Pourquoi les satellites ne combleront pas la fracture numérique

Les réseaux de satellites en orbite terrestre basse (LEO), tels que Starlink et Amazon Leo, sont de plus en plus présentés comme une alternative rentable aux infrastructures terrestres traditionnelles pour fournir une connectivité Internet universelle et significative afin de réduire la fracture numérique, pour laquelle les gouvernements et les institutions, telles que l'Administration nationale des transports et de l'information (NTIA) des États-Unis, engagent des milliards de dollars.

Ces réseaux offrent des avantages évidents, notamment une couverture étendue, une faible latence et un déploiement rapide, pour les cas d'utilisation mal desservis par les réseaux traditionnels (tels que l'aviation, les véhicules de loisirs et les zones rurales). Toutefois, ces avantages ne doivent pas faire oublier les limites concrètes de ces réseaux.

Les efforts de connectivité innovants et très médiatisés (tels que le projet Loon de Google, le projet Aquila de Meta et même les ordinateurs portables XO d'OLPC) ont montré des promesses similaires, mais n'ont pas réussi à atteindre leurs objectifs en matière de connectivité universelle et significative. Bien que des travaux récents aient commencé à poser la question, on ne sait toujours pas si et comment les réseaux LEO n'atteignent pas leurs objectifs de connectivité.

Le risque d'une mauvaise évaluation des capacités des réseaux LEO ne se limite pas au battage médiatique. Il s'agit de prendre des décisions à long terme, telles que l'allocation de milliards de dollars de fonds publics, sur la base de modèles mentaux incomplets de ce que ces systèmes peuvent fournir.

Dans cette optique, notre équipe de chercheurs de Virginia Tech, de l'INRIA-Lyon et de l'UC Berkeley a adopté une approche de premier principe pour évaluer les limites des réseaux d'accès LEO en ce qui concerne la fourniture de la connectivité universelle et significative requise pour combler le fossé numérique. L'analyse présentée dans ce billet de blog est tirée d'un article récemment publié à l'ACM Workshop on Hot Topics in Networks.

Nos travaux sont fondés sur l'observation que les réseaux LEO ne s'étendent pas de la même manière que les réseaux terrestres. La taille de la constellation de satellites (un facteur essentiel du coût et de la capacité du système) est déterminée par l'endroit où la demande est la plus dense, et non par le nombre total d'utilisateurs. Si les choix politiques tels que l'attribution du spectre ou les limites de cofréquence peuvent faire bouger l'aiguille de la capacité du système, ils ne modifient pas fondamentalement ce comportement de mise à l'échelle axé sur les pics de demande. Il ne s'agit pas d'une lacune de l'une ou l'autre entreprise, mais plutôt d'une contrainte structurelle essentielle des réseaux d'accès à l'orbite terrestre basse.

À partir de ces informations, nous avons élaboré un modèle permettant d'estimer la capacité d'un réseau d'accès LEO en fonction de paramètres clés, notamment la disponibilité du spectre, le nombre d'antennes par satellite et la densité des satellites. Nous avons ensuite utilisé des données publiques pour estimer si Starlink dispose d'une capacité suffisante pour fournir une large bande fiable à toutes les zones non desservies des États-Unis.

Pour ce faire, nous avons utilisé la propre définition de la NTIA du "haut débit fiable" - c'est-à-dire des vitesses de 100 Mbps x 20 Mbps - ainsi que les données de la carte nationale du haut débit (National Broadband Map) de la FCC. Nous avons choisi ces données parce qu'il s'agit des niveaux de performance cibles et des zones où les fonds fédéraux américains pour la large bande, par le biais de programmes tels que BEAD, financent le déploiement de constellations LEO plutôt que de technologies terrestres.

Nous constatons que même dans le cadre d'hypothèses optimistes, le déploiement actuel de Starlink peine à desservir tous les foyers non desservis avec une qualité de haut débit acceptable. Pour couvrir la longue traîne des ménages non desservis, il faut soit dégrader les performances des utilisateurs pendant les périodes de forte utilisation du réseau, soit construire une constellation de satellites beaucoup plus importante, de l'ordre de 40 000 satellites (le déploiement actuel de Starlink est d'environ 8 000). Vous trouverez plus de détails sur l'analyse de la capacité dans notre document.

Notre travail consiste également à déterminer si le service de Starlink est susceptible d'être abordable pour ces ménages non desservis. Nous constatons que la tarification actuelle rend le service inabordable pour la plupart des ménages non desservis, selon des critères d'accessibilité largement utilisés. Même avec les subventions publiques existantes, plus de 65 % des ménages non desservis n'ont pas les moyens de s'offrir un service Starlink fiable.

Notre analyse suggère que si les réseaux LEO peuvent certainement élargir l'accès, les offres actuelles à elles seules ne peuvent pas facilement fournir une connectivité universelle et significative. Qu'est-ce que cela signifie pour le déboursement des fonds destinés à subventionner la construction d'infrastructures Internet dans les régions non desservies ?

Nous avons identifié les lignes directrices suivantes comme des implications naturelles de notre travail :

1. Ne considérez pas les satellites LEO comme un remplacement immédiat de l'accès terrestre.
   Les systèmes LEO s'adaptent en fonction de la densité de la demande de pointe, ce qui décourage fortement de desservir les dernières communautés non connectées à un niveau de qualité élevé. Les bailleurs de fonds devraient reconnaître cette différence de comportement en matière d'échelle et s'efforcer d'identifier les "points d'inflexion" de financement auxquels les technologies terrestres traditionnelles peuvent fournir de manière plus fiable des services de meilleure qualité à des coûts de déploiement compétitifs.
2. La couverture seule n'est pas une mesure suffisante du succès d'une approche.
   Le service LEO peut atteindre tout le monde, mais ne parvient pas à fournir un service fiable et utilisable par tous. En d'autres termes, il ne semble pas être la voie à suivre pour fournir un accès universel à la large bande. Les fournisseurs doivent être en mesure de prouver non seulement qu'ils peuvent fournir une couverture de haute qualité à un seul endroit, mais aussi qu'ils peuvent maintenir la couverture à mesure que leurs réseaux s'étendent pour couvrir des endroits dans plusieurs régions.
3. Le caractère abordable doit être évalué indépendamment de la disponibilité.
   Dans de nombreux endroits dépourvus de toute connectivité, les plans de service US LEO actuels sont inabordables sans subventions substantielles et durables. Les bailleurs de fonds doivent veiller à ce que les fournisseurs puissent desservir les abonnés dans ces zones, soit par des plans à bas prix, soit par des subventions directes.

Traiter les services internet LEO comme un substitut plutôt que comme un complément aux approches existantes pour fournir une connectivité universelle et significative risque d'évincer les investissements dans d'autres technologies et approches nécessaires. Les approches basées sur la technologie LEO devraient plutôt être considérées comme un composant (ou une pierre) qui joue un rôle unique dans l'écosystème plus large de la connectivité.

Wesley Woo est un étudiant en doctorat conseillé par Shaddi Hasan à Virginia Tech. Ses travaux portent sur la conception de systèmes en réseau destinés à combler le fossé numérique dans les communautés rurales et marginalisées.

Les opinions exprimées par les auteurs de ce blog sont les leurs et ne reflètent pas nécessairement celles de l'Internet Society.