Teknologier som vil endre verden: Internett

Halvparten av verdens befolkning lever uten internett. Slik vil ingeniørene gi tilgang til alle

Teknologirace mellom IT-giganter.

Bildet viser nettdekningen per februar 2016, ifølge Facebook. Det er denne dekningen selskapet vil utvide.
Bildet viser nettdekningen per februar 2016, ifølge Facebook. Det er denne dekningen selskapet vil utvide. (Bilde: Facebook)
EKSTRA

Teknologirace mellom IT-giganter.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 199,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

I løpet av tiår har verdensveven vokst til å bli en sentral del av et moderne samfunn. I 2011 slo en FN-rapport fast at internett er en rettighet. I Norge tar vi nettilgangen mer eller mindre for gitt – enten vi er hjemme eller på farten.

Men 53 prosent av verdens befolkning lever uten internett, ifølge International Telecommunication Union. Verdens økonomiske forum (WEF) kaller det et digitalt skille (pdf). Et skille som bare blir mer synlig etter hvert som tingenes internett og digitalisering brer om seg.

WEF trekker frem flere årsaker til at over halvparten av verdens befolkning ikke bruker nettet: Noen ser ikke fordelene ved å være tilkoblet – gjerne som følge av lite relevant innhold. Analfabetisme og fattigdom trekkes også frem som grunner til å mange lever et frakoblet liv.

En årsak WEF trekker fram som sentral er at svært mange lever i områder som er vanskelig å nå frem til. Infrastrukturen for internett er rett og slett ikke på plass.   

Serie: Teknologier som endrer verden

Teknologi er en en av verdens raskest voksende industrier, og mye av det vi så på som umulig for noen år siden betrakter vi som en selvfølge i dag.

I denne serien ser vi på hvordan teknologi kan bidra til å løse store verdensproblemer.  

1. Disse teknologiene endrer utdanning for alltid

2. Halvparten av verdens befolkning lever uten internett. Slik vil ingeniørene gi tilgang til alle (denne artikkelen)

Noen av verdens største selskaper jobber nå med å gi internett til alle. Flere av disse selskapene både lever av og har vært med på å definere folks oppfatning av nettet. Å gi nettilgang til flere vil dermed også kunne styrke eget livsgrunnlag.

I denne artikkelen tar vi for oss teknologiske løsninger ulike aktører jobber med for å koble hele verden til internett.

Det er to tekniske hovedtilnærminger: Den ene baserer seg på å utvide eksisterende nett. Her er både Alphabet (tidligere Google) og Facebook aktive. Elon Musks SpaceX er en av de andre aktørene som ønsker å lage et satellittbasert nettverk. Dette krever egne terminaler hos brukeren.

Googles luftballong

Det Alphabet-eide selskapet X (tidligere Google X) skulle i «Project Skybender» gi nett til områder som manglet nettdekning. Denne solcelledronen ble imidlertid skrotet på tampen av 2016 til fordel for en ballong med navnet «Project Loon».

Ideen med Loon er å lage et nettverk av heliumballonger som skal operere rundt 20 kilometer over jordas overflate. Det er omtrent dobbelt så høyt som de fleste fly. Ambisjonen er ifølge Wired å gi to tredeler av verdens befolkning internett.

Loon har reist mer enn 19 millioner kilometer. Den første pilotturen ble gjennomført på New Zealand i 2013.
Loon har reist mer enn 19 millioner kilometer. Den første pilotturen ble gjennomført på New Zealand i 2013. Foto: Jon Shenk/ Alphabet

Noen få bakkestasjoner kringkaster nettsignalet til den nærmeste ballongen. Signalet går så i seriekobling fra ballong til ballong via radiosignal. Ballongene kringkaster signalet ned på bakken igjen. Hver ballong kan dekke et område på 80 kilometer i diameter og betjene flere tusen brukere, ifølge selskapet selv.

