regulated Service) Päästefunktsioon (Search and Rescue) 6 satelliiti orbiidil, 2 läksid augustis valele orbiidile Kokku 26 satelliiti 23
Galileo Public Regulated Service Eesmärk tagada teenus kriisiolukordades Peamised kasutajad Politsei, kaitsevägi, piirivalve Kriitiline taristu transport, energeetika, meditsiin Kaitstud summutamise (jamming) ja tüssamise (spoofingu) vastu http://www.digitaltrends.com/mobile/gps-spoofing Nõuab spetsiaalset vastuvõtjat Valitsus väljastab kasutusload http://ec.europa.eu/enterprise/policies/satnav/galileo/fi les/brochures-leaflets/galileo-the-prs-brochure_en.pdf 24
Navigatsioonisüsteemide kokkuvõte Navigatsioonisüsteemid GPS (USA) GLONASS (Venemaa) Galileo (EL) Compass (Hiina) IRNSS (India) QZSS (Jaapan) Laia ulatusega differential täiustused Kohalikud täiustused WAAS (USA) EGNOS (EL) RTK (VRS) GAGAN (India) Assisted GPS MSAS (Jaapan) 25
Viiteid http://en.wikipedia.org/wiki/global_positioning_system http://www.esa.int/our_activities/navigation http://www.egnos-pro.esa.int/index.html http://www.trimble.com/gps_tutorial/ http://www.navipedia.net/index.php/main_page http://www.insidegnss.com/ Satelliite ja teisi süsteeme uuendatakse ja arendatakse pidevalt Galileo ja EGNOSe järgmine põlvkond on juba planeerimisel 26
Kaugseire Remote Sensing / Earth Observation Image: ESA/VITO
Kaugseire (remote sensing) Eemalolevate objektide kohta info kogumine, selle analüüs ja rakendamine Füüsiline kontakt objektiga puudub Teostatakse satelliitidelt ja lennukitelt aga ka maapinnalt Kasutatakse elektromagnetkiirgust http://en.wikipedia.org/wiki/remote_sensing Earth Observation (EO) Maa ja keskkonna kaugseire http://en.wikipedia.org/wiki/earth_observation http://kaugseire.ee/ 28
Remote sensing is the science (and to some extent, art) of acquiring information about the Earth's surface without actually being in contact with it. This is done by sensing and recording reflected or emitted energy and processing, analyzing, and applying that information -- Natural Resources Canada http://www.nrcan.gc.ca 29
Kaugseire ülesanded Objektide äratundmine e. identifitseerimine Mingi tunnuse järgi homogeensete alade piiritlemine, kaardistamine, pindalade mõõtmine Uuritava objekti mitmesuguste tunnuste (materjali) ja objekti seisundi hindamine Muutuste avastamine ja visualiseerimine objekti või alade regulaarsel jälgimisel Ajalooliselt on kaugseire edu nii tsiviil- kui militaarkasutuses baseerunud täpse pildimaterjali tootmise ja selle käsitsi analüüsimisel 30
Kaugseire rakendusnäited Objektide tuvastamine Maakasutuse analüüs mets, põld, kultuur, jne. Hoonete tuvastus - linnastumise areng Ilmaennustus pilved, tuul, jne. Objekti koostise analüüs Atmosfääri koostis kliimamuutused, ilmaennustus, õhukvaliteet (Õli)reostuse tuvastamine Taimkatte seisukorra analüüs Objekti temperatuuri mõõtmine Kliimamuutused ja temperatuur Päikeseaktiivsuse mõõtmine 31
Elektromagnetkiirgus Raadiolained Mikrolained Infrapuna kiirgus Nähtav valgus Ultraviolettkiirgus Röntgenkiirgus Gammakiirgus Allikas: http://www.ambur.ee/lained.html 32
Miks on vaja erinevaid lainepikkuseid? Materjalid peegeldavad / hajutavad, neelavad, lasevad läbi ja kiirgavad elektromagnetlaineid Materjali keemiline koostis ja füüsikalised omadused määravad: millised lainepikkused, millises mahus ja kuidas peegelduvad ning neelduvad. Mida rohkem erinevaid lainepikkusi vaadelda, seda täpsemaid ja põhjalikemaid järeldusi on võimalik teha ning materjale tuvastada* 33
Näited Miks on lehed suved rohelised? Nähtava valguse piirkonnas olev elektromagnetkiirgus neeldub lehtedes (klorofüllis), välja arvatud kiirgus lainepikkusega 510 nm, mis on kokku lepitud kui roheline Silmaga ei näe temperatuuri soojuskiirgus jääb suures osas nähtavast valgusest välja Pinna krobelisuse (osakeste suuruse) ja lainepikkuse suhe määrab selle, kuidas kiirgus peelgedub: Lainepikkus on väiksem kiirgus hajub eri suundades Lainepikkus on suurem kiirgus peegeldub ühes suunas 34
Allikas: SHAW AND BURKE Spectral Imaging for Remote Sensing Kaugseire tööpõhimõte 35
Mõõteinstrumendid Passiivne kaugseire Mõõdetakse naturaalset energiat Päikeselt tulnud ja objektilt peegeldunud kiirgus ainult päeval Objekti poolt neelatud ja väljunud soojuskiirgust öösel ja päeval Lainepikkused nähtav valgus ja infrapunane kiirgus: VIR, NIR, SWIR Aktiivne kaugseire Valgustamiseks on oma energiaallikas öösel ja päeval Kaks põhimõttelist seadet RADAR mikrolained pilved ja halb ilm ei sega LIDAR ultravioletne ja nähtav valgus 36
Mõõteinstrumentide näiteid Landsat 7 (1999): ETM+ (nähtav ja infrapunane) Põllumajandus, metsandus, kaevandamine, jpt. SPOT 6 (2012): NAOMI (kõrglahutusega nähtav ja infrapunane) Sentinel-1 (2014): C-band SAR (syntetic aperture radar) sagedusel ~5,5 GHz Merepinna ja maapinna kõrguste analüüs, mulla niiskus, jpt. Sentinel-5: ultraviolett, infrapunane, Atmosfääri analüüs O 3, NO 2, SO 2, CO, aerosool Instrument ja satelliit toodetakse sõltumatult ning sama instrumenti kasutatakse mitmel satelliidil Täielik andmebaas: http://database.eohandbook.com/ 37
Kaugseire piltide põhiomadused Ruumiline lahutus Spektraalne lahutus Radiomeetriline lahutus Ajaline lahutus 38
Ruumiline lahutus Ühe piksli suurus rasterpildis vahemikus ~0,5-1000m Polaar-orbiit (~700km) suurusjärk 0,5-100m Geostatsionaarne orbiit (~35000km) 500 1000m Suurem lahutus = suurem detailsus ja väiksem maa-ala Sõltub ühest küljest tehnilisest võimekusest, teisest küljest eesmärgist Üks instrument võimaldab tihti erinevaid pildistusrežiime 39
Näide: Sentinel-1 ruumiline lahutus 20km 5m x 5m 400km 20m x 40m 250km 5m x 20m 80km 5m x 5m 40
Spektraalne lahutus Kanalite (band) ehk lainelade arv ja laius, milles mõõtmine toimub Mustvalge pilt 1 kanal, nähtav valgus Värviline pilt 3 kanalit, punane, roheline, sinine eraldi Tüüpiliselt 10 ringis, kuid on ka kuni paarisaja kanaliga hyperspectral instrumente Rohkem kanaleid annab küll täpsema pildi, kuid see tõstab ka andmete analüüsi keerukust 41
Näide: Landsat-7 ruumiline ja spektraalne lahutus Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) Kanal Lainepikkus (mikromeetrid) Band 1 0.45-0.52 30 Band 2 0.52-0.60 30 Band 3 0.63-0.69 30 Band 4 0.77-0.90 30 Band 5 1.55-1.75 30 Lahutus (meetrid) Band 6 10.40-12.50 60 * (30) Band 7 2.09-2.35 30 Band 8 0.52-0.90 15 42
Image: ESA Radiomeetriline lahutus Toonide / väärtuste arv mõõtmistulemuse digitaalsel salvestamisel Väljendatakse bittides Näiteks 16-bitine lahutus tähendab, et kasutatakse 2 16 = 65536 erinevat tooni / väärtust 43
Ajaline lahutus (revisit period) Kui tihti pildistatakse ühte ja sama piirkonda Sõltub väga palju missioonist ja orbiidist Polaar-orbiit 10-20 päeva, pooluste lähedal sagedasem Kui instrument katab korraga laiema ala, siis samuti sagedasem Geostatsionaarne orbiit ilmasatelliidid teevad pilte minutite tagant Oluline muutuste tuvastamiseks ja jälgimiseks erinevates rakendustes 44
