Satelliten als Türöffner zum digitalen Universum: Vielfältige Dienste, von jedem Ort aus verfügbar
Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn (Low-Earth-Orbit- oder kurz gesagt LEO-Satelliten) bieten große Chancen, um bisher unterversorgte Regionen dieser Welt, die keinen Anschluss an die digitale Superautobahn haben, mit einem (besseren) Internetzugang auszustatten.
Doch der Betrieb von Satelliten allein reicht nicht aus, erklärt Ivo Ivanov, CEO von DE-CIX International. Um die Konnektivität am Rande der Welt zu verbessern, müssen die Betreiber von Satellitensystemen ihre Netze mit einer hochleistungsfähigen Interconnection-Infrastruktur am Boden koppeln. So wird der Zugriff auf Informationen über das "Netz der Netze" in unterversorgten, entlegenen Regionen möglich.
Das Interesse an der Bereitstellung von Internetzugängen über LEO-Satelliten nimmt stetig zu. Derzeit haben fast 50 % der Weltbevölkerung keinen effektiven (wenn überhaupt) Zugang zur Datenautobahn. Laut McKinsey hat Elon Musks SpaceX allein im Jahr 2019 mehr als 1,3 Milliarden Dollar an Finanzmitteln aufgebracht. Diese Investitionen werden wahrscheinlich weiter dramatisch steigen, wenn das große Potenzial realisiert wird. Die Dynamik des Marktes wird bei der Betrachtung der Zahl von Privatnutzern deutlich: Bereits 2021 soll SpaceX mehr als eine halbe Million Abonnenten gehabt haben. Ist der Weltraum daher das nächste Ziel für Internet-Pioniere?
Die Grenzen des Internets befinden sich auf der Erde
Mit dem neuen Ausbau des LEO-Satelliten-Internets können sich abgelegene Gemeinden, die keinen Zugang zu den wichtigsten terrestrischen Glasfaser-Datenautobahnen haben, mit dem globalen Internet verbinden. Sie sind bislang oft auf Kupferkabelnetze oder höchstens geostationäre Satellitenverbindungen angewiesen, die zu Internetgeschwindigkeiten von weniger als einem Megabit pro Sekunde und einer End-to-End-Latenz (Reaktionszeit) von bis zu 400 Millisekunden führen. Diese Gemeinden haben daher Probleme, Online-Geschäfte abzuwickeln oder moderne digitale Dienste wie Video- und Audiostreaming zu nutzen, weil ihre bestehenden Verbindungslösungen unzureichend sind. Auch der Schul- und Hochschulbildung mangelt es deshalb an Digitalisierung.
LEO-Satelliten bieten gegenüber den bestehenden Satelliten in der mittleren Erdumlaufbahn und den geostationären Satelliten, die bisher weitgehend für die weltraumgestützte Kommunikation und Internetkonnektivität genutzt wurden, wirtschaftliche Vorteile. Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn sind im Vergleich einfach und günstig zu bauen bzw. zu starten. Dies ermöglicht einen Wettbewerbsvorteil sowohl gegenüber anderen Satellitenkommunikationssystemen als auch gegenüber Glasfaser- und Mobilfunknetzen, wenn es um den Internetzugang – sowie um Cloud-Dienste und digitale Anwendungen – in entlegenen Standorten geht. Das bedeutet, dass ein Satellitennetzbetreiber an abgelegenen Orten Konnektivität mit größerer Wirtschaftlichkeit und einem besseren Geschäftspotenzial anbieten kann als die meisten anderen Netzanbieter.