Google samarbeider med ballongprodusenten Raven Aerostar. Selve ballongen er todelt og laget av polyetylen (plast). Den skal ifølge Wired tåle et lufttrykk tilsvarende én hundredel av trykket ved havoverflaten og holde opptil -90 grader celsius.

Mengden luft justerer retningen

Project Loon

  • Oppdrift: Helium
  • Energitilførsel: Solceller
  • Materiale (ballong): Polyetylen (plast)
  • Høyde på ballong: Omtrent 12 meter
  • Diameter på ballong: Omtrent 15 meter
  • Operativ høyde: Rundt 20 kilometer over havet
  • Dekningsområde: Rundt 80 kilometer i diameter
  • Nett: LTE (4G). Kommuniserer med bakkestasjoner via 2.4 og 5.8 GHz frekvensbånd.

Kilde: Alphabet, Wired

Den indre delen fylles med luft fra atmosfæren. Mengden luft justerer hvor tung ballongen er, og dermed også høyden den flyr i. Den ytre delen er fylt med helium. Ballongen er designet for å holde i over hundre dager i stratosfæren.

Ettersom de ulike luftlagene blåser i forskjellig retning, bestemmer også høydejusteringen hvilken vei ballongen skal fly.

– Det kan være en smart, energieffektiv måte for å holde ballongen i riktig posisjon, sier Egil Eide, førsteamanuensis ved Institutt for elektriske systemer ved NTNU, til TU. 

Eide har doktorgrad i elektroteknikk ved NTNU.

Solceller og sensorer 

Under ballongen henger elektronikken i en egen boks. En transciever både mottar og sender internettsignalet videre. En datamaskin styrer luftinntaket i den indre delen av ballongen – og dermed også hvor ballongen skal gå. Boksen rommet i tillegg omtrent 75 sensorer. Disse gir informasjon om sted og værdata.

Her finner man også solcellepanelet, komponenten som sørger for energiforsyningen. Panelet kan produsere 100 watt i dagslys, ifølge Wired. Det skal være nok til å holde det elektriske utstyret i gang, men også til å lade et batteri som forsyner de elektriske komponentene med energi mens det er mørkt.

Ballongene har allerede testfløyet over 19 millioner kilometer. Det lengste én ballong har vært oppe i lufta er 190 dager. Selskapet ønsker å inngå avtaler med mobiloperatører, slik at de kan distribuere deres 4G-signal videre. Hastigheten vil dermed være noe begrenset. Selskapet selv sier at man kan få opptil 10 Mbps.

Facebooks solcelledrone

Aquila er navnet på Facebooks framstøt for å sørge for internettdekning der det ikke finnes. Dette er en propelldrevet drone belagt med solceller. Dronens vingespenn skal være større enn et Boeing 737, men den skal kun veie litt over 400 kilo.

På samme måte som «Project Loon» sørger solcellene for strøm til propeller og annet teknologisk utstyr, samtidig som de lader batteriet til bruk om natten. På den måten skal dronen kunne holde seg i lufta sammenhengende i rundt 90 dager. Den vil fly i en høyde på mellom 18 og 27 kilometer over havet.

Aquila er utformet for å fly sakte. I motvind flyr den i en hastighet på mellom 15 og 25 kilometer i timen, forteller Facebook forteller på sin egen blogg. Dette skal gjøre det mulig for dronen å gi nett til det samme området over lengre tid.

Selve ballongen består av to elementer - en ytre og en indre del. I den indre delen kan man regulere hvor mye luft man tar inn, og dermed også regulere veien ballongen går.
Selve ballongen består av to elementer - en ytre og en indre del. I den indre delen kan man regulere hvor mye luft man tar inn, og dermed også regulere veien ballongen går. Foto: Alphabet

En annen likhet med Loon er at Aquila vil fungere som en signalforsterker for allerede eksisterende nett. Dataene sendes fra mobilmaster til dronene. Dronene sender så signalet til hverandre via laser, noe som ifølge Facebook selv gjør det mulig å sende flere titalls gigabit per sekund med data.

