你对Starlink的想法是什么呢？一位居住在加拿大渥太华的网友Leask Wong在2021年通过SpaceX推进的Better Than Nothing Beta测试计划中拿到了设备，他以早期用户的体验，侃侃而谈这个Starlink项目。
早在2020年，SpaceX就开始推进Better Than Nothing Beta测试计划。2020年下半年，美国不少符合要求的地址收到了设备。到2021年春天，加拿大南部地址的申请陆续通过。笔者就是在这个时候拿到天线，开始体验。这个过程中，深入了解了这套系统的工作方式以及一些背景资料。一番思索之后决定写出来，给想折腾或者感兴趣的朋友一个参考。整理这些资料的另外一个原因，也是因为很多人对于Starlink项目存在一些误解，有无脑黑的，也有期望过高的。有觉得马老板有关的项目都是骗人的，有拿着很多年前PPT上老版本规划数据在吹嘘的，也有各种不切实际的盼望卫星接入会在短时间内给人类社会带来诸如蒸汽机般产业革命的。因此作为早期的用户，笔者希望通过一些整理和分析，给大家更全面的认知。
现状
Starlink目前计划先发射12,000颗卫星。其中1,500颗在550 KM轨道，2,800颗在1,150 KM轨道，7,500颗在340 KM轨道。完成这个阶段之后，将会安排另外30,000颗，最终达到42,000颗卫星，组成全球覆盖。Starlink平均每周会进行一次发射，到撰文当日为止在轨卫星有1,320颗。每单颗卫星可以有效覆盖2经度 * 2纬度的地表区域，当前主要有效覆盖集中在美国高纬度和加拿大低纬度地区。在这一纬度区域的部分欧洲国家用户也开始陆续收到邀请。更多关于卫星相关的资料可以查阅Wikipedia。
速度
很多人关心Starlink的实际速度。这个问题比较复杂，Starlink最新的目标速度已经从1 Gbps提升到10 Gbps。当然，这估计需要等全部四万颗卫星在轨才能实现。目前计划中最近一次提速预期会发生在2021年下半年，计划速度会稳定在300 Mbps，延迟控制在20ms左右。以上都是画饼，目前各地用户的实际速度参差不齐。Raddit上有一个爱好者整理的测速列表，可以看到各地用户的实际连接速度，作为参考。总体来说，目前信号比较好的地区可以实现200 Mbps下行，50 Mbps上行，15 ms延迟。笔者自己的测速基本上符合这个结果，但是笔者所在的地区，延迟会相对大一些，平均40 ms。Starlink近期已经在测试提速能力，在信号特别好的时候，笔者测试到最高速度已经可以跑到400 Mbps左右。
轨道
Starlink所使用的LEO（Low Earth Orbit，近地轨道）方案是与其他民用级卫星上网方案的最大区别。后来者Amazon的方案也学习了这一设计。于大家熟知35786 KM的GSO（Geosynchronous Orbit，地球同步轨道）不一样。大部分人造卫星工作在GSO，这是因为在这个轨道上卫星的旋转角速度与地球同步，故称同步轨道。同步轨道上，卫星相对地球是静止的。所以星历的调整，地面通信站的对准等都相对容易，缺点是距离远，通信需要的功率比较高，因此就需要收发功率和体积都比较大的重型天线设备。
需要考虑接收设备体积和效率的方案中，都会倾向于采用更低的轨道，例如我们熟知的GPS，就使用了20180 KM的较低轨道。缺点就是更低的轨道单星覆盖的地表区域更小，要做到全球覆盖就需要更大规模的卫星群。而且更低的轨道上，卫星的旋转角速度就需要比地球更快，用高速带来的离心力来平衡地球卫星之间的万有引力，才能让卫星悬停在固定的高度。因此越低轨道的卫星，就需要更高的绕地旋转速度。