Die Konnektivität – und in den letzten Jahrzehnten vor allem die Internetkonnektivität und der Datenaustausch – hat sich im Laufe des letzten Jahrhunderts ähnlich wie das Verkehrswesen im Allgemeinen entwickelt: Zuerst wurden Telekommunikationsnetze an Land errichtet, dann kamen Unterseekabel hinzu, die die Ozeane überbrückten, bevor sie sich als Mobilfunknetze für Verbraucher in die Luft und in den Weltraum ausdehnten. Trotzdem ist die Menschheit vorläufig noch weitgehend auf das Festland angewiesen: Die Datenübertragung in den Erdorbit dient nicht dazu, das Internet im Weltraum zu etablieren, sondern es auf die Erde zurückzubringen, wo es gebraucht wird, um bisher digital unerschlossene Gebiete für ein wirklich globales Internets zu erschließen.
Die Konnektivität von LEO-Satelliten eröffnet das Potenzial, Märkte und geografische Regionen zu erreichen, die bisher digital unterversorgt waren, und ihnen Zugang zu einer Vielfalt von Inhalten, Anwendungen, Diensten und Wissen zu ermöglichen.
Satelliten: die Mobilfunkmasten der Stratosphäre
Weil sie sich näher an der Erdoberfläche befinden, bieten LEO-Satelliten gegenüber denjenigen in höheren Umlaufbahnen noch weitere Vorteile: Die Daten müssen nicht so weit transportiert werden, was die Zeitspanne bis zum Zielort verkürzt und damit die Latenzzeit für die Nutzer auf der Erde verringert. Gleichzeitig umkreisen LEO-Satelliten die Erde jedoch sehr schnell (mit Geschwindigkeiten von rund 27 000 km/h). Damit eine kontinuierliche Verbindung zur Erdoberfläche möglich ist, muss eine größere Anzahl von Satelliten zusammenarbeiten und regelmäßig Daten an die Bodenstationen übergeben.
LEO-Satelliten können als Analogie zur Mobilfunkinfrastruktur verstanden werden. Die LEO-Satelliten übernehmen eine ähnliche Rolle wie Mobilfunkmasten und kommunizieren mit einer Bodenstation auf der Erde. Der Satellit besteht aus einer Empfänger-/Sender-Technologie in Form von kleinen Terminals, die eine Verbindung zwischen zwei beliebigen Punkten in Sichtweite herstellen und dabei eine Bandbreite im Gigabit-Bereich bereitstellen. Größere Geräte mit einer Kombination von Streams können die Übertragungsbandbreite bis in den Terabit-Bereich steigern.
Die Bodenstation ist im Wesentlichen ein Rechenzentrum mit einem Uplink-Terminal auf dem Dach. Da LEO-Satelliten die Erde sehr schnell umrunden, müssen genügend Satelliten vorhanden sein, um einen lückenlosen Zugang zu gewährleisten. Dabei muss die Bodenstation rechtzeitig die Übergabe an den nächsten Satelliten vorbereiten, bevor dieser hinter dem Horizont verschwindet. Um die Parallele zu den Mobilfunkmasten zu untermauern: Das Handover ist im Grunde derselbe Mechanismus, der bei einem Mobiltelefon auf dem Weg zwischen den Mobilfunkmasten stattfindet. Der Unterschied bei LEO-Satelliten besteht darin, dass sich die Mobilfunktürme (Satelliten) bewegen, während das Mobiltelefon (die Bodenstation) stillsteht.
Unternehmen wie SpaceX arbeiten derzeit daran die Kommunikation von Satelliten zu Satelliten mit Hilfe von Lasern in Form der Free Space Optical Communication (FSOC)-Technologie zu optimieren. Diese befindet sich noch im Versuchsstadium, aber das Konzept hat das Potenzial, Daten 25-30 % schneller rund um den Planeten herum zu transportieren als Glasfaser.
Vom Satellitennetzwerk zur Internetverbindung
Indem ein LEO-Netzbetreiber ein Netzwerk aus LEO-Satelliten, auch Konstellation genannt, aufbaut, schafft er die Voraussetzung für die Bereitstellung von Konnektivität. Doch dies ist nur der erste Schritt. Der Betreiber des Satellitennetzes ist noch kein Anbieter von Satelliten-Internet. Vor allem muss die Verbindung zu entlegenen Gemeinden hergestellt werden – aber bevor das überhaupt möglich ist, müssen die Satelliten mit dem Internet verbunden werden.