– Det er lurt å bruke laser mellom nodene, ettersom det er lite støv og skyer så høyt oppe i atmosfæren. Det vil også avlaste radiospektrumet noe, sier Eide ved NTNU.  

Krasjlandet

Dronene skal kunne sende nettsignalene ned på bakken i en diameter på rundt 95 kilometer.

Facebook er ikke kommet så langt som Alphabet i testingen. Førstnevnte gjennomførte sin første fullskala testflyvning i fjor sommer – kun batteridrevet uten solceller. Etter 96 minutter i lufta gjennomførte dronen en turbulent landing hvor den høyre vingen ble skadet.

Kranen skal kunne sende én ballong opp i været hvert 20. minutt.
Kranen skal kunne sende én ballong opp i været hvert 20. minutt. Foto: Alphabet
Aquilas første flytur.
Aquilas første flytur. Foto: Facebook/ House Tribeca

22. mai i år gjennomførte dronen sin andre testflyvning. Denne gangen skal landingen ha foregått uten større problemer.

Utfordringene for Facebook er flere: Solcellene må klare å samle nok energi til at dronen kan bære sin egen vekt gjennom hele natten – også når nettene er lange. Her spiller også energitettheten i batteriene inn. Et annet spørsmål er kostnadene – dronene må være billige nok til å være attraktive for steder uten internett.

Eide mener det er en god idé å bruke stratosfæren, slik både Loon og Aquila gjør.

– Det krever forholdsvis lav sendereffekt på radiosambandet, særlig sammenliknet med satellitter, sier Eide.

Satellitter

Aquila

  • Energitilførsel: Solceller
  • Energiforbruk: 5000 W (ved marsjhøyde)
  • Vekt: litt over 400 kilo. Rundt halvparten av Aquilas masse består av batterier. 
  • Materiale: Karbonfiber
  • Vingespenn: Omtrent 43 meter
  • Frekvensbånd: E-båndet (mellom 60 GHz og 90 GHz). Dronene kommuniserer med hverandre via laser.

Kilde: Facebook

Den andre tilnærmingen til å gi internett til hele verden er å skyte opp mange, mindre satellitter. Her baserer man seg ikke på å utvide det eksisterende LTE-nettet, men å lage et eget nett for tilkobling til verdensveven.

Dette er således et mer omfattende prosjekt enn Alphabet og Facebooks. Frank Salzgeber, sjef for teknologioverføring ved det europeiske romfartsorganisasjon (ESA), har likevel klokketro på denne måten å gi nett til flere.

Aquila tar av ved hjelp av en rampe som akselererer på en rullebane.
Aquila tar av ved hjelp av en rampe som akselererer på en rullebane. Foto: Facebook/ House Tribeca

– Når du befinner deg på fjerntliggende steder, vil satellitter i rommet være det eneste fullverdige kommunikasjonsmulighet. De siste milliardene med mennesker kan kun kobles til nettet via rommet, sier han til Teknisk Ukeblad.

Tesla-gründer Elon Musks SpaceX vil gjøre dette ved å sende opp 4.425 satellitter som skal gå i bane mellom 1.110 og 1.325 kilometer over jorda. Oppskytingen skal foregå via selskapets egne Falcon 9-raketter.

I mai fortalte selskapet om planene i forbindelse med en høring i Det amerikanske senatet.

– Fullt operativt i 2024

En prototype skal etter planen sendes ut allerede i år, ifølge en søknad Ars Technica har fått tilgang til. Oppskytingen av de operasjonelle satellittene skal starte i 2019. Nettverket skal være fullt utbygget og operativt innen 2024, ifølge SpaceX.

Gratis, begrenset lettnett

  • Aquila er ikke eneste fremstøt Facebook har gjør mot områder med dårlig nettdekning. Selskapet har også lansert prosjektet Free Basics gjennom nettsiden internet.org. Her tilbys brukerne en gratis, begrenset versjon av flere nettsider tilpasset eldre telefoner og lavere netthastigheter.  
  • Facebook har hittil inngått 63 Free Basics-avtaler, blant annet med operatører i Irak, Kenya og Rwanda.
  • I India har myndighetene bannlyst Free Basics og kritisert plattformen for manglende nettnøytralitet. Facebook sier alle kan tilby sine nettsider gjennom tjenesten, gitt at de oppfyller kriteriene som skal sørge for at nettsiden fungerer med eldre telefoner og lavere netthastigheter. 

