スターリンク（Starlink）の原理とネットワーク構造

 

スターリンク（Starlink）の原理とネットワーク構造

スターリンクは、**スペースX（SpaceX）**が運営する低軌道（LEO: Low Earth Orbit）衛星ベースのインターネットシステムであり、従来の地上通信網とは全く異なる方法を用いて、世界中どこでもインターネット接続を提供できるように設計されています。

1. スターリンクの基本原理：衛星-地上データ転送方式

スターリンクネットワークは、以下のような方式で動作します。

• 地上基地局（Gateway Station）から衛星へのデータ転送
  インターネットバックボーン（従来の光ファイバーを用いたインターネット）と接続されたスターリンクの地上基地局から、衛星にデータが送信されます。
  データはKaバンド（26.540GHz）およびKuバンド（12〜18GHz）の電波を使用して衛星に転送されます。
  地上基地局は一般的なデータセンターと接続され、特定の地域のインターネットトラフィックを担当します。

• 衛星間レーザーリンク（Laser Inter-Satellite Links: ISL）によるデータ転送
  スターリンクの最新衛星は、**レーザーリンク（ISL）**を利用して衛星間で直接データを転送できます。
  つまり、データは地球の大気を通過せず、宇宙空間で超高速で伝送されます。
  既存の地上光ファイバーネットワークよりも光が真空中で速く移動するため、特定の地域間でのデータ転送速度は従来よりも遥かに速くなります。

• 衛星からユーザー端末（User Terminal）への信号転送
  地球上にあるスターリンクのディッシュ型アンテナ（パラボラアンテナ「Dishy McFlatface」）が衛星の信号を受信します。
  アンテナは、位相配列（Phased Array）アンテナ技術を使用し、動く衛星を追尾しながら途切れのない接続を維持します。

• ユーザーがインターネットを利用する
  アンテナが受け取った信号はルーターを通じてWi-Fiまたは有線ネットワークに変換され、ユーザーがインターネットを使用できるようになります。

2. スターリンクのレイテンシ（遅延）問題とその解決方法

従来の静止軌道（GEO: Geostationary Orbit）衛星インターネットは、衛星が約35,786kmの高さに位置しているため、信号の往復に500〜600ms以上のレイテンシが発生します。

一方、スターリンクは高度540〜570kmの低軌道（LEO）で運用されており、信号の伝送距離が短いため、レイテンシが低くなるのが特徴です。

• 現在のスターリンクの平均レイテンシ
  • 一般的なスターリンクの遅延時間（Latency）：20〜40ms
  • 光ファイバーを使用した一般的なインターネットのレイテンシ：5〜20ms
  • 静止軌道衛星インターネット：500ms以上

📌 つまり、スターリンクは一般的な光ファイバーインターネットよりは若干遅いですが、従来の衛星インターネットと比較すると、革新的に速い速度を提供しています。

• レイテンシ最適化のための技術的改善

  • 衛星間レーザー通信（ISL）の導入
    地上基地局なしで衛星間のデータ転送が可能になり、これにより大気圏の干渉を避けて、さらに高速なデータ転送が実現します。
    例えば、アメリカからヨーロッパへデータ転送する場合、地上光ファイバーよりも20〜30%速くなる可能性があります。

  • より低い軌道に衛星を配置（340〜350km LEOの可能性）
    衛星が地球に近ければ近いほど、信号伝送の時間はさらに短くなります。

3. スターリンクのIPアドレスおよびDNS処理方法

スターリンクは、従来の地上ISP（インターネットサービスプロバイダー）とは異なり、全世界的なネットワークを運営しながらも、地域ごとにインターネットアクセスを制御する特別な環境を持っています。

• IPアドレスの割り当て方法

  • CGNAT（キャリアグレードNAT）の適用
    スターリンクは通常、個別のユーザーに直接公衆IPアドレスを割り当てることはなく、大規模なNAT（ネットワークアドレス変換）システムを使用して内部的にプライベートIPアドレスを割り当てます。
  • IPv6への移行の可能性
    スターリンクはIPv4ベースですが、今後IPv6への移行の可能性が高いです。
  • 地域ごとのIP割り当て
    ユーザーは登録された地域（セル）でのみアクセス可能となるよう、IPアドレスが管理されています。

• DNS処理方法 スターリンクは、独自の分散型DNSシステムを使用し、地球上の特定の基地局で処理を行う方式です。
  衛星間のレーザー通信を通じて、最も近いDNSサーバーに接続する方式で最適化される可能性があります。

4. スターリンクの帯域幅拡張方法：衛星の追加 vs. アップグレード

スターリンクの帯域幅を拡張するためには、以下の2つの方法があります。

1. さらに多くの衛星を打ち上げてネットワーク密度を高める方法
   スターリンクの衛星の数が増えることで、より多くのユーザーを同時に収容でき、データ処理能力（スループット）が向上します。
   特に都市部では衛星間の干渉を減らすため、さらに多くの衛星を配置する必要があります。
   スペースXは、最大42,000機の衛星を配置する計画を持っています。

2. より高性能の衛星を配置する方法
   現在のスターリンク1世代衛星は、1機あたり18Gbpsの処理能力を持っています。
   新しいスターリンクV2衛星は、4倍以上の容量（最大80Gbps以上）を提供します。
   KaバンドおよびQ/Vバンド（40〜75GHz）の拡張により、帯域幅が増加する可能性があります。

📌 つまり、スターリンクのアップグレードは、衛星の数の増加と性能向上の両方が同時に進行する必要があります。

5. 結論：スターリンクは衛星インターネットの新しいパラダイムを提示

• スターリンクは従来の衛星インターネットとは異なり、低軌道（LEO）で多数の衛星がグリッドを形成し、データを中継する方式です。

• 衛星間レーザーリンク（ISL）を通じて、従来の光ファイバーよりも高速なデータ転送が可能です。

• 従来の静止軌道衛星インターネットよりもはるかに低いレイテンシ（20〜40ms）を提供します。

• IPアドレスはCGNATベースで地域ごとに管理され、DNSシステムも衛星ベースで最適化可能です。

• 帯域幅を増加させるためには、衛星の数を増やすか、より高性能な衛星を打ち上げる必要があります。

📌 つまり、スターリンクは低軌道衛星を活用したグローバルなインターネット革新技術であり、今後さらに多くの衛星と新技術を導入することで、ネットワーク性能を継続的に改善していくと予想されます。