Kein Netz kann seine Nutzer im Alleingang mit dem Internet versorgen. Das globale Internet ist ein riesiges Netzwerk von Teilnetzen und diese müssen untereinander verbunden sein, um Daten auszutauschen. Jedes einzelne Netzwerk muss mit einer Vielzahl von Netzwerken zusammengeschaltet werden, um seinen Nutzern einen zuverlässigen Zugang zum globalen Internet zu ermöglichen. Daher muss ein Betreiber sein Satellitennetz auch mit anderen Netzwerken verbinden, bevor er die Rolle eines Internetdienstanbieters im Weltraum übernehmen kann.
Um die Satelliten-Netzwerke an das globale Internet anzubinden, ist ein wichtiger Schritt, sie mit einem Internet Exchange (IX) zu verknüpfen. Dieser sollte sich an einem Digital Hub befinden, der Zugang zu einem vielfältigen Ökosystem aus anderen Netzen, Cloud-Diensten und Anbietern digitaler Infrastruktur bietet. Dafür muss die Bodenstation des Satelliten-Internetanbieters über eine Glasfaserleitung mit einem Rechenzentrum verbunden sein. Von dort aus kann das Netz entweder direkt an den IX anschließen oder über eine schnelle Glasfaserleitung zu einem anderen nahen Datacenter gelangen, das mit dem IX verbunden ist. Große Content- und Content-Delivery-Netzwerke haben die am meisten nachgefragten Inhalte wahrscheinlich an solchen Standorten zwischengespeichert, so dass diese Inhalte mit der geringstmöglichen Latenz abgerufen werden können.
Die Bodenstationen sollten idealerweise an bestehende Ökosysteme angebunden und integriert werden, die schon über die Teilnehmer verfügen, mit denen sich der Satellitennetzbetreiber verbinden will. So können sie das globale Internet erreichen und die Strecke verkürzen, die die Daten bis zu den Satelliten zurücklegen müssen. Um den optimalen digitalen Internet-Knotenpunkt für seine Bedürfnisse zu finden, sollte der Satellitennetzbetreiber die Vorteile einer Anbindung an ein möglichst großes und diverses Ökosystem mit den Vorteilen einer möglichst kurzen Datenübertragungsdauer abwägen. Wenn diese Faktoren im Gleichgewicht sind, ergeben sich die besten alternativen Standorte für den Internetzugang. Mit seinem “Space-IX”-Programm bietet DE-CIX eine Interconnection-Lösung für verschiedene Weltraumnetzbetreiber an, vor allem für LEO-Satellitenbetreiber. Diese ermöglicht ihnen, sich mit terrestrischen Netzwerken für Inhalte, Cloud und Anwendungen zu verbinden. DE-CIX Internet Exchanges bringen alle Arten von Netzen zusammen – auch Satellitennetzbetreiber aller Art – um Datenverkehr, Anwendungen und Inhalte auszutauschen.
Die LEO-Satellitenbetreiber ergänzen die terrestrischen und mobilen Netze als weitere Internet-Service-Provider in den digitalen Ökosystemen. Der DE-CIX verfügt bereits über IXs an 28 Standorten auf der ganzen Welt, an denen sich Netze treffen können, und beherbergt das größte neutrale Interconnection-Ökosystem der Welt, zu dem Carrier und ISPs, Content-Provider, Content-Delivery-Netze, Anwendungsanbieter und Cloud-Netze (z. B. Microsoft Azure, Amazon Web Services, Google Cloud, Oracle Cloud usw.) sowie Unternehmensnetze gehören. Diese IXs bieten den Betreibern von Satellitennetzen hervorragende Möglichkeiten, sich mit den von ihnen benötigten Netzen zu verbinden, damit ihre Nutzer mit der geringstmöglichen Latenz auf das globale Internet zugreifen können.