所以在没有A-GPS的年代，传统GPS设备在定位之前获得星历来计算位置，是相当耗时的，往往需要几分钟到十几分钟才能完成首次定位。Starlink大量采用340~550 KM轨道，卫星旋转线速度达到17,500Mph，约每秒7.8 km。
所以讲了这么多，需要理解的其实是，Starlink用户端天线在通信时并非是连接单一卫星的，而是对准整条卫星飞行轨道，然后相控天线根据所同步到的星历，精准与飞过头顶的卫星收发信号。用户请求的一个网页，可能是通过头顶飞过的若干个卫星分包传输回来，在天线内部暂存中拼接完再传输给用户的。
而不是很多人想的那样，头顶固定一个卫星，通过固定的链路实现通信。这个设计增加了客户端天线的复杂度，必须使用相控天线数组才能实现，而不能使用传统的定向卫星天线。这是因为相控天线数组支持波束赋形，更容易对准滑过天空的卫星。Starlink选了一个难度更大，但是更能带来高带宽和低延迟的方案。感兴趣的话可以到这个网站，了解Starlink卫星的即时位置。
链路
Starlink设计了两种链路。第一阶段实现的是：
用户⟷卫星⟷地面站⟷网站服务器
以及目前正在演进的第二阶段：
用户⟷卫星⋯⋯卫星⟷地面站⟷网站服务器
第二阶段的方案主要引入了卫星与卫星之间的通信，这一阶段通过卫星之间的激光通信完成。粗略看没多大区别，但是这才是Starlink整个方案中对核心体验带来最大期望的一环。在第一阶段中，用户的访问请求会经由卫星转发到最近的地面站，流量通过地面站转发到目标服务器，获得响应之后原路返回。这个方案简单，但是缺点很明显，因为本质上和直接接入光纤没有区别，而且还额外增加了用户到卫星，卫星到地面站的延迟，完成一个回路就需要增加至少4个额外的延迟环节。
最终依然通过传统光纤实现主要路由，走完由用户到网站的物理距离。而且更差的情况是第一个地面站没有适合的路由，只能把请求转到另一个卫星，由另一个卫星从其他地面站落地，于是就会出现反复当地面站和卫星之间跳转的情况。
目前Starlink整个方案中，通信最慢的阶段就是卫星和地面之间的这段，如果需要反复在卫星和地面之间中继，延迟将会彻底失控。第二阶段方案中，网络流量将通过头顶的卫星在真空中通过激光在卫星之间转发，并在最接近网站服务器的地面站落地，主要通过卫星之间的激光路由走完物理距离。得益于真空中光速是光纤中光速的1.5倍，并且轨道上的卫星路由大概率可以得出距离更短，效率更高的转发方案，因此最终延迟和带宽都将比第一阶段方案好，甚至可能优于传统光纤接入。
2020年底开始发射的卫星已经具备星星间通信能力，根据画饼，完全星星间通信实现以后，网络延迟可以控制在1.8 ms * 4也就是10ms量级。但是这要求卫星群覆盖已经相当完善才有希望，目前距离所需要的卫星数量依然相当巨大。事实上目前有效工作的卫星主要集中在北纬度53度左右成链，这就是为什么只有美加交界所在的地区可以获得比较好的连接效果。另外，目前Starlink只能提供IPv4的连接方式，IPv6据说即将开放，但是没有看到有官方的时间表。
阶段1阶段2设备
Starlink的安装相当简单，你会收到一共3个主要设备：天线，电源，路由器。
天线虽然看上去和一般卫星电视天线差不多，但是里面的结构很不一样。一般的民用卫星天线是把信号反射到中央的接收器处理。Starlink的天线不是一个整体，而是一个密集的天线数组。对拆解感兴趣的可以看下面这个视频。
天线在通电之后，会转动到水平位置，然后开始寻找卫星飞行飞轨道，找到之后会转到到对应的角度，然后锁住卫星飞行的轨道。在卫星轨道和天线的相对位置发生变动之后，天线会转动寻找新的可用轨道。这个寻找耗时几十秒到几分钟不等，所以目前的天线设计是不能挂在移动中的载体上使用的。有消息说，针对载体设计的天线已经在开发中，可以支持在车、船、飞机上使用Starlink接入。Starlink的天线运行Linux系统，有玩家已经有办法连到调试串口上监控天线的工作状态，有完整的启动log可供研究。
