Une étude compare les quatre plus grands mégaréseaux Internet

Ces derniers mois, des personnes ont rapporté avoir vu un défilé de points semblables à des étoiles traverser le ciel nocturne. La formation n’est pas d’origine extraterrestre, ni même astrophysique, mais est en fait une ligne de satellites, récemment lancée par SpaceX, qui sera finalement rejointe par de nombreux autres pour former Starlink, une « mégaconstellation » qui s’enroulera autour de la Terre comme un réseau mondial conçu pour transmettre l’Internet haut débit aux utilisateurs partout dans le monde.

Starlink fait partie d’une poignée de réseaux satellites mondiaux actuellement en développement (mais non sans controverse, en raison des effets sur notre vision du ciel nocturne). Chacun est conçu pour déployer des milliers de satellites à différentes altitudes et angles d’inclinaison par rapport à la Terre, afin de connecter les utilisateurs éloignés et ruraux à Internet.

À présent, les chercheurs du département d’aéronautique et d’astronautique du MIT ont effectué une comparaison des quatre plus grandes propositions de réseaux satellites mondiaux, de SpaceX, Telesat, OneWeb et Amazon. Les chercheurs ont calculé le débit de chaque réseau, ou la capacité de données globale, sur la base de leurs spécifications techniques telles qu’elles ont été signalées à la Federal Communications Commission.

Bien que les réseaux varient dans le nombre et la configuration proposés de satellites, de stations au sol et de capacités de communication, l’équipe a constaté que chaque constellation pouvait fournir une capacité totale d’environ des dizaines de térabits par seconde.

Comme proposé, ces mégaconstellations ne remplaceraient probablement pas les réseaux terrestres actuels, qui peuvent prendre en charge des milliers de térabits par seconde. Cependant, l’équipe conclut que les flottes spatiales pourraient combler les lacunes là où les connexions par câble conventionnelles ont été irréalisables ou inaccessibles, comme dans les zones rurales, les régions polaires et côtières éloignées, et même dans les airs et à l’étranger.

« Nous ne serons pas dans une situation où des régions densément peuplées comme New York ou Los Angeles seront entièrement desservies par des capacités satellitaires », déclare Inigo Del Portillo, ancien étudiant diplômé du System Architecture Group du MIT. « Mais ces constellations peuvent apporter beaucoup de débit dans des zones où il n’y a actuellement aucun service, aucune fibre. Cela peut vraiment changer la vie de ces zones. »

Del Portillo et ses collègues présenteront un article détaillant leurs résultats la semaine prochaine lors de la conférence internationale de l’IEEE sur les communications. Les co-auteurs de l’article au MIT comprennent l’étudiant diplômé et auteur principal Nils Pachler, ainsi qu’Edward Crawley, professeur d’ingénierie de la Fondation Ford, et Bruce Cameron, directeur du System Architecture Group.

Une course renouvelée

La grande majorité de l’accès Internet haut débit dans le monde provient de réseaux terrestres (câble, DSL, fibre optique et tours sans fil) avec une minorité fournie via des réseaux satellites régionaux. Depuis les années 1990, divers efforts ont été déployés pour lancer des constellations de satellites en orbite terrestre basse afin de fournir un service haut débit mondial. Ces efforts, cependant, ont été rapidement éclipsés par une infrastructure terrestre en pleine expansion.

« Il y a 20 ans, une énorme bulle a éclaté et nous nous posons maintenant la question de savoir si la croissance massive des besoins en données peut prendre en charge un, voire plusieurs concurrents fournissant l’Internet mondial », a déclaré Cameron.

Ces dernières années, la technologie matérielle et logicielle des satellites a progressé et la demande de haut débit a augmenté, de sorte que l’idée d’une couverture Internet mondiale depuis l’espace a refait surface de manière considérable. SpaceX et OneWeb déploient les premières chaînes de satellites dans le cadre de réseaux proposés séparément, tandis que Télésat et Amazon vont de l’avant avec leurs propres constellations.

De telles propositions de mégaréseau ont suscité des critiques de la part de la communauté astronomique, car les milliers de satellites lancés dans l’espace pourraient potentiellement obscurcir les observations des astronomes sur les sources astrophysiques. Pour sa part, Del Portillo s’est demandé si les nouvelles propositions seraient un service viable et fiable pour les régions du monde où Internet était inaccessible ou inabordable.

