Преобразователи частоты (ПЧ)

Преобразователи частоты предназначены для частотного преобразования сигналов. Различают преобразователи частоты «вверх», преобразователи частоты «вниз» и тестовые трансляторы. Преобразователи частоты, как правило, являются принадлежностью центральных (HUB) спутниковых станций. Вход преобразователя частоты «вверх» подключается к выходам спутниковых модемов или модуляторов на ПЧ 70 или 140 МГц, а выход - к входу усилителя мощности (SSPA). При этом обычно, усилитель располагается в помещении, рядом с преобразователем и соединяется с антенной системой волноводом. Вход преобразователя частоты «вниз» подключается к выходу LNA, а выход - ко входам спутниковых модемов или демодуляторов на ПЧ 70/140 МГц. Преобразователи частоты, работающие с ПЧ 70/140 МГц, содержат синтезаторы и имеют шаг перестройки 125 кГц или 1 МГц. Более точная установка частоты осуществляется на спутниковом модеме.

Важными параметрами, на которые необходимо обращать внимание, являются стабильность частоты переноса, диапазон и шаг регулирования усиления, и уровень «паразитного» шума. Примером синтезирующих преобразователей «вверх» являются SFC6400 и SFC1450, преобразователей «вниз» SFC4200 и SFC1275G. Для повышения надежности земной станции возможно применение резервирования преобразователей. Резервирование осуществляется с помощью переключателей резервирования. Резервирование может быть по схеме 1:1 (RCU101) или 1:N, где N=1..8 (RCU108). Помимо ПЧ 70 и 140 МГц, последнее время все активнее используются устройства с ПЧ L-диапазона. Появился новый класс преобразователей частоты из ПЧ 70/140 МГц в ПЧ L-диапазона и обратно, а также преобразователей ПЧ L-диапазона в С и Ku и обратно. За счет широкой полосы ПЧ L-диапазона (от 950 до 1525, 1750 или 2050 МГц) нет необходимости в применении синтезирующих преобразователей и можно обойтись простыми блок-конверторами. Компания Advantech AMT предлагает универсальный преобразователь частоты ARxy-kz на базе модульных преобразователей монтируемых в универсальное шасси. На основе этих модулей можно построить любую комбинацию преобразователей частот 70/140 МГц, L-диапазона, С и Ku-диапазонов. Имеются модули преобразователей вверх и вниз из любого диапазона в любой. Их можно комбинировать сдвоенные, счетверенные и резервированные от 1:1 до 1:12 системы.

Тестовый транслятор. Это - устройство, принимающее сигналы в диапазоне передачи С или Кu и преобразующее их в сигналы диапазона приема. Тестовые трансляторы позволяют производить полное тестирование сквозного тракта, включающего передающее и приемное оборудование земной станции спутниковой связи без выхода на спутниковый ретранслятор. Тестирование с помощью трансляторов является важным этапом проверки работоспособности оборудования и характеристик земной станции на этапе разработки, изготовления и проведения ремонтно-восстановительных работ. Предлагаемые преобразователи частоты отвечают современным стандартам для наземных станций спутниковой связи, могут работать в составе систем резервирования, имеют высокую надежность и простоту эксплуатации и обслуживания.

5.12.6 Системы управления спутниковыми сетями.

Система управления и контроля - это программно-аппаратный комплекс, предназначенный для организации централизованного управления удаленными компонентами (аппаратурой земных станций) сети спутниковой связи. Особенностью данной системы является объединение в единый комплекс устройств с совершенно различными протоколами управления. Такими устройствами могут быть не только блоки каналообразующей аппаратуры, но и любые технологические блоки (например, источники бесперебойного питания, кондиционеры, обогрев антенны, блоки синхронизации и т.д.). Возможности дистанционного контроля и управления подобным комплексом оборудования реализованы в системе управления AMFICOM-SAT.

Возможности. Периферийные узлы системы должны быть связаны с центральным узлом любым IP-каналом. Аппаратный комплекс системы управления включает в себя три основных компоненты: Контроллер; Сервер сети; Рабочая станция оператора сети.

Контроллер ЗС представляет из себя промышленный компьютер c UNIX-подобной операционной системой (FreeBSD, RedHatLinux, AspLinux). Все оборудование ЗС, имеющее дистанционные мониторинг и управление, может быть подключено к контроллеру ЗС. Программное обеспечение контроллера представляет открытую, модульную, расширяемую систему, которая позволяет гибко управлять подключенными устройствами ЗС.

