Freunde, am Tag der Kosmonautik ist unser kleiner Server erfolgreich in die Stratosphäre geflogen! Während des Fluges verteilte der Server an Bord des Stratosphärenballons das Internet, filmte und übermittelte Video- und Telemetriedaten zur Erde. Und wir können es kaum erwarten, Ihnen zu erzählen, wie alles gelaufen ist und welche Überraschungen es gab (na ja, was wären wir ohne sie?).
Ein kleiner Hintergrund und nützliche Links für diejenigen, die alles verpasst haben:
- Ein Beitrag über in die Stratosphäre (die uns beim Start in der Praxis begegnet ist).
- Wie haben wir das gemacht"» Projekt – für Fans von Geek-Pornos, mit Details und Code.
- Projekt, bei dem es möglich war, die Bewegung und Telemetrie der Sonde in Echtzeit zu überwachen.
- Weltraumkommunikationssysteme, die wir im Projekt verwendet haben.
- Text Starten des Servers in der Stratosphäre.
Da wir unbedingt am Tag der Kosmonautik starten wollten und noch am selben Tag die offizielle Erlaubnis zur Nutzung des Luftraums erhielten, mussten wir uns an das Wetter anpassen. Und damit der Wind den Stratosphärenballon nicht über die Grenzen der erlaubten Zone hinaustreibt, mussten wir die Aufstiegshöhe begrenzen – statt 30 km stiegen wir auf 22,7. Aber das ist bereits die Stratosphäre und ungefähr doppelt so hoch wie heute Passagierflugzeuge fliegen.
Die Internetverbindung mit dem Stratosphärenballon war während des gesamten Fluges recht stabil. Ihre Nachrichten wurden empfangen und angezeigt, und wir füllten alle Pausen mit Zitaten aus Gagarins Verhandlungen mit der Erde vor 58 Jahren :)
Laut Telemetrie waren es draußen -60 °C und in der hermetischen Box -0 °C, aber alles funktionierte stabil.
Diagramm der Temperaturänderungen im Inneren (hier und weiter auf der X-Skala werden Zehnerminuten angezeigt):
An Bord wurde ein weiterer experimenteller digitaler Hochgeschwindigkeitssender installiert. Dies ist unser Versuch, Hochgeschwindigkeits-WLAN zu schaffen, und wir sind noch nicht bereit, die Details seines Designs preiszugeben. Mit diesem Sender wollten wir Videos online übertragen. Und tatsächlich empfingen wir trotz der Bewölkung das Videosignal der GoPro an Bord des Stratosphärenballons aus bis zu 30 km Entfernung. Doch nachdem wir das Video in unserem Kontrollzentrum empfangen hatten, war es nicht möglich, es über den Boden ins Internet zu übertragen ... Jetzt erklären wir Ihnen, warum.
Wir werden demnächst Videoaufzeichnungen des Fluges von Bordkameras zeigen, aber vorerst können Sie die Online-Aufzeichnung von der Sonde aus ansehen
Die größte Überraschung erwartete uns: eine sehr schlechte Leistung des 4G-Modems in unserem MCC, die eine Online-Übertragung von Videos unmöglich machte. Obwohl die Sonde erfolgreich Nachrichten über das Internet empfing und übermittelte, wurden sie vom Server akzeptiert – wir erhielten von ihm Dienstbestätigungen und sahen sie per Videoübertragung auf dem Bildschirm angezeigt. Wir hatten Bedenken hinsichtlich der Kommunikation mit Satelliten und der Signalübertragung zur Erde, aber niemand hatte mit einem solchen Hinterhalt gerechnet, dass sich das mobile 4G-Internet als schwaches Glied herausstellen würde.
Und zwar nicht in irgendeiner Wildnis, sondern nicht weit von Pereslawl-Salesski, in einem Gebiet, das laut MTS- und MegaFon-Karten gut mit 4G abgedeckt ist. In unserem mobilen MCC befand sich ein hochentwickelter Kroks ap-205m1-4gx2h-Router, in den zwei SIM-Karten eingelegt waren und der den darauf befindlichen Datenverkehr zusammenfassen sollte, damit wir Videos vollständig ins Internet übertragen konnten. Wir haben sogar externe Panel-Antennen mit 18 dB Gewinn installiert. Aber dieses Stück Hardware funktionierte widerlich. Der Kroks-Support konnte uns nur raten, die neueste Firmware hochzuladen, aber das half nichts und die Geschwindigkeit von zwei 4G-SIM-Karten erwies sich als deutlich schlechter als die Geschwindigkeit einer SIM-Karte in einem normalen USB-Modem. Wenn Sie mir also sagen können, welche Hardware sich beim nächsten Mal besser für die Organisation der Datenübertragung mit Summierung von 4G-Kanälen eignet, schreiben Sie es in die Kommentare.