« Je m’intéressais à la façon de connecter les populations mal desservies à travers le monde, en me concentrant sur les pays émergents, et les constellations de satellites étaient une technologie que j’examinais, avec les ballons, les drones et les tours de téléphonie cellulaire à ondes millimétriques », explique Del Portillo. « Quand je faisais mes recherches, toute cette idée de mégaconstellation a explosé, et j’étais intéressé à savoir quelles étaient les capacités réelles de ces systèmes. »

Instantanés satellites

En 2018, dans le cadre de son doctorat. travail, Del Portillo a calculé le débit des trois plus grandes constellations proposées à l’époque, par SpaceX, OneWeb et Télésat. Depuis lors, les trois sociétés ont modifié leurs propositions initiales et Amazon a annoncé sa propre mégaconstellation. Dans la nouvelle étude, il visait à mettre à jour les estimations de débit pour les quatre réseaux.

L’équipe a estimé le débit total de chaque réseau sur la base des pétitions les plus récentes déposées par chaque entreprise auprès de la FCC. Les pétitions comprennent des spécifications techniques telles que le nombre total de satellites, les plans et les angles d’inclinaison auxquels ils orbiteront, et les capacités de communication entre les satellites. À l’aide de ces données, l’équipe a créé des simulations de la configuration satellite de chaque réseau et a exécuté les simulations sur une seule journée, en prenant des « instantanés » chaque minute de la position de chaque satellite dans le ciel. Ils ont également enregistré son cône de couverture, ou le volume d’espace sur lequel un satellite pouvait communiquer à ce moment-là.

Les chercheurs ont utilisé un modèle atmosphérique pour faire varier les conditions environnantes du moment, ainsi qu’un modèle de demande qui a estimé le nombre d’utilisateurs dans la zone de couverture du satellite, sur la base d’une carte quadrillée de la population mondiale. Ils ont également utilisé un algorithme pour calculer le nombre de passerelles ou de stations au sol vers lesquelles le satellite aurait besoin de relayer afin d’atteindre le plus grand nombre d’utilisateurs. Enfin, ils ont utilisé un modèle de bilan de liaison pour calculer le débit du satellite.

« Pour chacun de ces instantanés gelés, nous exécutons un budget de liaison 10 000 fois, en utilisant à chaque fois des conditions atmosphériques différentes, comme la pluie par rapport aux nuages, et nous voyons comment le débit ou le débit de données change », explique Pachler. « En fin de compte, nous assemblons cela, voyons quel est le débit minimum, quel est le goulot d’étranglement, puis sur tous ces différents échantillons que nous prélevons au cours de la journée, nous obtenons un débit moyen pour l’ensemble du réseau. »

Dans l’ensemble, ils ont constaté que les quatre réseaux avaient des débits comparables de dizaines de térabits par seconde, bien que chaque réseau y parvienne grâce à différentes configurations. Par exemple, Télésat a moins de satellites dans son réseau (environ 1 600), chacun avec des capacités avancées par rapport aux satellites du réseau OneWeb, qui prévoit de compenser avec beaucoup plus de satellites (plus de 6 000).

La constellation Starlink de SpaceX est la plus proche de devenir opérationnelle, ayant lancé plus de 1 000 de ses 4 400 satellites prévus. Dans son dossier FCC le plus récent, la société a réduit l’altitude des orbites des satellites, ce qui, selon l’équipe, a augmenté son débit global.

L’équipe a découvert que la configuration satellite d’Amazon fournirait les débits de données les plus élevés des quatre réseaux, si elle devait également construire un nombre disproportionné d’antennes passerelles, que l’équipe estime à environ 4 000 dans le monde. « Sur le papier, Amazon a un débit plus élevé. Mais ces entreprises déposent de nouvelles itérations pour se surpasser et obtenir des systèmes plus performants. C’est donc une période passionnante », a déclaré Del Portillo. « Tout le monde parle de ces constellations dans l’industrie spatiale. Certaines personnes pensent qu’elles vont changer le monde, d’autres pensent qu’elles échoueront. Mais il y a beaucoup d’innovation en cours. »

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.