低軌道周回衛星における インターネット構築に関する研究 政策・メディア研究科２年 山本 聡 sohy@sfc.keio.ac.jp

背景 通信インフラへのNeedsの拡大 モバイルインターネット環境 インターネットにおいて、可搬性、広域性、同報性、低遅延の要求 地上系通信インフラでは世界全体を覆うことはできない 海の上 基地局を置けない場所 モバイルインターネット環境 静止軌道衛星をインターネットに用いる 地上回線の敷設が困難な地域への通信インフラとして使われている（AI3などで実用済み） 静止軌道のため極地方を覆うことは物理的に不可能 軌道高度が高いため所要EIRPが高く、端末の小型化に限界がある 低軌道衛星をインターネットに用いる 複数衛星を用いるため複雑かつコストが高い 多くのシステムが提案されたがすべてが一度躓くか転んだ 衛星の利点の同報性を生かしていない

静止衛星と低軌道衛星の差異 静止衛星 低軌道衛星 遅延 片方向250ms 片方向5.4ms (高度780kmの場合) 所要EIRP 大きい (地上局は大型) 小さい (地上局の小型化が期待される) 地表全体を 覆う衛の数 理論上、３つ 数多くの衛星、イリジウム：６６ (ネットワークが複雑) 捕捉衛星 変化なし 時刻とともに切り替わる (端末はハンドオーバを行う) カバーエリア 極地方はカバーできない 地球全体

既存の低軌道衛星通信システムの概要 ：低軌道衛星 （地上に対して移動する） ：衛星の移動方向 多くのシステムが携帯電話サービスの延長としてデザインされた 地球全周を24時間カバーできる しかし、衛星の利点である同報性を実装し、それをサービスに生かしたものはない

本研究の目的 複数の低軌道周回衛星を用いたネットワークにおいて、ブロードキャスト性、マルチキャスト性を応用したネットワークについて検討 衛星のネットワーク部分は例として現在のイリジウムを採用し検討を行う 新規データリンク層を提案することで、現在のPoint-To-Point型の通信に、Point-To-Multicastの通信を実現 衛星数、軌道高度等のパラメータが変わってもスケールする サービス例 LEOネットワーク上でのSOI-ASIAの授業配信 リアルタイムで多地点での遠隔会議 災害時の緊急放送

前提とするネットワークモデル イリジウムの場合 軌道数:6 1軌道上あたりの衛星数:11 1地点で衛星が切り替わるのに要する時間:10分 衛星の移動方向 LEOが地上に向けて送信したデータ は、カバーエリア内の全ての地上端末が 受信可能

LEOネットワークに対する要求事項 次に接続するLEO 衛星の移動方向 LEO LEO LEOから地上に 向けた通信を ブロードキャスト 型のリンクとして 扱う 地上端末は、接続するLEOが切り替わっても 同一のIPアドレスを保持 (通信のセッションを維持するため) 単一のブロードキャストリンクの カバーエリアが不変

LEOの役割 LEO=L3 or L2 LEOをL2のノードとして利用する LEOは地上に対して移動するため、衛星上でのIPパケットの交換機能が必要 衛星をルータとして実装すると、新しいルーティングプロトコルやインターネット機構に対応できない、というデメリットがある LEOをL2のノードとして利用する IPの技術変化は非常に早いので、設計から軌道上で５−１０年使われる衛星を考えるとL3の技術を固定して実装することは L2の技術はIPの技術ほど急速な変化は起こらないと想像されるのでL2であればその技術が軌道上で陳腐化することはL３にくらべれば可能性はひくい

提案モデル： 衛星がL2スイッチとして機能する 位置情報に応じてブロードキャストリンクを作成 衛星ビームエリアのfootprintを組み合わせてブロードキャストリンクをカバー 複数の衛星のビームを組み合わ せて、自在な形状の ブロードキャストリンクを構成 ・カバーしたい範囲に 応じて、自由に ブロードキャストリンク を作成できる仕組み ・衛星をIP router として扱った場合に、 比べ、リンクの柔軟な 利用が可能