Heutzutage entwickeln Unternehmen wie SpaceX, Amazon, Facebook und Google Projekte für das Internet aus dem Weltraum. Damit wollen sie ihre Dienste auch in Gebieten anbieten, die sie über das terrestrische Internet nicht erreichen können. Die ersten Anbieter von solchen Weltraumnetzen werden wohl aus diesen Branchen kommen. Doch es ist zu erwarten, dass in Zukunft immer mehr Anbieter aus verschiedenen Bereichen in den Markt einsteigen werden.
Eine ähnliche Entwicklung zeigte sich schon früher bei den Unterseekabeln. Facebook, Microsoft und Google haben schon vor langer Zeit angefangen, ihre eigenen Kabel im Meer zu legen, während andere Inhaltsanbieter wie Apple oder Netflix erst vor sechs oder sieben Jahren mit dem Aufbau ihrer eigenen Netzwerke begonnen haben. Heute starten auch Banken und andere Branchen damit, ihre eigenen terrestrischen Netze weltweit aufzubauen. Der Aufbau wird einige Zeit dauern, aber auch diese Unternehmen werden zu globalen Netzwerkanbietern werden, sowohl auf der Erde als auch in den nächsten Jahrzehnten – wo das Marktpotenzial es erlaubt – in der Stratosphäre.
Die unerlässliche Vorarbeit am Boden
Die Verbindung einer Satellitenkonstellation mit dem Internet wurde bereits beschrieben. Dasselbe muss auch in einer entlegenen Gemeinde geschehen, die am Rand des Netzes liegt. Ein Rechenzentrum – auch ein kleines in einem Container – kann als Bodenstation dienen, an die die lokale Bevölkerung über Kabel oder Mobilfunknetze angebunden wird. In Entwicklungsländern mit hoher Bevölkerungsdichte und geringem Zugang zu den globalen Datenautobahnen, würden die Menschen und Unternehmen von einer besseren Vernetzung untereinander und mit der Welt profitieren. In dieser Situation könnte die regionale Regierung oder die Gemeinde einen eigenen kleinen Internet Exchange für den lokalen Datenaustausch einrichten und den Satellitennetz-Anbietern Anreize geben, die erforderlichen Bodenstationen zu errichten, um eine Verbindung zu diesem Exchange herzustellen. So würde der Datenverkehr lokal bleiben, während gleichzeitig der Zugang zum globalen Internet ermöglicht würde.
Entlegene Gemeinden, denen es an Interconnection-Know-how mangelt, können externe Hilfe nutzen, um ihren eigenen IX aufzubauen und zu betreiben. Das DE-CIX as a Service-Programm versorgt sie mit einer Plug & Play Interconnection-Infrastruktur. Zusätzlich kann ein lokaler Internet Exchange schnell und flexibel als vollständig gemanagter Service eingerichtet werden. DE-CIX hat mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Bereitstellung von Interconnection-Services und der Förderung digitaler Ökosysteme in Märkten weltweit und kann diese Gemeinden bei der Entwicklung ihres eigenen digitalen Ökosystems unterstützen.