Ved utgangen av 2016 kretset 1459 satellitter rundt jorden, ifølge Union of Concerned Scientists. SpaceX ønsker altså å sende opp rundt tre ganger så mange satellitter. Det kan føre til mer avfall i atmosfæren.

– Dersom de ligger langt nok nede i den lavere delen av jordbanen, vil de falle ned og brenne opp i atmosfæren etter hvert. SpaceX-satellittene vil imidlertid kretse nokså høyt i jordbanen. Der lever de veldig lenge før de detter ned, sier Eide.

SpaceX lover gigabit-hastigheter på det satellitt-baserte bredbåndet. Selskapet sier satellittene vil kunne oppdateres med ny programvare, og dermed holde tritt med teknologiutviklingen. Eide ser ikke bort ifra at man ved hjelp av mer avanserte modulasjonsteknologier kan pakke mer data i frekvensbåndet.

Lager meshnettverk

SpaceX' satellittplan

  • Antall satellitter: 4.425
  • Høyde over havet: Mellom 1.110 og 1.325 kilometer over jorda
  • Frekvensbånd: Ke (12-18 GHz) og Ka (26,5-40 GHz)
  • Hastighet: Hver satellitt skal kunne sende signaler ned i hastigheter på mellom 17 og 23 Gbps. Hver bruker kan få hastigheter opp til 1 Gbps.

Kilde: The Verge, Ars Technica, Det amerikanske senatet

En annen utfordring er hastigheten satellittene kretser i.

– Lavbanesatellitter har en omløpstid på rundt 100 minutter. Det betyr at de befinner seg over horisonten en svært kort stund, og må derfor ha teknologi for å overføre datatrafikken fra satellitt til satellitt, sier Eide.

SpaceX har forklart at satellittene vil operere som et maskenett (meshnettverk), hvor dataene automatisk finner den mest hensiktsmessige måten å reise på.

Internett via satellitt er gjerne forbundet med tidsforsinkelse (latens, ping-tid) og begrensede hastigheter. Ifølge en 2015-rapport fra den amerikanske kommunikasjonskommisjonen (FCC) har satellitt-basert bredbånd en latens på mellom 603 og 659 millisekund. Til sammenlikning målte FCC en gjennomsnittlig forsinkelse på bredbånd via bakkenettet til mellom 14 og 52 millisekund.

Tidsforsinkelsen kommer av at mange av kommunikasjonssatellittene befinner seg høyt over jorda. Geostasjonærsatellitter kretser rundt 36.000 kilometer over jordens overflate.

SpaceX mener at den lave jordbanen dere satellitter vil kretse i minimerer dette problemet. De mener deres system vil ha en forsinkelse på mellom 25 og 35 millisekund, ifølge Arstechnica.

Frekvensfragmentering

En annen problemstilling er hvilke frekvenser nettet skal sendes på. SpaceX har selv foreslått å bruke frekvensbånd innen Ku- og Ka-segmentet. Dette er relativt høyfrekvente bånd. Ku ligger på omtrent 12-18 GHz, mens Ka ligger rundt 26,5-40 GHz.

Bildet viser nettdekningen per februar 2016, ifølge Facebook. Det er denne dekningen selskapet vil utvide.
Bildet viser nettdekningen per februar 2016, ifølge Facebook. Det er denne dekningen selskapet vil utvide. Foto: Facebook

Ifølge Spacenews har SpaceX også foreslått å lage et nettverk av 7518 satellitter som skal operere på V-båndet. Dette er et bånd som ligger rett over Ka, fra rundt 37 GHz til 50 GHz.    

