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带你探索关于飞机Wi-Fi服务的神奇科学

  • 京东云开发者社区
  • 2019-11-29

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资料来源: Colin Anderson制片公司/ Getty图片社


在35000英尺的高空冲浪?哇哦,这当然是我们现在所期望的飞行方式了。根据2018年全球旅行者研究(2018 Global Traveler study)所显示, 全球94%的旅行者认为飞机上提供网络将提高他们的旅行体验,并且有30%的人会在预订机票时明确寻找提供这项功能的航班。

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来源:2018年全球旅行者研究(2018 Global Traveler study)


目前,航空公司为每位乘客提供机上食品和零售等服务的费用为17美元/位,空中Wi-Fi将增加4美元/位的额外收入,到2035年,预计将为航空公司带来300亿美元的额外收入。


看到这些数据后,在你发现世界各地的航空公司争相将空中Wi-Fi加入他们的便利设施列表也就不足为奇了。但是,你有没有好奇过,航空公司是如何将这种现代奢华享受交付给那些在海平面6英里以上并且以560英里每小时进行飞速巡航的乘客呢?


让我们一起探索一下两种带领互联网抵达高空飞机的方式:

1、空对地(ATG)系统

作为第一个被开发出来的系统,它的工作原理类似于我们每天已经习惯的通过手机使用的地面移动数据网络。但与移动信号塔向下聚焦不同的是,为飞机提供互联网的信号塔是向上投射信号的。安装在飞机腹部的天线将会接收信号,并将其发送到机载服务器。这种服务器拥有一个调制解调器,可以将射频信号转换成计算机信号,反之亦然。然后通过飞机内部安装的Wi-Fi接入点为乘客提供网络接入服务。飞机天线和飞行航线上的发射塔之间将进行信息交换。这些塔依次连接到由服务提供商运行的操作中心,这些服务提供商就类似于你家宽带ISP的控制中心。

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地面信号塔向上发射信号 来源:ThePointsGuy


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Gogo的ATG-4系统由腹部下的两个主天线、两侧天线、机载服务器和飞机内部的多个Wi-Fi路由器天线组成


上图显示的是Gogo公司生产的ATG-4系统,它是目前美国航空公司中安装数量最多的ATG系统。Gogo的覆盖范围横跨北美,包括200多座塔楼。


但是,ATG系统有两个明显的缺点:

  1. 它们的工作频率较低(800 MHz),每次飞行的峰值数据速度限制在10Mbps。相比之下,美国的固网平均网速接近100Mbps。当一架飞机上有多个用户同时登录网络时,每个用户的登录速度几乎难以支持查看电子邮件,即使花费很长时间来等待。


  2. 在网络塔较少的地区,比如大面积的沙漠,或者在水体之上这种无法搭建网络塔的地方,这些地区的覆盖率参差不齐。这使得ATG系统对于国际旅行来说,是一个不受欢迎的选择。

2、卫星系统

使用卫星的空中Wi-Fi更复杂,但也更快、更可靠。


天线是安装在飞机顶部的,而不是在飞机腹部之下。这些天线接收来自环绕地球运行的卫星的信号。但由于卫星和飞机都在以惊人的速度移动,而且相距远达2.2万英里的距离,所以天线需要不断调整位置以接收信号。除了机载服务器和Wi-Fi接入点外,还有一个单独的设备根据飞行位置和速度来控制天线的移动。这些卫星与地面站相连,而地面站则进一步与服务提供商建立的操作中心相连。

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Gogo公司的卫星系统,包括一个卫星天线,一个机载服务器,Kandu(用来控制天线移动),Modman(用来转换信号),以及飞机内的多个Wi-Fi接入点


卫星的空中Wi-Fi有两个主要优势是:

  1. 除了北极和南极,基于卫星的空中Wi-Fi在任何地方都是可用的。在长途飞行中,天线可能需要重新定位以连接到不同的卫星,但通常不会超过一次。这使得基于卫星的系统成为国际旅行的首选。


  2. 它工作在一个更高的频率,允许更大的带宽和速度。分配给卫星互联网的两个主要频率是Ku-band (12-18 GHz)和Ka-band (26-40 GHz)。这两个频段允许每架飞机的峰值带宽在30-100 Mbps之间,显著高于ATG系统提供的10 Mbps。

然而,这个系统也有三个主要的缺点:

  1. 与简单的ATG系统相比,它在设备、维护和带宽方面的成本都更加昂贵。这使得卫星服务系统在小型航空公司和区域航线航空公司中不那么受欢迎。


  2. 数据传输距离非常远,因此增加了延迟。延迟是指数据在数据源和发射目标之间以毫秒为单位进行传送所需要的时间。虽然卫星服务系统


  3. 的总体速度更快,但当点击一个链接时,在页面开始加载之前会有明显的延迟,可是一旦开始加载就几乎会立即完成。对比来说,由于较低的延迟,ATG系统则是立即开始加载,但需要很长时间才能完成。

除了设备、安装和维护成本外,空中Wi-Fi系统的另一个隐性成本是燃料成本。虽然这看起来微不足道,但安装在飞机外部的天线所引起的形状变化却使飞机在空气动力学上处于不利地位。这就会增加阻力,从而增加了燃料消耗。目前,服务提供商正致力于减小天线的尺寸以降低这种成本。Gogo最新的2Ku天线不到4英寸厚,产生的凸起要小得多。


卫星定位系统提供Wi-Fi的主要供应商有:

  1. Gogo利用国际海事卫星组织(Inmarsat)拥有的卫星,提供基于Ka波段的卫星连接;利用国际通信卫星组织(Intelsat)和SES的卫星,提供基于Ku波段的连接。该公司最新也是最好的产品是2Ku系统,该系统使用两个天线而不是一个(一个用于上行,一个用于下行)有望使每架飞机的网速达到100兆/秒,每个用户的网速达到15兆/秒。世界各地的航空公司正在迅速采用一种系统,该系统可以实现乘客最渴望的功能之一——视频流。目前使用Gogo系统的航空公司包括阿拉斯加航空、美国航空、达美航空、联合航空、维珍美国航空、国泰航空、英国航空和日本航空。


  2. 自2013年以来,ViaSat一直为捷蓝航空(JetBlue)在美国的航班提供更快的Ka波段互联网服务。目前,捷蓝航空的FlyFi在速度和价格上处于行业领先地位。这家航空公司免费提供高达20Mbps的Wi-Fi。


  3. 欧洲航空网络(EAN)与国际海事卫星组织(Inmarsat)和德国电信(Deutsche Telekom) 是合作伙伴关系,前者还运营着全球唯一的ka波段卫星服务GX Aviation。欧洲航空网络已开始为欧洲航空公司提供空中Wi-Fi服务。这项服务同时使用两种技术,一种基于卫星的下行系统和一种ATG系统的上行系统,以提供更快(更低的延迟)和更可靠的连接。这个系统也被称为地面到轨道(GTO)。国际海事卫星组织拥有这些卫星,而德国电信在欧盟各地安装了300多座LTE基站。欧洲航空网络宣称其空中Wi-Fi速度比目前所有的空中Wi-Fi系统都要快。

并不仅仅只有上述提到的供应商。旅游网站eDreams列出了一份提供空中Wi-Fi服务的航空公司名单。

3、空中Wi-Fi的价格问题

  1. 一些服务提供商(如Gogo)设定价格,处理客户体验,以此来获得收入,与航空公司进行分成。

  2. 一些航空公司获得收入,并向服务提供商支付所使用带宽的批发价。

除了少数几家提供免费Wi-Fi接入服务的航空公司外,大多数人认为这是一个创收机会,而不仅仅是一项福利。尽管在空中提供互联网服务的成本无疑是很高的,但航空公司知道他们的商务客户(由雇主买单的客户)将会订购这项服务,因此在提供这种便利的同时也增加了自己的利润。尽管只有少数乘客选择这项服务,但高昂的价格让航空公司和互联网服务提供商能够支付费用(每张机票的价格在15美元至20美元之间,或者每年600美元)。


捷蓝航空(JetBlue)等一些航空公司自己掏钱,向乘客免费提供空中Wi-Fi服务,以此在竞争激烈的市场中脱颖而出;许多航空公司还为他们的贵宾客户提供免费接入,以保持客户的忠诚度;而其他航空公司则找到一家企业赞助商来承担费用,作为在网络上为其投放广告的回报。


航空公司还通过使用减少数据消耗的图像音频压缩过滤器来节省带宽成本。


航空公司能够在一夜之间安装ATG系统,而卫星系统只需几天时间

4、放眼未来

空中Wi-Fi的未来,看起来是会变的更快、更可靠。高通量卫星将更有效地利用给定的卫星频率,并采用一种新的天线技术,这种技术依赖于点波束而不是宽波束。什么是宽波束呢?传统的卫星使用宽波束,仅用一束光就能覆盖一个国家那么大的区域。但是这样做的一个明显的缺点是,在这个波束内的所有飞行必须共享带宽。有了点波束,HTS卫星可以聚焦在一架飞机上,而卫星可以广播多个这样的点波束,使每架飞机的带宽大大提高。Gogo目前也在努力在2021年之前为美国和加拿大的ATG飞机提供5G服务。


随着更好的卫星、更好的天线和更多的服务提供商不断加入,我们很快就会像在家里一样享受高空中的自由冲浪。


遗憾的是,这也意味着你再也不能以坐飞机为借口不回复邮件了,haha~


原文链接:https://onezero.medium.com/what-makes-it-possible-to-browse-the-internet-at-35-000-feet-1afaea83eb5


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