Космический ЦОД. Подводим итоги эксперимента

Друзья, в День космонавтики наш маленький сервер успешно слетал в стратосферу! Во время полёта сервер на борту стратостата раздавал интернет, снимал и передавал видео и данные телеметрии на землю. И нам не терпится рассказать, как всё прошло и какие были неожиданности (ну а как без них?).

Немного предыстории и полезных ссылок, для тех, кто всё пропустил:

1. Пост о том, как согласовать полёт зонда в стратосферу (с чем мы столкнулись на практике при запуске).
2. Как мы делали «железную часть» проекта — для любителей гик-порно, с подробностями и кодом.
3. Сайт проекта, на котором можно было следить за движением зонда и телеметрией в режиме реального времени.
4. Сравнение систем космической связи, которые мы использовали в проекте.
5. Текстовая трансляция запуска сервера в стратосферу.

Поскольку мы очень хотели запустить в День космонавтики и получили официальное разрешение на использование воздушного пространства именно на этот день, то приходилось подстраиваться под погоду. И чтобы ветер не вынес стратостат за границы разрешённой зоны, нам пришлось ограничить высоту подъёма — вместо 30 км поднялись на 22,7. Но это уже стратосфера, и примерно вдвое выше, чем сегодня летают пассажирские самолёты.

Интернет-связь со стратостатом была достаточно стабильна на протяжении всего полета. Ваши сообщения принимались и выводились на дисплей, а возникающие паузы мы заполняли цитатами из переговоров Гагарина с Землёй 58 лет назад 🙂

Согласно телеметрии, за бортом было -60 0С, а внутри гермобокса доходило до -22 0С, но всё работало стабильно.

График изменения температуры внутри (здесь и дальше по шкале Х отложены десятки минут):

На борту был установлен ещё один экспериментальный цифровой высокоскоростной передатчик. Это наша попытка сделать высокоскоростной Wi-Fi, и пока мы не готовы раскрывать подробности его конструкции. С помощью этого передатчика мы хотели транслировать видео в онлайн-режиме. И действительно, несмотря на облачность, видеосигнал с GoPro на борту стратостата принимался нами на дистанции до 30 км. Но приняв в нашем ЦУПе видео, передать его в интернет по земле не удалось… Сейчас расскажем, почему.

Видеозаписи полёта с бортовых камер мы скоро покажем, а пока можно посмотреть онлайн-запись с борта зонда

Нас поджидала главная неожиданность: очень плохая работа 4G-модема в нашем ЦУПе, из-за чего передавать видео в онлайне не получилось. Хотя зонд успешно получал и передавал сообщения через интернет, они принимались сервером — мы получали от него служебные подтверждения и видели их отображение на экране через видео-трансляцию. У нас были опасения насчёт связи со спутниками и передачи сигнала на Землю, но никто не ожидал такой засады, что именно мобильный 4G-интернет окажется слабым звеном.

И не в какой-то глуши, а недалеко от Переславля-Залесского, в местности, которая, по картам МТС и «МегаФона», хорошо покрыта 4G. В нашем мобильном ЦУПе стоял навороченный роутер Kroks ap-205m1-4gx2h, в который вставляются две SIM-карты, и который должен был суммировать по ним трафик, чтобы мы могли полноценно транслировать видео в интернет. Мы даже установили внешние панельные антенны с усилением в 18 дБ. Но работала эта железка отвратительно. Служба поддержки Kroks смогла посоветовать нам только залить свежую прошивку, но это не помогло, и скорость работы двух 4G-симок оказалась гораздо хуже, чем скорость работы одной симки в обычном USB-модеме. Так что, если вы можете подсказать, какой железкой в следующий раз лучше организовать передачу данных с суммированием 4G-каналов, напишите в комментариях.

Наши расчёты траектории оказались довольно точными, сюрпризов не возникло. Нам повезло, стратостат приземлился на мягкий торфяной грунт в 10 метрах от водоёма и в 70 км от места запуска. График расстояния по GPS:

А так менялась вертикальная скорость полёта стратостата:

Правда, один из двух дисплеев посадки не пережил (да, их было два, как и камер GoPro; дублирование — это хороший способ повышения надёжности), на видео заметно, как он пошёл полосами и выключился. Но всё остальное оборудование перенесло посадку без проблем.

Выводы по проведенному эксперименту и по качеству интернет связи.

Схема работы сервера выглядела следующим образом: на лендинговой странице вы могли через форму отправлять на сервер текстовые сообщения. Они по HTTP-протоколу через 2 независимые системы спутниковой связи передавались на подвешенный под стратостатом компьютер, а тот передавал эти данные обратно на Землю, но не тем же путём через спутник, а по радиоканалу. Таким образом мы понимали, что сервер вообще получает данные, и что он может раздавать интернет из стратосферы. На том же лендинге отображался график полёта стратостата, и на нём отмечались точки получения каждого вашего сообщения. То есть вы могли в реальном времени отслеживать маршрут и высоту «заоблачного сервера».

Всего наши участники отправили с лендинговой страницы 166 сообщений, из которых было успешно доставлено на сервер 125 (75 %). Диапазон задержек между отправкой и получением получился очень большой, от 0 до 59 секунд (средняя задержка 32 секунды).

Какой-то заметной корреляции между высотой и уровнем задержки мы не нашли:

Из этого графика видно, что уровень задержки никак не зависел и от расстояния от места запуска, то есть ваши сообщения мы честно передавали через спутники, а не с земли:

Основной вывод из нашего эксперимента, что интернет сигнал со стратостатов мы можем получать и раздавать, и такая схема имеет право на существование.

Как вы помните, мы обещали сравнить связь Iridium и GlobalStar (модем «Гонца» мы так и не получили вовремя). Стабильность их работы в наших широтах оказалась практически одинаковой. Выше облаков приём довольно стабильный. Очень жаль, что представители отечественной системы «Гонец» что-то там проверяли, готовили, но так и не смогли ничего предоставить на испытания.

Планы на будущее

Теперь, мы планируем следующий проект, ещё более сложный. Сейчас прорабатываем разные идеи, например, не организовать ли нам высокоскоростную лазерную связь между двумя стратостатами, чтобы использовать их в качестве ретрансляторов. В дальнейшем хотим увеличить количество точек доступа и обеспечить стабильную скорость интернет-соединения до 1 Мбит/сек в радиусе 100-150 км, чтобы в следующих запусках проблем с передачей онлайн видео в интернет больше не возникало.

Источник: habr.com