Unsere Flugbahnberechnungen erwiesen sich als recht genau, es gab keine Überraschungen. Wir hatten Glück, der Stratosphärenballon landete auf weichem Torfboden, 10 Meter vom Stausee und 70 km vom Startplatz entfernt. GPS-Entfernungsdiagramm:
Und so veränderte sich die vertikale Fluggeschwindigkeit des Stratosphärenballons:
Zwar hat eines der beiden Displays die Landung nicht überlebt (ja, es gab zwei davon, genau wie die GoPro-Kameras; die Vervielfältigung ist eine gute Möglichkeit, die Zuverlässigkeit zu erhöhen); im Video können Sie sehen, wie es in Streifen ging und sich drehte aus. Aber auch alle anderen Geräte überstanden die Landung ohne Probleme.
Schlussfolgerungen zum Experiment und zur Qualität der Internetkommunikation.
Die Funktionsweise des Servers sah folgendermaßen aus: Auf der Landingpage konnte man über ein Formular Textnachrichten an den Server senden. Sie wurden über das HTTP-Protokoll über zwei unabhängige Satellitenkommunikationssysteme an einen unter dem Stratosphärenballon schwebenden Computer übertragen, der diese Daten zurück zur Erde übermittelte, jedoch nicht auf die gleiche Weise über einen Satelliten, sondern über einen Funkkanal. Wir haben also verstanden, dass der Server im Allgemeinen Daten empfängt und das Internet aus der Stratosphäre verteilen kann. Auf derselben Landingpage wurde der Flugplan des Stratosphärenballons angezeigt und die Empfangspunkte jeder Ihrer Nachrichten waren darauf markiert. Das heißt, Sie könnten die Route und Höhe des „Sky-High-Servers“ in Echtzeit verfolgen.
Insgesamt haben unsere Teilnehmer 166 Nachrichten von der Landingpage gesendet, von denen 125 (75 %) erfolgreich an den Server zugestellt wurden. Der Verzögerungsbereich zwischen Senden und Empfangen war sehr groß und reichte von 0 bis 59 Sekunden (durchschnittliche Verzögerung 32 Sekunden).
Wir konnten keinen erkennbaren Zusammenhang zwischen Höhe und Latenzgrad feststellen:
Aus dieser Grafik geht hervor, dass das Ausmaß der Verzögerung in keiner Weise von der Entfernung vom Startplatz abhing, das heißt, wir haben Ihre Nachrichten ehrlich über Satelliten und nicht vom Boden aus übermittelt:
Die wichtigste Schlussfolgerung aus unserem Experiment ist, dass wir Internetsignale von Stratosphärenballons empfangen und verteilen können und ein solches System eine Existenzberechtigung hat.
Wie Sie sich erinnern, haben wir versprochen, die Kommunikation von Iridium und GlobalStar zu vergleichen (wir haben das Messenger-Modem nie rechtzeitig erhalten). Die Stabilität ihrer Arbeit in unseren Breiten erwies sich als nahezu gleich. Über den Wolken ist der Empfang recht stabil. Schade, dass Vertreter des heimischen „Messenger“-Systems dort etwas geprüft und vorbereitet haben, aber nie etwas zum Testen bereitstellen konnten.
Pläne für die Zukunft
Jetzt planen wir das nächste Projekt, noch komplexer. Wir arbeiten derzeit an verschiedenen Ideen, beispielsweise ob wir eine Hochgeschwindigkeits-Laserkommunikation zwischen zwei Stratosphärenballons organisieren sollten, um sie als Repeater zu nutzen. Zukünftig wollen wir die Anzahl der Zugangspunkte erhöhen und eine stabile Internetverbindungsgeschwindigkeit von bis zu 1 Mbit/s im Umkreis von 100-150 km gewährleisten, so dass es in Zukunft zu Problemen bei der Übertragung von Online-Videos ins Internet kommen wird wird nicht mehr entstehen.
Source: habr.com