Сервер сети. Сервер представляет из себя промышленный компьютер на базе процессора x86. Программное обеспечение сервера разработано под операционные системы FreeBSD и Linux. Сервер сети решает следующие задачи:

1. постоянный мониторинг состояния оборудования сети;

2. сбор информации о неисправностях оборудования сети;

3. архивирование отдельных параметров состояния оборудования и алармов;

4. централизованное дистанционное управление оборудованием сети;

5. синхронизацию времени на контроллерах ЗС.

Рабочая станция оператора. Рабочая станция оператора сети представляет собой офисный компьютер, работающий под управлением операционной системы MS WINDOWS (NT4, 2000, XP). На компьютер устанавливается программное обеспечение автоматизированного рабочего места дежурного оператора (АРМДО) для взаимодействия с сервером сети или контроллером ЗС. АРМДО предназначено для контроля и управления оборудованием земных станций сети спутниковой связи на основе поступающей телеметрической информации (ТМИ) и данных о тревожных событиях. Рабочая станция оценивает работу сети на основе анализа архивов ТМИ, тревожных событий и выданных операторами команд управления. В зависимости от объекта подключения АРМДО может функционировать в двух режимах: мониторинг оборудования одной ЗС при подключении к контроллеру данной ЗС, мониторинг и управление оборудованием всех ЗС при подключении к серверу сети.

Удобный для пользователя интерфейс АРМДО опирается на общепринятые правила работы в среде MS Windows с использованием интуитивно понятных графических образов объектов и их структуры, всплывающих меню и меню верхнего уровня, а также системой помощи. Оператору предоставляется информация о структуре сети спутниковой связи в целом с возможностью перехода к просмотру структуры каждой ЗС в отдельности, а также параметров функционирования контролируемого оборудования из состава выбранной ЗС. При этом осуществляется контроль прав доступа зарегистрированных пользователей и предоставление информации о сети строго в соответствии с определенными правами. Внешний вид графических представлений объектов сети изменяется в зависимости от уровня серьезности тревожных событий, связанных с ним. Появление новых тревожных событий в работе сети сопровождается аварийным звуковым сигналом с отображением данных об источнике тревожного события. Для оборудования, в составе которого определены телеметрические параметры, могут быть сформированы диагностические графики, отображающие изменение данных ТМИ-параметров во времени. Области применения АРМДО: модернизация существующих сетей связи; автоматизация вновь создаваемых сетей связи; сложные интегрированные системы из оборудования разных производителей.

Предлагаемая система управления уже внедрена на спутниковых сетях:

1. ОАО «Ростелеком».

2. ОАО «Югра-Телеком».

3. «КАЗАЭРОНАВИГАЦИЯ» (Казахстан).

5.13. Глобальная спутниковая система связи Globalstar.

Система Globalstar представляет собой консорциум Globalstar L.P из международных телекоммуникационных компаний Loral Space & Telecommunications, Qualcomm, Elsag Baily, Space Systems/Loral, Daimler-Benz Aerospace, Alenia, Alcatel, Hyundai, Dacom и операторов связи - France Telecom, Vodafone Goup. Консорциум был основан в 1991 году. Система Globalstar формировалась как система, предназначенная для взаимодействия с существующими сотовыми сетями, дополняя и расширяя их возможности за счет осуществления связи за пределами зон покрытия. Кроме того, система предоставляет возможность использования ее в качестве альтернативы для стационарной связи в удаленных районах, где пользование сотовой связью или сетью общего пользования по каким-либо причинам невозможно.
В России оператором спутниковой системы связи Globalstar является закрытое акционерное общество «ГлобалТел». Как эксклюзивный поставщик услуг глобальной подвижной спутниковой связи системы Globalstar, ЗАО «ГлобалТел» предоставляет услуги связи на территории всей Российской Федерации. Благодаря созданию компании ЗАО «ГлобалТел», у жителей России появилась еще одна возможность связаться через спутник из любой точки России практически с любой точкой мира. Система Globalstar предоставляет спутниковую связь высокого качества для своих абонентов с помощью 48 рабочих и 8 запасных низкоорбитальных спутников, находящихся на высоте 1410 км. (876 миль) от поверхности Земли. Система обеспечивает глобальное покрытие практически всей поверхности земного шара между 700 Северной и Южной широты с расширением до 740. Спутники способны принимать сигналы до 80% поверхности Земли, т.е. практически из любой точки земного шара за исключением полярных областей и некоторых зон центральной части океанов. Спутники системы просты и надежны. Используемые частоты:

Таблица 5.1. Частоты радиоволн системы Globalstar.

На нижеприведенной карте показана общая тарифная зона обслуживания ЗАО «ГлобалТел» (рис.5.18). Система связи Глобалстар включает в себя космический, наземный и пользовательские сегменты.