– For at satellittene skal kunne tilby nett til hele verden, kreves en omfattende harmonisering av frekvenser. Frekvensene har mange forskjellige bruksområder i de ulike landene, sier Eide ved NTNU.

– En vanlig mobiltelefon vil neppe kunne ta imot slike signaler. Du må dermed bygge egne terminaler. Her blir Google og Facebooks løsning billigere, ettersom det kan bygges på eksisterende infrastruktur, fortsetter Eide.  

Terminalene som trengs for å motta SpaceX-signalene skal ikke være større enn en bærbar PC. De skal plasseres i brukerens hjem, noe som ifølge SpaceX minimerer behovet for infrastruktur.

Satellittkonkurrenter

SpaceX er ikke uten konkurranse. Greg Wyler er mannen bak to av hovedkonkurrentene. I 2007 grunnla ingeniøren O3b Networks. O3b står for «Other three billion», og henviser til den delen av verdensbefolkningen som ikke bruker internett.  I dag kretser tolv av selskapets satellitter i rundt 8000 kilometers høyde.

Folkene bak Loon har laget et dynamisk kart over vinden i stratosfæren. Ved å gå høyere eller lavere, kan man da også navigere ballongen et bestemt sted.
Folkene bak Loon har laget et dynamisk kart over vinden i stratosfæren. Ved å gå høyere eller lavere, kan man da også navigere ballongen et bestemt sted. Foto: Alphabet
Alle disse overvar Aquilas første flytur i fjor sommer. Fra venstre: Facebook-sjef Mark Zuckerberg, Jay Parikh, sjef for teknikk og infrastruktur i Facebook, Kathryn Cook, teknisk programsjef for Aquila, Yael Maguire, sjef for Connectivity Lab
Alle disse overvar Aquilas første flytur i fjor sommer. Fra venstre: Facebook-sjef Mark Zuckerberg, Jay Parikh, sjef for teknikk og infrastruktur i Facebook, Kathryn Cook, teknisk programsjef for Aquila, Yael Maguire, sjef for Connectivity Lab Foto: Facebook

Satellittene, som kommuniserer på Ka-båndet, skal ifølge selskapet selv tilby en hastighet på opp til 2Gbps per stråle. Strålen skal kunne dekke 700 kilometer i diameter. Nettet brukes blant annet i Øst-Timor og på cruiseskipet Quantum of the Seas. Skipet er eid av norsk-amerikanske Royal Carribean International.

O3b ble kjøpt opp av satellittoperatøren SES i 2016. Da var Wyler allerede godt i gang med sitt neste selskap, Oneweb. Også her er ideen å tilby internett til mange hundre millioner mennesker som i dag ikke har bredbånd. Dette skal skje ved å sende opp 648 satellitter som skal kretse rundt jorden i omtrent samme høyde som SpaceX ønsker.

Oneweb har, til forskjell fra SpaceX, allerede sikret seg frekvenser i Ku-båndet, og vil sende opp sine ti første satellitter neste år. De har inngått avtale om rakettoppskyting med flere forskjellige selskaper, blant annet med Amazon-gründer Jeff Bezos’ selskap Blue Origin.

– Facebook blir som Mikke Mus

Kostnadene ved produksjon og oppskyting av satellittene gjør satellittprosjektene dyre. SpaceX ønsker å gjøre oppskytingen billigere, blant annet ved gjenbruk av raketten Falcon 9. Satellittene som brukes er også mindre og billigere enn satellittene som kretser 36.000 kilometer over jordens overflate.  

– Lavbanesatellitter er attraktive i og med at de er vesentlig mindre og enklere enn geostasjonære satellitter. Man kan masseprodusere satellittene og skyte opp flere samtidig. Men kostnadene er fortsatt mye høyere enn ved Google og Facebooks løsning, sier Eide. 

Salzgeber i ESA mener satellitter muliggjør svært avanserte systemer.

– Facebook blir Mikke Mus mot satellitter i rommet. Rommet er fremtidens infrastruktur, sier han.

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå