Блог компании Cloud4Y
Сетевые технологии
Будущее здесь
IT-компании
28 декабря 2019

Интернет на воздушных шарах


В 2014 году сельская школа на окраине Кампу Майор в Бразилии была подключена к интернету. Рядовое событие, если бы не одно «но». Подключение производилось через стратосферный воздушный шар. Это событие стало первым успехом амбициозного проекта Project Loon, дочерней компании Alphabet. А уже спустя 5 лет правительства стран, пострадавших от сильнейшего урагана и землетрясения, обращаются к Loon с официальной просьбой о помощи в обеспечении интернет-связи. Cloud4Y рассказывает, как «облачная связь» от Google стала реальностью.

Project Loon интересен тем, что предлагает решить проблему интернет-связи в регионах, по каким-то причинам отрезанных от цивилизации и глобальной экономической системы. Это необязательно является результатом стихийного бедствия. Проблема может заключаться в географической удалённости или неудобном расположении региона. Как бы то ни было, если у человека есть смартфон, он сможет подключиться к сети благодаря воздушным шарам, спроектированным Loon.

Качество связи тоже на уровне. В феврале 2016 года Google объявила о достижении стабильной лазерной связи между двумя воздушными шарами на расстоянии 62 миль (100 км). Соединение было стабильным в течение многих часов, в дневное и ночное время, и была зафиксирована скорость передачи данных 155 Мбит/с.

Как это работает





Идея может показаться простой. Loon взял наиболее важные компоненты вышки сотовой связи и перепроектировал их так, чтобы их можно было перевозить на воздушном шаре на высоте 20 км. Это значительно выше самолетов, диких животных и погодных явлений. А значит, и безопаснее. Воздушные шары Loon способны выдерживать суровые условия в стратосфере, где скорость ветра может достигать 100 км/ч, а температура — опускаться до -90 °C.

У каждого шара есть специальная капсула — модуль, который управляет системой Loon. Всё оборудование на шаре работает на возобновляемых источниках энергии. Солнечные панели питают систему в течение дня и заряжают встроенную батарею для работы в ночное время. Антенны на шарах Loon обеспечивают соединение с наземными станциями через разветвленную ячеистую сеть, позволяя владельцам мобильных устройств быть онлайн, не используя никакого дополнительного оборудования. В случае аварии и разрушения баллона аппаратный модуль весом 15 кг спускается на аварийном парашюте.



Высота полёта аэростата может изменяться благодаря использованию вспомогательного баллона, наполняемого гелием из основного баллона для набора высоты. А для спуска из вспомогательного баллона гелий перекачивается обратно в основной. Маневрирование настолько эффективно, что в 2015 году Loon смог совершить полёт на 10 000 километров, оказавшись в желаемой точке с точностью 500 метров.

Каждый воздушный шар площадью с теннисный корт изготовлен из сверхнадёжного гибкого пластика и рассчитан на 150 дней полёта. Такая долговечность — результат масштабного тестирования материалов для баллона (оболочки шара). Это материал должен препятствовать утечке гелия и повреждения баллона в условиях низких температур. В стратосфере, куда запускаются шары, обычный пластик становится хрупким и легко портится. Даже крошечное отверстие размером 2 мм способно сократить срок службы шара на несколько недель. А поиск 2-миллиметрового отверстия на шаре площадью 600 кв.м. — то ещё удовольствие.

В процессе тестирования материалов одного из руководителей проекта осенило, что производители презервативов испытывают схожие проблемы. В этой индустрии незапланированные отверстия тоже нежелательны. Обратившись к их опыту, команда Loon выполнила несколько специфических тестов, которые позволили создать новые материалы и изменить структуру воздушных шаров, что повлекло увеличение срока службы шара. Этим летом удалось достичь «пробега» в 223 дня!

