Технико-экономическая модель спутниковых сетей, применяемая к низкоорбитальным группировкам: оценка Starlink, OneWeb и Kuiper

Обеспечение широкополосного доступа в регионах, не подключённых к сети, представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Появление спутниковых систем на низкой околоземной орбите (LEO) рассматривается как потенциальное решение для подключения удалённых районов, где развертывание наземной инженерной инфраструктуры является экономически нецелесообразным из-за чрезмерно высокой стоимости. Несмотря на ажиотаж вокруг этих новых технологий, до сих пор отсутствует открытая модельная среда для оценки технико-экономических характеристик спутникового широкополосного доступа, что и является целью данной работы. Во-первых, представлена обобщаемая технико-экономическая модель для оценки инженерно-экономических характеристик спутниковых группировок. Во-вторых, этот подход применяется для оценки трёх основных конкурирующих низкоорбитальных группировок: Starlink, OneWeb и Kuiper. Моделируется влияние увеличения как числа спутников, так и количества абонентов на покрытие, пропускную способность и стоимость. Наконец, проводится глобальная оценка с визуализацией потенциальной пропускной способности и стоимости на одного пользователя для различных сценариев абонентской нагрузки. Результаты показывают, насколько ограниченной становится пропускная способность после распределения ресурсов между пользователями в каждой зоне покрытия спутника. Например, при плотности 1 пользователь на 10 км2 средняя пропускная способность на одного пользователя в наиболее загруженный час суток оценивается в 24,94 Мбит/с, 1,01 Мбит/с и 10,30 Мбит/с для Starlink, OneWeb и Kuiper соответственно. Однако при увеличении плотности абонентов до 1 пользователя на км2 средняя пропускная способность на одного пользователя значительно снижается — до 2,49 Мбит/с, 0,10 Мбит/с и 1,02 Мбит/с для Starlink, OneWeb и Kuiper соответственно. Широкополосный доступ через системы LEO станет важной частью набора средств обеспечения связности, однако результаты показывают, что для предоставления услуги, превосходящей другие варианты широкополосного доступа, этим мегагруппировкам, скорее всего, придётся работать при плотности менее 0,1 пользователя на км2. Исходный код с открытым доступом, представленный в рамках данной работы, предоставляется в надежде, что другие инженеры смогут получить к нему доступ, использовать его и продолжить развитие возможностей оценки спутниковых систем.