設計 2 1 地上端末が送信した ブロードキャストフレームは 衛星間通信を用いて ブロードキャストリンクを カバーする衛星に送られる 地上端末が送信した ブロードキャストフレームは 衛星間通信を用いて ブロードキャストリンクを カバーする衛星に送られる ブロードキャストリンク上の 地上端末は論理的に 同一リンクに属する 位置情報によって定義されたブロードキャストリンク

設計 衛星が移動に応じて、 ブロードキャストリンクをカバーする 衛星を切り替える 2 1 地上端末が送信した ブロードキャストフレームは 地上端末が送信した ブロードキャストフレームは 衛星間通信を用いて ブロードキャストリンクを カバーする衛星に送られる ブロードキャストリンク上の 地上端末は論理的に 同一リンクに属する 位置情報によって定義されたブロードキャストリンク

評価 コンピュータシミュレーション 評価項目 何が明らかになるか データリンクプロトコルを設計し計算機シミュレーションをおこなう オーバヘッドの算出 端末ハンドオーバ時の遅延、パケットロス率 衛星をルータとして用いた場合との比較 MIPを用いる 経路制御を用いる 何が明らかになるか 既存のPoint to Pointリンクで構成された低軌道衛星回線に、本研究で提案するブロードキャスト機構を導入したことによる有効性

今後の予定 今後の予定 想定される成果 応用できる範囲 11月-12月 1月 提案モデルの検討 シミュレーション 1月 執筆 想定される成果 低軌道衛星を用いたネットワーク上で同報型の通信サービスを実現するプロトコルの提案 応用できる範囲 複数のL2サブネットを組み合わせて自由なサイズのL2サブネットを作る仕組みを実現できる 細かいビームを組み合わせ、自由な形のビームパターンを得ることができる

何を想定するのか。 どうやって比較するのか。 モデルＡだけ＝これができれば、これとこれとこれができる。 モデルＡとモデルＢがあって、とりあえず提案する。あとで評価する。 とてもよくわかっている話、目的もいいと思う・・・が、中間発表では、L2モデルとL3モデルで迷っています。 研究として、低軌道衛星ネットワークをインターネットで使うときのモデル化そのものが研究で、提案されるモデルが二つあって、どっちがいいかを提供する 中間発表の一時間後には、こっちでいくという絞込みができて、実際に使うシステムを作ることはできないけど、想定されるモデルでの問題点を 少なくともさあ、sohがこうすると、何を想定するのか、 L3だったら、・・・なる、L2だったら、・・・なる。 これを想定して、L2の方がいいだろう、本当に正しいかどうかわからないから、両方やる。 L2寄りだけれど、正しいかどうか評価。 理由は、物理的な 宇宙は厳しい環境、精密機器は乗せられない。衛星は５年くらい前に設計したものを SohのL2方式は、複数の衛星をバカHUBとして使うとか、インテリジェンススイッチ、 衛星がMACアドレスを見るぐらいならばできる。 なぜ難しいか。どのような計画によってポシャったかを説明。

明日の予定 ９：００に発表練習 コメントをもらったら向こうで修正 Soh:１１：４５ Kuma:13:45

設計 地上端末が送信した ブロードキャストフレームは 衛星間通信を用いて ブロードキャストリンクを カバーする衛星に送られる

隠し：提案モデルA： 衛星がIP routerとして機能する LEO2 LEO3 LEO4 192.168.0.2 192.168.0.3 192.168.0.4 192.168.1.1 192.168.2.1 192.168.3.1 .1.2 .1.3 .1.4 .1.5 .2.2 .2.3 .2.4 .2.5 .3.2 .3.3 .3.4 .3.5 ハンドオーバ発生時 衛星の移動方向 個々のLEOはルータとして振舞う 192.168.0.1 192.168.0.2 192.168.0.3 LEO1 LEO2 LEO3 192.168.1.1 192.168.2.1 192.168.3.1 衛星がインテリジェンスを持つ。新技術に対応しにくい。 .1.2 .1.3 .1.4 .1.5 .2.2 .2.3 .2.4 .2.5 .3.2 .3.3 .3.4 .3.5 LEOのカバーエリアごとに 固有のネットワークプレフィックス 個々の端末は所属するLEOに関係なく 不変のアドレスを持つ