Andmete töötlustasemed ja tooted Tase 0 Tase 1A Tase 1B Tase 2 Tase 3 Töötlemata toorandmed, täpselt nagu sensor väljastab. Reeglina neid andmeid avalikkusele ei edastata, sest vajavad korrigeerimist Radiomeetriliselt korrigeeritud andmed - sensori ebaühtlused on eemaldatud. Väga oluline andmetest kasuliku teabe ammutamisel Geomeetriliselt korrigeeritud andmed satelliidi liikumisest ja Maa pöörlemisest tekkinud mõju eemaldatud. Samuti oluline edasisel kasutamisel Andmed on viidud projektsiooni ning geo-refereeritud. Neid on võimalik kanda kaardile Tuletatud teave näiteks mets, hoone, temperatuur, laine kõrgus, O3, NO2, aerosool Erinevates allikates ja missioonides võib olla erisusi tasemete tõlgendamisel. 45
Kaugseire satelliidid Agentuur Käigus Planeeritud Kokku ESA 11 26 37 NASA 16 32 48 Teised 91 83 174 Kokku 118 141 259 http://www.eohandbook.com/ 46
Copernicus.eu Vana nimega GMES Maailma ambitsioonikaim kaugseire programm Finantseerib ja korraldab Euroopa Komisjon Kosmosekomponenti veab ESA koostöös partneritega Eumetsat Itaalia Kosmoseagentuur (ASI) Briti Kosmoseagentuur (BNSC) Hispaania tehnoloogia arenduskeskus (CDTI) Prantsusmaa Kosmoseagentuur (CNES) Kanada Kosmoseagentuur (CSA) Saksmaa Kosmoseagentuur (DLR) 47
Eesmärgid Elukeskkonna turvalisus ja tervis, selle säilitamine ning taastamine Kaugseire andmete korjamine, hoiustamine ning kättesaadavaks tegemine Kaugseire tuumikteenused põhinäitajate jälgimine Tasuta andmed kõigile üle maailma 48
Ülesehitus 3 komponenti Kosmos Maa (in-situ) Tuumikteenu sed (core services) 49
Tuumikteenused 6 teemat Maa - maakate ja sellega seotud näitajad (näiteks vegetatsiooniperiood) Merendus tuule- ja jääolud, merepinna tõusud- ja mõõnad, temperatuur, jne. Atmosfäär erinevate gaaside sisaldus CO 2, CH 4, CO, jne. Kriisijuhtimine (emergency management) tulekahjud, üleujutused, vulkaanipursked, põgenikelaagrid, jne. Turvalisus (security) piirivalve, laevaliikluse jälgimine, jne. Kliimamuutused kliimamuutuste jälgimise ja ennustamisega seotud andmed 50
Kasutajad ning kasutusviisid Peamiseks kasutajateks on avaliku sektori asutused Lõppkasutaja võib tuumikteenuseid kasutada otse Keskkonnaagentuur, tervishoiuasutus kasutab atmosfääri teenust Päästeamet kasutab kriisikorralduse teenust Uusi rakendusi saab luua kasutades Tuumikteenuseid ja/või Kasutades otse lähteandmeid (radaripildid, optilised pildid) Tihti on vaja probleemide efektiivseks lahendamiseks erinevaid tuumikteenuseid kombineerida ning neile lisada veel ülesandespetsiifilist töötlust 51
Andmeallikad Tugimissioonid loodud Copernicuse programmist sõltumatult erinevate agentuuride poolt Kokku umbes ~30 missiooni (TerraSAR-X, Tandem-X, GeoEye-1 jpt) Sentinelid loodud spetsiaalselt Copernicuse programmi tarvis Sentinel-1 radar Sentinel-2 nähtav valgus ja infrapunane, kokku 13 kanalit Sentinel-3 4 erinevat instrumenti Sentinel-4 ultraviolett ja infrapunane (atmosfääri koostis) Sentinel-5 nähtav + infrapunane (atmosfäär ja kliimamuutused) Täpne instrumentide ja andmete kirjeldus https://sentinel.esa.int 52
Sentinelide ajakava 2014 S-1A https://www.youtube.com/watch?v=fjwzlxdsmya 2015 S-1B S-2A S-3A 2016 S-2B S-3B S-5P 2020 S-4A S-6A 2021 S-1C S-5A 2022 S-1D S-2C S-3C 2023 S-2D S-3D 2025 S-6* 2027 S-1E* S5-B 2028 S-1F* S-2E* S-3E* S-4B 2029 S-2F* S-3F* Foto: ESA 53
Sentinel-1 andmetele ligipääs Andmahud on väga suured S-1A toodab kuni ~1,8TB ööpäevas Üks pilt ~1GB Variant 1: Sentinel Data Hub - https://senthub.esa.int/ Variant 2: Collaborative Ground Segment (otse satelliidilt) ESA liikmetele Sodankyla Soomes Variant 3: Muu riiklik/rahvuslik vahendaja (Maa-amet) https://sentinel.esa.int/web/sentinel/sentinel-data-access Sentinel-1A töötab täismahus 6. oktoobrist http://www.esa.int/our_activities/observing_the_earth/copernicus/sen tinel-1/first_copernicus_satellite_now_operational Garanteeritud ja süstemaatiline andmete kätte saamine on siiski problemaatiline puudub teenus, kus saaks suvalises kohas ja ajal tehtud pildi kätte garanteeritud aja jooksul 54
Viited Fundamentals of Remote Sensing http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geomatics/satellite-imagery-airphotos/satellite-imagery-products/educational-resources/9309 Maa kaugseire ja satelliitnavigatsioon rakendused, kasutus võimalused ning mõju Eestis https://www.mkm.ee/sites/default/files/inno_22_lqplik.pdf 55
56 Satelliitside Satellite Communication
Satelliitside Kasutab Maa ümber tiirlevaid satelliite traadita ühenduseks kahe või enama punkti vahel Esimene kommertskasutuse satelliit INTELSAT1 kahekordistas 1965. aastal transatlantilise side võimekuse Täna on sidesatelliite sadades ning nad pakuvad väga erinevaid teenuseid telefon, pildi- ja heliedastus, Internet, jne. 57
Satelliitside eelised ja puudused Eelised Kättesaadav suvalises punktis Maal Sõltumatu maapealsest infrastruktuurist Väga ühtlane teenusekvaliteet kogu võrgu ulatuses Kiire ja lihtne paigaldus suvalises kohas Sobib hästi eetriteenuseks (broadcast) Puudused Suured algkapitali kulud (satelliitide ehitus ja paigaldus) Hinnad on reeglina kõrgemad kui maapealsetel analoogidel Kiirused on võrreldes maapealsete analoogidega piiratumad Suhteliselt kõrge latentsus (kuni 0,3 sekundit) Tundlikud häiretele 58
Põhilised kasutusjuhud Televisioon väga hea massi-edastuseks Äärealad maapealne infrastruktuur puudub ja pole otstarbekas Liikuvkasutus lennukid ja laevad Tagavara kasutatakse juhul kui maapealne võrk ei tööta Ajutised võrgud suured üritused, sõjalised eesmärgid, katastroofid Baasühendus (trunking) kanal pikkade vahemaade jaoks 59
Teenused ja rakendused Kohtteenused Fixed Satellite Services (FSS) Ülekande teenused Broadcast Satellite Services (BSS) Mobiilsed teenused Mobile Satellite Services (MSS) Trunking Televisioon Satelliittelefon Võrgud Lairibaühendus (broadband) M2M Raadio Otse ülekanne Liikuv lairibaühendus Lennundus / laevandus M2M Piirid teenusetüüpide vahel ei ole enam väga selged Püsiteenuseid pakutakse järjest rohkem liikuvatele kasutajatele 60
Satelliitside orbiidid - GEO Ekvatoriaalne ekvaatori kohal Satelliit on maa suhtes paigal Enimkasutatav orbiit Kasutatakse kõikide teenusetüüpide jaoks Plussid Katab pidevalt väga suure ala Puudub vajadus antenni suunata Võimaldab head kiirust Miinused Suured antennid Suhteliselt suur latentsus (viide) Poolustel kättesaamatu 61
Satelliitside orbiidid - LEO Ekvaatori suhtes nurga all Üks tiir ümber Maa 1-2 tunniga Üsna levinud Peamiselt liikuvateks teenusteks Plussid Väiksed terminalid Suhteliselt väike latentsus (<0,1 sekundit) Poolustel kättesaadav Miinused Püsivaks sideks on vaja mitut satelliiti Ei paku kiiret ühendust 62
Satelliitside orbiidid HEO ja MEO HEO Satelliit on poolusel kaua nähtaval Kasutatakse spetsiaalselt pooluste lähedal püsiteenusteks MEO Ekvatoriaalne või kallutatud orbiit Väiksemad terminalid ja väiksem latentsus kui GEO, vähem satelliite ja parem katvus kui LEO Spetsiifiline kasutus püsiteenusteks 63
Suuremad satelliitsideoperaatorid Operaator Teenused Orbiit Laineala FSS, BSS GEO C, Ku, Ka FSS, BSS GEO C, Ku, Ka FSS, BSS GEO MEO (O3B) C, Ku MSS, FSS GEO L, Ka MSS LEO L MSS GEO L 64
Lainealad Image: ESA 65
Leviala näiteid FSS C-laineala Ku-laineala Ka-laineala MSS Iridium Inmarsat 66
Terminalid (vastuvõtjate) näiteid FSS VSAT Fly-Away (Portable) Mobiilsed terminalid MSS Telefon Internet Merendus Lennundus 67
Lairiba (broadband) ühendus (Internet) Satelliitside operaator Internet Andmeside: Veeb, e-mail, failid Voogedastus: IP telefon, videokonverents Turvaline ühendus sisevõrku Asutuse peakontor Asutuse harukontor Ettevõtte kohtvõrk VSAT terminal 68
Lairibaühenduse hinnategurid Keskmise satelliidi ehitus, lähetus ja opereerimine 15 aastat maksab umbes 240 miljonit eurot Need kulud on vaja katta Satelliidiühenduse keskmine hind on ~6000 eurot kuus Mhz (1-2Mbps) kohta Lõppkasutajale müüakse seda edasi erinevate pakettidena kiirusepõhine, mahupõhine, jne. Hinda lõppkasutajale vähendatakse ribalaiuse jagamisega, suhe võib olla isegi kuni 100:1 Sellest tulenevalt on turul väga suured hinna ja kvaliteedi erinevused Õige paketi valikuks tuleb teada oma vajadusi millist kiirust on vaja, kas kiiruse stabiilsus on kriitiline, jne. No. 69
Indikatiivsed lairibaühenduse hinnad *Maksimaalne kiirus (Alla/Üles), Mbps Data Limits Jagamissuhe Stardimak s (EUR) Kuumaks (EUR) Ka Band Aeglane 4 / 1 15GB / kuu ~150:1 ~500 ~100 Keskmine 10 / 4 1GB / päev ~100:1 ~500 ~200 Kiire 4 / 4 2,5GB / päev Garanteeritud kiirus ~25:1 Free ~650 Piiramatu 1:1 Free ~1900 / MBps Ku Band Keskmine 0.5 / 0.5 1GB / päev ~20:1 ~400 ~400 Kiirus 2 / 0.5 5GB / päev ~10:1 Free ~1000 Garanteeritud kiirus Piiramatu 1:1 ~2500 ~3800 / MBps No. 70
Milline lahendus on sobilik? Teema Küsimused Mõjud Opereerimine Kas on vaja tehnilist tuge? Kas majasisene IT on olemas? Hanke mudel Mobiilsus Kindlad asukohad või liikuvad punktid? Koht- või mobiilne teenus Geograafia Millistes asukohtades on ühendust vaja? Satelliidi valik Mahud Rakendused (teenused) Ühenduvus Töökindlus Turvalisus Mitu asukohta on? Kui palju kasutajaid on igas asukohas? Millal ja kui tihti teenuseid kasutatakse? Veeb? E-mail? Suurte failide edastamine? IP telefon? Videokonverents? Turvaline võrk VPN? Kas on vaja prioritiseerida kasutajaid / rakendusid? Kas on vaja punktist punkti ühendusi kõigi asukohtade vahel või ainult peakontorisse? Kas piiratud teenus tipptunnil või halva ilma korral on talutav või mitte? Kas seadmete tõrked on talutavad? Kas on vaja VPN ühendust kontorite vahel? Kas on vaja täiendavaid tulemüüre või muud IT taristu turvalisust? Võrgu topoloogia, vajalik andmemaht, fikseeritud kuumaks või kasutusmaks Vajalik andmemaht, seadmed, IT taristu Võrgu topoloogia Jagatud või garanteeritud teenus, laineala, seadmete liiasus Terminali seadmed, IT taristu No. 71
Satelliitside liikuvatele platvormidele Sõidukite side Ühenduvus erinevatele sõidukitele Palju erinevaid terminale saadaval Rongide ja vagunite jälgimine Integreeritud navigatsioon ja side Raudtee-spetsiifilised seadmed tekkimas Navigatsioonil baseeruv odomeeter Mitmeid erinevaid uurimisprojekte näiteks GRAIL-2 Masinalt-Masinale (M2M) side
Masinalt Masinale Side (M2M) Sobib hästi varade (kaupade) jälgimiseks, andurite võrgustikku ja häiresüsteemideks Omadused Optimeeritud väikemahuliseks sideks Mahupõhine hind (~$0.001-0.002 bait) Integreeritavad seadmed Kergelt paigaldatav ja hallatav Võimaldab pidevat kaugjälgimist
Mõned seadmed maanteele ja raudteele FSS MSS 21 Net Stealth Ray 2000 Rail TRX 2-300 Hughes 9450 Explorer 727 Company 21 Net Raysat (Gilat) Orbit Hughes Thrane & Thrane (Cobham) Satellite Network Ku-Band FSS Ku-Band FSS Ku-Band FSS (Ka variant available) Inmarsat BGAN Inmarsat BGAN Form Factor Mechanically tracked VSAT Low-Profile Phased Array & 3rd party modem Low Profile Antenna & 3rd party modem Low Profile Antenna & Separate Transceiver Low Profile Antenna & Separate Transceiver Performance variable Variable Variable upto 492 kbps upto 492 kbps (~2Mbps down) (~2Mbps down) (~2Mbps down) Dimensions 80cm dia dish 115 L x 90 W x 15.2 H cm 1058 mm Dia x 488 mm H 477 mm Dia x 152 mm H 477 mm Dia x 152 mm H Typical Application Rail Road Rail Road Road 74
ja merele Inmarsat C and Mini C Iridium OpenPort/Pilot Inmarsat FleetBroadband Mini-VSAT (various) Coverage Global except poles Global Global except poles Regional Size Typical 12-17cm 57cm FB500: 55cm FB250: 32cm FB150: 29cm Typical 40-90cm Services Messaging / email / telex / fax GMDSS services (all C and some mini-c) Voice IP data Voice IP data SMS ISDN (FB500 only) VoIP IP data Max data rate 600bps 134kbps FB500: 432kbps FB250: 284kbps FB150: 150kbps Up to 2Mbps downstream, 512kbps upstream depending on antenna size 75
M2M teenused NAME Transport Throughput 25.5 bytes (Tx) INMARSAT ISATM2 ISATDATA M PRO Store Store and and Forward Forward <6.4 kb (Tx) <10 kb (Rx) 100 bytes (Rx) Latency 30-60s 15-60s (msg size dependent) BGAN M2M IP >100kbps (duplex) IRIDIUM SBD Store and Forward <1.96 kb (Tx) <1.89 kb (Rx) ~1s 5-30s (msg size dependent ) RUDICS Circuit Switched Data <2400bps (duplex) ORBCOM M Satellite Store and Forward 2.4 kbps (Tx) 4.8 kbps (Rx) <1s 85% < 2mins, 99% < 15 mins GLOBALS TAR Circuit Switched Data 9.6kbps (simplex/ duplex) <1s Billing Increment Target Consumption Msg 1 byte 1KB 1 byte Not available <10KB 10KB-1MB 2-8MB per <500 Large per per month month bytes per M2M month msg networks Not available Not available 15s burst Not available
Kokkuvõtteks Satelliiditeenustest, nende võimekusest ja tulevastest uuendustest peab teadma, et oleks võimalik neid ära kasutada Satelliiditeenus üksinda ei lahenda ühtegi probleemi Uusi rakendusi, mis kasutavad ainult satelliiditeenust (või ainult ühte satelliiditeenust) jääb järjest vähemaks Järjest rohkem on vaja uute rakenduste loomisel integreerida erinevaid andmeid ja süsteeme nii maal kui kosmoses 77
Kasutatud materjalid ESA http://www.esa.int; https://sentinel.esa.int Wikipedia http://en.wikipedia.org/ Natural Resources Canada http://www.nrcan.gc.ca/earthsciences/geomatics/satellite-imagery-air-photos/satellite-imageryproducts/9271 Keskkonnakaugseire I, Matti Mõttus, Tartu Observatoorium Getting Your Imagery at the Right Level, Joseph M. Piwowar Kaugseire slaide aitas ette valmistada ja vaatas üle Anu Reinart, Tartu Observatoorium 78
Tänan! Küsimused? andreas.sisask@cgi.com 79