In den letzten Jahren wurde viel darüber diskutiert, wie man abgelegene Orte an das Internet anschließen kann. Das Problem dabei ist, dass die Investitionen für die Installation von Kabeln oder Mobilfunkmasten sehr hoch sind. Programme für Satelliteninternet sind daher für viele Regierungen äußerst interessant. Denn viele geografische Regionen – wie Teile des indischen Subkontinents, Zentralafrikas, Asiens, Europas und der USA – können über die herkömmliche terrestrische Infrastruktur allein nicht hinreichend versorgt werden. Diese Regionen sind im wahrsten Sinne des Wortes "land-locked" – zu weit entfernt von den Landepunkten der Unterseekabel, die die Kontinente verbinden, und von den weltweiten Datenautobahnen, die die großen Digital Hubs miteinander verknüpfen. Zwischen den enormen Investitionskosten und langen Vorlaufzeiten für den Aufbau einer Glasfaserinfrastruktur und der einfachen Realisierung eines Projekts mit LEO-Satelliten besteht ein enormer Unterschied – und damit auch für die möglichen Geschäftsmodelle, die für ein Projekt entwickelt werden können. Da sie für eine niedrige Erdumlaufbahn konzipiert sind, können die Satelliten selbst – da sie klein (nur etwa 250 Kilogramm), relativ kostengünstig und in großen Mengen herstellbar sind – vergleichsweise günstig in die Umlaufbahn gebracht werden. SpaceX zum Beispiel bringt derzeit bei jedem Start 60 Satelliten in die Umlaufbahn.
In den meisten Szenarien kann davon ausgegangen werden, dass der Anbieter von Satelliten-Internetdiensten für die Einrichtung und den Betrieb der Satelliten und der Bodenstationen verantwortlich sein wird. Wahrscheinlich werden Regierungen den Bau von Bodenstationen finanzieren oder einen geeigneten Investitionsrahmen zur Unterstützung des satellitengestützten Internetzugangs einräumen. Später, wenn die Technologie und das Geschäftsmodell ausgereift sind, könnte es für Kommunen vorteilhaft sein, Investitionsanreize für den Bau von mehr als einer Bodenstation eines Satellitennetzes zu schaffen. Einerseits um den Nutzern eine größere Auswahl zu bieten, andererseits um eine größere Zuverlässigkeit der Verbindung zu gewährleisten und die Abhängigkeit von einzelnen Netzen für den Internetzugang zu verringern. In diesem Szenario wird es noch wichtiger sein, die lokale Zusammenschaltung über einen IX zu gewährleisten und die Internetzugänge leistungsfähig und widerstandsfähig zu gestalten. In Anbetracht der Investitionshürden für andere Arten von Netzbetreibern in entlegenen Gebieten, werden die Weltraum-Internetanbieter nicht unbedingt mit anderen Netzbetreibern in Wettbewerb treten – sie werden ein weiterer Teil des bereits vielfältigen weltweiten Internet-Ökosystems sein.
Internet für alle: Mit Satelliteninternet an die Digitalisierung anknüpfen
Da fast die Hälfte der Menschheit immer noch nicht in der Lage ist, sich in akzeptabler Qualität mit dem Internet zu verbinden, bieten LEO-Satelliten mehr Menschen auf der Welt die Chance, sich an das Internet mit Datenraten des 21. Jahrhunderts anzuschließen, sodass sie von den wirtschaftlichen Vorteilen der digitalen Transformation profitieren können. Dazu müssen die LEO-Konstellationen an einem digitalen Knotenpunkt mit einem vielfältigen Netzwerk-Ökosystem an das globale Internet angeschlossen werden. Die Vorteile einer geringen Distanz und eines diversen Ökosystems müssen bei der Wahl gleichermaßen in Betracht gezogen und abgewogen werden. So können Nutzer mit der geringsten Latenz bei hoher Resilienz auf das globale Internet zugreifen.
Satelliten im erdnahen Orbit ebnen dem Internet den Weg zu neuen Ufern. Durch den Aufstieg in die Stratosphäre können in Zukunft Milliarden von Menschen online gehen. Immer mehr Gemeinschaften werden ihre eigene Interconnection-Geschichte schreiben – ein bedeutender Schritt in der Geschichte der Digitalisierung. Gebiete, die abseits der ausgetretenen digitalen Pfade liegen, werden von der Entwicklung profitieren, da sie mit den Internetgeschwindigkeiten und der Leistung digitaler Dienste mithalten können, die Menschen in der Nähe der digitalen Superautobahn heute bereits voraussetzen.