Команда Loon особо подчёркивает, что они создали не просто очередной воздушный шар, а «умный» аппарат. Запущенные с особой стартовой площадки воздушные шары Loon могут долететь до любой страны мира. Машинные алгоритмы прогнозируют модели ветра и принимают решение о перемещении шара вверх или вниз в слой ветра, дующего в нужном направлении. Навигационная система функционирует автономно, а люди-операторы контролируют движение шара и при необходимости могут вмешаться.



Loon позволяет операторам мобильной связи расширять зону покрытия там, где это необходимо. Группа воздушных шаров Loon создает сеть, которая обеспечивает связь с людьми в определенной области таким же образом, как группа башен на земле образует наземную сеть. Разница лишь в том, что воздушные «башни» постоянно находятся в движении. Созданная воздушными шарами сеть способна функционировать автономно, эффективно маршрутизируя соединения между воздушными шарами и наземными станциями, принимая во внимание движение воздушного шара, препятствия и погодные явления.

Где уже использовались шары Loon





«В теории всё красиво, а что на практике?», — спросите вы. Есть и практика. В 2017 году вместе с Федеральной комиссией по связи, Федеральным авиационным управлением, FEMA, AT&T, T-Mobile и другими компаниями обеспечил базовую связь для 200 000 человек в Пуэрто-Рико после разрушений, вызванных ураганом «Мария». Воздушные шары были запущены в штате Невада, и быстро добрались до Пуэрто-Рико. Благодаря этому удалось опробовать некоторые решения, выявить ошибки, а заодно и продемонстрировать жизнеспособность идеи.

Чуть позднее стихийное бедствие в Перу нанесло мощный урон инфраструктуре. Как только в северном Перу произошло наводнение, команда Loon отправила свои воздушные шары в пострадавший район. В течение трёх месяцев пользователи отправляли и получали данные объемом 160 ГБ, что эквивалентно примерно 30 миллионам SMS или двум миллионам электронных писем. Площадь покрытия составила 40 тыс. кв.км.

В конце мая 2019 года в Перу снова произошло разрушительное землетрясение с магнитудой 8,0. В некоторых регионах полностью отключился интернет, в то время как тысячам людей было необходимо узнать о состоянии своих близких. Чтобы наладить связь, правительство страны и местный оператор связи Tefónica обратились за помощью к компании Loon, чтобы она раздала интернет при помощи своих воздушных шаров. Починить интернет удалось в течение 48 часов.

Первые подземные толчки произошли в воскресенье утром, и получив просьбу о помощи, компания Loon тут же перенаправила свои воздушные шары из Пуэрто-Рико в Перу. Для их перемещения, как обычно, использовалась сила ветра. Аэростаты ловили ветряные потоки в том направлении, в котором им нужно было двигаться. На преодоление более 3000 километров устройствам потребовалось два дня.

Воздушные шары Loon распространились по всей территории северной части Перу — каждый из них обеспечил 4G-интернетом зоны площадью 5000 квадратных километров. С наземной станцией был связан только один воздушный шар, который связывался и передавал сигналы другим устройствам. Ранее компания демонстрировала только возможность передавать сигналы между семью воздушными шарами, но в этот раз их количество достигло десяти.


Расположение воздушных шаров Loon в Перу

Компания смогла предоставить жителям Перу базовый набор связи: SMS, электронную почту и доступ к интернету с минимальной скоростью. В первые же два дня интернетом от воздушных шаров Loon воспользовались около 20 000 человек.

Как итог, 20 ноября 2019 года Loon подписала коммерческое соглашение о предоставлении услуг частям тропического леса Амазонки в Перу, договорившись с Internet Para Todos Perú (IpT), оператором мобильной связи в сельской местности. На этот раз воздушные шары Loon будут использоваться в качестве постоянного решения для подключения к интернету вместо временного исправления после стихийного бедствия. С

Соглашение между IpT и Loon все еще должно быть одобрено Министерством транспорта и коммуникаций Перу. Если все пойдет хорошо, Loon и IpT надеются предоставить услуги мобильного интернета, начиная с 2020 года. Инициатива будет сосредоточена на регионе Лорето Перу, который составляет почти одну треть страны и является домом для многих его коренных народов. Первоначально Loon будет покрывать 15 процентов территории Лорето, потенциально достигая почти 200 000 жителей. Но компания уже объявила о своём намерении подключить 6 миллионов человек в сельской местности Перу к 2021 году.