天线主机不单单完成卫星轨道的对准和关注，同时已经完成网络连接，实现了NAT，DHCP等服务，相当于碟子内其实已经有一个小路由器。天线硬件经过了几个版本的迭代，目前收到的天线硬件版本依然是Beta，但是版本号已经比早期收到的用户版本号更高。新版本的天线增加了电加热融雪等功能。由于收到的时候渥太华已经进入冬天的尾巴，没有经历过大雪天，笔者会在今年冬天的时候观察一下融雪性能再补全此文。
Starlink电源以POE（Power over Ethernet）形式为天线和路由器供电，同时连通天线和路由器之间的线路。所以体验上，只需要把网线接好，天线和路由器的供电就同时解决了。电源最高支持180 W输出，常规工作消耗大概在100W左右。
Starlink路由器其实比较鸡肋，它不是是个必须的设备，而且有传言路由器会在往后的版本被去掉。Starlink路由器和普通宽带路由器区别不大，提供Wi-Fi（802.11a/n/ac），以及一个Ethernet接口。你可以把自己的路由器接到Starlink路由器下面，当然你也可以直接把自己的自己的路由器接到天线上，然后把Starlink路由器扔掉。有一点需要注意，Starlink路由器实现了一套gRPC API，用以即时访问天线工作状态，包括信号强度，阻挡角度，阻挡强度，阻挡时间，卫星脱机时间，Ping健康度等等信息。实际上Starlink官方APP就是通过这组API工作的。笔者利用业余时间开发了一个命令行的Dashboard，用来监控天线的状态，使用的也是路由器提供的这组API（详情可参考这里）。
如果你直接拔掉Starlink路由器，你将无法监控天线状态。虽然在稳定安装后，完全不用关心这些信息，体验上和一般宽带并没有实质区别。
饼
卫星上网并不是SpaceX发明的。最早做相关探索的是Iridium（铱星公司）。Iridium最初设计66颗卫星，从1997年开始发射，2000年破产，2001年重组。重组之后的第二代铱星（Iridium Next）从2017开始由SpaceX发射，一共75颗，能提供给单用户的带宽只有512 kbps。另外，始创于加拿大渥太华的Telesat公司提出过一种298颗卫星的接入方案，声称2023年提供服务。
类似的方案还有英国OneWeb的648颗卫星的方案。OneWeb也经历了破产和重组，也在逐步发射卫星，打算在2022年开始提供服务。以上这些竞争对手无论卫星规模，所使用的技术，覆盖范围和速度，都和Starlink的设计存在较大的距离。真正能和SpaceX正面竞争的是来自Amazon的Project Kuiper，该项目计划发射3236颗近地轨道（590 KM / 610 KM / 630 KM）卫星，使用类似于Starlink的高频相控天线数组，设计单用户速率400 Mbps，但距离可以实际使用还需要至少6年时间。
所以即便很多人不乐意看到马斯克（Elon Musk）画饼，但目前消费级别卫星上网方案中，Starlink是最可用，实际效果也是大大领先竞品的，甚至费用也是最经济的。当然，笔者说的只是民用级别的方案。显然这的确是未来接入方式的一种可行的探索。有人夸大其词说卫星上网会替代光纤和5G。个人认为这在短时间内不会实现，甚至永远不会发生。除非卫星通信的成本会有戏剧性的下降。
在人口密集的区域光纤和5G的成本效益目前还是最好的。但在稍稍偏远的区域，光纤的成本就会变得很高昂。这些地方可能会成为卫星上网服务更有竞争力的目标市场。但是恰恰是如Amazon这样领域的公司参与近来，让人觉得可能会给这个领域带来一些新的可能性。理想情况下，将来卫星之间实现的路由有可能比地面路由总体距离更短，效率更高，所以也有人认为未来的骨干网就在天上。但是这一切也还只是个饼。就目前这个规模，距离质变还有相当大的距离，甚至量变都尚未开始，各家只是刚刚开始探索而已。
缺点
笔者已经不只一次在Twitter上说过，笔者不建议大家现阶段申请，Starlink只会给你发一个快递，一切的安装和调试都需要自己搞定，你需要自己找到信号好的角度安装天线，如果你没有一个农场那么大的院子，或者靠近河边的豪宅，对于大部分人的房子，符合安装要求的只有屋顶。笔者这里说的屋顶是美加平民住宅区的屋顶，市区密集建筑群基本上找不到符合条件的安装地点。
Starlink目前需要地平线上大约25度以内不能有任何阻挡，包括树梢都会让信号劣化。这个很容易理解，高频无线电波绕过障碍物的能力很差。除了安装很折腾之外，原理上目前稳定性也不能和光纤媲美。还需要考虑可能的恶劣天气，风雨雷电雪带来的影响。对于普通人来说，目前更可靠和便利的选择还是以光纤和同轴为介质传统宽带。以笔者所在的地区为例，120 CAD月费正好等于1GB的宽带月租。因此现阶段，的确在用更多的钱购买一堆麻烦。因此笔者很难向别人推荐这种目前更接近玩具的连接方式，除非你愿意折腾，并且觉得有cool的地方，能够乐在其中。
玩具
目前的结论是，笔者认为Starlink是一个很好的玩具，如果你对于卫星网络有体验的热情，想体验一下不一样的接入方式，你有一些折腾网络的经验，有能力解决一些实际问题，完全可以申请体验。另外Starlink遵循FCC的规定，提供30天全额退款时间，如果发现你所在的地区速度和稳定性不理想，可以申请退款。但是如果你只是简单希望一个靠谱的链路，找本地口碑好的运营商，申请一条光纤，同轴或者各种DSL是最简单的可靠的方案，而且也不折腾，没必要在现阶段为一种探索中不稳定的上万方案承担风险，浪耗时间，并且带来可能的体验劣化风险。
Starlink工程师在Reddit上开过一个AMA的帖子，里面回答过很多用户提出的问题，从系统的原理到现状和预期都有，感兴趣的可以前往阅读或者提出新的问题。值得称赞的是Starlink的工程师和客服响应都很快，无论是发帖还是邮件提问，都能很快得到回复。
雕凤凰
到撰文此刻，笔者的家已经是all in Starlink。在本月早些时候，已经停掉了家里的同轴宽带，完全通过卫星接入，因为家中每个成员都有无限流量的蜂窝上网设备，连6岁儿子带在身上的iPad都是蜂窝版的，笔者毫不担心Starlink会偶尔down掉。事实上到目前为止，Starlink并没有出过任何问题，笔者所在的区域，只要把天线挂到屋顶没有阻挡的地方，连接就十分稳定，并不需要为极端情况多养一条宽带。
前面说过，冬天可能是真正的挑战，只能到今年冬天再看看是不是需要其他接入补充。但是，笔者依然建议大家如果想尝试Starlink的话，保留一段时间自己原来的宽带连接，至少运行几个月到半年，再做进一步决定也不晚。反正不要期望过大，也不要无脑黑。
其实好比当年乔布斯（Steve Jobs）拿着一个呼拉圈来回套弄发布支持Wi-Fi的iBook时一样，Wi-Fi（802.11b）当年只有可怜的11 Mbps。人们开始热烈讨论，有人认为这个神奇的技术只有可怜的11 M，完全只是个玩具，也有人说这将彻底革命有线网，开始新的时代。然而两家的言论都错了，22年后的今天，我们有了10 Gbps量级的Wi-Fi 6E，Wi-Fi成为了我们必不可少的连接方式，但是它也并没有消灭有线网。
先不说哪一家的卫星上网能最终赢得市场，但是笔者认为卫星上网大概率也是如此，它会找到自己的生存空间，成为一种新的接入补充，参与市场竞争，成为新常态的一部分。在这之前，不要像雕凤凰故事中的路人一样，妄下结论。
