Starlink 衛星網路誰受惠?偏遠地區、上山下海最有感

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 26 日 8:15 | 分類 網路 , 網通設備 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


馬斯克的星鏈(Starlink)衛星計畫日漸火熱,將能彌補偏遠地區難以普及的高速網路服務。然而 SpaceX 已發布過無數衛星與火箭發射的照片,卻仍未透露太多用戶終端的衛星碟形天線設備與地面站設施,可能有人還誤以為星鏈衛星網路即 5G 行動通訊。究竟星鏈衛星網路如何運作呢?

就連接速度而言,大量分布於低地軌道並以雷射連接訊號的 Starlink 衛星傳輸速度幾乎與光纖相當,只是為了確保訊號穩健且能大範圍覆蓋,1 顆 Starlink 衛星需與附近 4 顆 Starlink 衛星合作,而想提供高速網路服務全球覆蓋率,星鏈計畫第一步衛星發射數量就高達 12,000 顆,若成效頗佳,未來還會繼續追加至共 42,000 顆。

衛星網路是什麼?

衛星網路是指利用低軌衛星作為訊號連接手段的寬頻網路服務模式。行動網路服務如 4G、5G 等,乃是靠裝置內天線(發射電磁波)連接電信商基地台、基地台再發射電磁波回來以進行無線通訊、上網等功能,而衛星網路是透過衛星接收訊號,換句話說每顆衛星都是一個移動基地站。

但這並不代表星鏈衛星網路等於無線行動通訊。無論你想從哪裡連接衛星網路,系統的基礎都相同:用戶終端需透過一個天線向衛星傳送數據,遍布低地軌道的衛星將數據轉傳到地面中繼站,接著透過全球光纖網路傳輸出去並抵達伺服器(如 Google 雲端伺服器),新的數據再重新傳回地面站、發射回衛星,衛星最後把訊號發射回使用端的天線,然後轉成 WiFi 或經有線網路傳至其他設備(如你的手機、電腦)。

簡單說,想直接用手機 Wi-Fi 連接衛星網路來上傳、下載數據是不可能的事情,一定要另搭配天線終端設備。

(Source:Cyber security in New Space/SpringerLink

Starlink 衛星網路能多快?

大量低軌通訊衛星的好處就是能彌補 5G 基地台的不足。根據公式 f = V / λ(f 代表頻率,V 代表波速,λ 代表波長),頻率越低波長越長,頻率越高則波長越短,由於 5G 傳輸頻率較高,因此波長短且難以穿透固體,需建設更多基地台才能達到一定覆蓋率,同一面積內 5G 需要的小型基地台就高出十幾倍,建造成本正是阻礙 5G 發展的障礙之一。

此外,現有行動網路地面基地台也難以大量覆蓋偏遠山區、海上、空中,挖溝、鋪設電纜或光纖甚至處理產權糾紛都是巨大成本,礙於基礎設施在農村廣泛佈建之難度,全球目前仍有 35 億人不能上網、7 億人沒有辦法使用通訊服務,光靠 5G 無法達成全球覆蓋;但有了衛星網路服務,無論你是身處沙漠還是海上,只要架好天線,都能享受與在家一樣順暢的上網體驗。

根據日前 Starlink Beta 私人測試的用戶回報,星鏈衛星網路數據下載速度介於 11~60Mbps,上傳速度範圍介於 5~18Mbp​​s,延遲時間為 20~94 毫秒(網路訊號從使用端傳輸到ISP、再從 ISP 返回到使用端所花費的時間),雖然還差光纖固網一點,但正式服務啟動後應可再提速。

如果使用傳統衛星網路,你的訊號號需先走約 35,000 公里抵達位於地球同步軌道(Geosynchronous Orbit,GSO)的通訊衛星、轉發回地面伺服器、再發射回衛星、最後回到你手上設備,通常會延遲 500~600 毫秒,這也是為什麼有時新聞 SNG 轉播鏡頭前的記者常常會「當機」幾秒。

SpaceX 最終目標很明確:下載速率要達到 1 Gbps,延遲時間控制在 20 毫秒內,只有當多數 Starlink 衛星都運行後才能達標。

SpaceX 粉絲拍下 Starlink 衛星的終端天線設備

SpaceX 還沒隆重介紹過與 Starlink 衛星連接的地面終端天線設備,結果一名 Reddit 用戶前陣子開車經過 SpaceX 位於威斯康辛州的站點時,直接拍下並發布了設備原型的高清照片──照片中像雞蛋的防護罩就是用來保護內部的衛星碟形天線,天線設備本身就如馬斯克自己的形容:插在棍子上的不明飛行物。

對一般生活在都市的人來說,其實用不太到 Starlink 衛星網路,求快還不如用光纖網路,但對那些只有一家網際網路服務供應商(ISP)可選擇、網速通常只有 1Mbps 的美、加農村居民而言,Starlink 衛星網路可能是他們 2020 年最期待的禮物。

大量地面終端設備成資安破口

SpaceX 已向 FCC 申請批准建造 500 萬個地面基地站,而破壞地面站是控制衛星的最簡單方法。據《Cyber security in New Space》論文分析,駭客可以利用 Computer network exploitation 來破壞地面站連接的網路,與對企業的網路攻擊一樣,利用配置不良或易受攻擊的企業網路設備當作跳板,獲得對地面控制站的未授權訪問。

駭客也能使用未經授權的軟體或主動嘗試修改數據導致衛星資料惡化(Data corruption),進而可能引發異常命令。

除了地面站缺口,另一個攻擊途徑是空中訊號干擾,駭客可以利用相同 RF 頻率的較高功率來使之過載,或是發送看似合法的欺騙訊號使衛星系統位置數據報錯。

還有一個攻擊途徑在於衛星本身的軟硬體漏洞。如果使用 SDR 和數位訊號處理(digital signal processing,DSP)軟體來提供無線電功能,則發送格式錯誤的數據包可能會導致緩衝區溢出,出現拒絕服務的狀況並導致通訊阻塞,且這種干擾相對更隱蔽,因為它只要發送少量數據包就可能觸發,不需發送連續的 RF 干擾訊號。

低軌通訊衛星正在改變全球網路服務生態,也帶來新出現的安全性挑戰,在享受高速網路的同時,供應商的資安意識也得逐漸跟上。

(首圖來源:Viv/Twitter

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