Успешное использование душных шаров в Перу в течение продолжительного периода времени может открыть двери и в другие страны. А пока компания подписала предварительный контракт в Кении с Telkom Kenya, и теперь ждёт окончательного одобрения регулирующих органов, чтобы начать своё первое коммерческое испытание в этой стране.

Маленький нюанс
Нужно отметить, что с технологией не всё так радужно. Вот перечень инцидентов с шарами Loon:

  • 29 мая 2014 года воздушный шар Loon врезался в линии электропередач в Вашингтоне, США.
  • 20 июня 2014 года новозеландские чиновники вызвали сотрудников аварийных служб, увидев падение воздушного шара.
  • В ноябре 2014 года южноафриканский фермер обнаружил разбившийся воздушный шар в пустыне Кару между Стриденбургом и Бритстауном.
  • 23 апреля 2015 года воздушный шар разбился в поле возле города Брэгг, штат Миссури.
  • 12 сентября 2015 года воздушный шар разбился на лужайке перед домом в Ранчо Хиллз, Калифорния.
  • 17 февраля 2016 года во время проведения испытаний в чайном регионе Гампола, Шри-Ланка, разбился воздушный шар.
  • 7 апреля 2016 года воздушный шар внепланово приземлился на ферме в Данди, Квазулу-Натал, Южная Африка.
  • 22 апреля 2016 года воздушный шар разбился в поле в департаменте Сьембуку, Парагвай.
  • 22 августа 2016 года воздушный шар приземлился на ранчо в Формозе, Аргентина, около 40 км. западнее столицы.
  • 26 августа 2016 года воздушный шар приземлился к северо-западу от Мэдисона, штат Южная Дакота.
  • 9 января 2017 года воздушный шар разбился в Сейике, недалеко от Чангвинолы, провинция Бокас-дель-Торо, Панама.
  • 8 января 2017 года и 10 января 2017 года два воздушных шара Loon приземлились в 10 км к востоку от Серро-Чато и в 40 км к северо-западу от Марискалы, Уругвай.
  • 17 февраля 2017 года в Бурити-дус-Монтес, Бразилия, разбился воздушный шар Loon.
  • 14 марта 2017 года в Сан-Луисе, Толима, Колумбия, разбился воздушный шар Loon.
  • 19 марта 2017 года воздушный шар разбился в Такуарембо, Уругвай.
  • 9 августа 2017 года воздушный шар разбился в камышовой заросли в Олмосе, Ламбаеке, Перу.
  • 30 декабря 2017 года воздушный шар разбился в Нтамбиро, Центральная Игембе, округ Меру, Кения.

Так что риски определённо есть. Впрочем, пользы от аэростатов Loon всё же больше.


UPD: посмотреть местонахождение аэростатов можно тут (искать на территории Южной Америки). Спасибо towin за уточнение

Что ещё полезного можно почитать в блоге Cloud4Y

Настраиваем top в GNU/Linux
Пентестеры на передовой кибербезопасности
Стартапы, способные удивить
Экофантастика на защите планеты
Нужны ли в ЦОД подушки?

Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропустить очередную статью! Пишем не чаще двух раз в неделю и только по делу. Также напоминаем, что корпоративный облачный провайдер Cloud4Y запустил акцию «Облако ФЗ-152 по цене обычного». Подать заявку можно уже сейчас.

+5
2,6k 17
Комментарии 5

Рекомендуем