Наземный сегмент Globalstar. Наземный сегмент системы Globalstar состоит из центров управления космическими аппаратами, центров управления связью, сети региональных наземных узловых станций сопряжения и сети обмена данными. Станции сопряжения предназначены для организации радиодоступа пользователей системы Globalstar к центрам коммутации системы при установлении связи между пользователями системы, а также с пользователями наземных и спутниковых сетей фиксированной и подвижной связи, с операторами которых осуществляется межсетевое взаимодействие. Станции сопряжения являются частью системы Globalstar и обеспечивают надежные телекоммуникационные услуги связи для стационарных и мобильных абонентских терминалов по всей глобальной зоне обслуживания.

Наземные центры управления планируют графики связи для станций сопряжения, а также контролируют выделение спутниковых ресурсов каждой станций сопряжения. Центр управления спутниковым сегментом следит за системой спутников. Вместе со средствами резервного Центра он производит контроль орбит, обработку телеметрической информации и выдачу команд на спутниковую группировку. Спутники системы Globalstar непрерывно

Рис.5.18. Зона обслуживания ЗАО «ГлобалТел».

передают данные телеметрии, контролирующие исправность системы, а также информацию об общем состоянии спутников. Центр также отслеживает запуски спутников и процесс их развертывания в космосе. Центр управления спутниковым сегментом и наземные центры управления поддерживают между собой постоянный контакт через сеть передачи данных Globalstar.

Наземный сегмент Globalstar в России. Российский наземный сегмент системы Globalstar включает 3 станции сопряжения, расположенные под Москвой, Новосибирском и Хабаровском. Они покрывают территорию России от южной границы до 74 гр. с.ш. и от западной границы до 180 меридиана, обеспечивая гарантированное качество обслуживания южнее 70 параллели. Российские станции сопряжения Globalstar подключаются к сети через узлы автоматической коммутации, имеют соединительные линии с международными центрами коммутации, а также соединены между собой цифровыми трактами «каждая с каждой». Каждая станция сопряжения интегрирована с действующими стационарными и сотовыми сетями России. Станции сопряжения имеют статус междугородной станции национальной сети Российской Федерации. Российский сегмент спутниковой системы Globalstar при этом рассматривается как новая сеть связи на территории Российской Федерации.

Космический сегмент Globalstar. Спутник состоит из антенны, трапециевидного корпуса, двух солнечных батарей и магнетометра. Запуск спутников группировки Globalstar осуществлялся ракетами-носителями «Дельта-II» (США) и «Союз-Икар» (Россия). Запуски осуществлялись из Центра им. Кеннеди во Флориде и с космодрома Байконур в Казахстане.

Таблица 5.2. Параметры космического сегмента Globalstar.

Пользовательский сегмент Globalstar. Пользовательский сегмент системы Globalstar состоит из следующих видов абонентских терминалов:

1. портативных многомодовых «трубок» (мобильных спутниковых телефонов), аналогичных сотовым, имеющих сравнимые размеры, вес и функциональные возможности. ЗАО «ГлобалТел» предлагает три типа мобильных спутниковых аппаратов производства «Qualcomm», «Telit» и Ericsson». Аппараты Ericcsson и Telit совместимы со стандартом GSM, a Qualcomm, помимо Globalstar, работает в сетях AMPS и СDМА;

2. автомобильных комплектов, которые возможно смонтировать на любом транспортном средстве: автомобиле, судне, самолете, и т.п.

3. стационарных комплектов с возможностью подключения обыкновенного телефонного аппарата, малой офисной АТС либо таксофона;

4. спутниковых модемов, предназначенных для использования в различных решениях, таких как, обмен файлами между удаленными объектами, WEB-серфинг, e-mail и т.п. на скоростях до 76,8 кбит/c.

Модемы обеспечивают двухсторонний канал связи с наземным, морским или авиационным коммуникационным оборудованием. Модемы могут использоваться совместно с мониторинговыми, измерительными системами, системами телеметрии, SCADA-приложениями, в любых применениях для передачи данных и т.п.

Технология работы системы Globalstar. Спутники работают по архитектуре «согнутой трубы» (bent-pipe) - принимая сигнал абонента, несколько спутников, используя технологию CDMA, одновременно транслируют его на ближайшую наземную станцию сопряжения. Наземная станция сопряжения, выбирает наиболее сильный сигнал, авторизует его и маршрутизирует его до вызываемого абонента.

Сферы применения системы Globalstar. Система Globalstar разработана для предоставления высококачественных спутниковых услуг для широкого круга пользователей, включающих: голосовую связь, службу коротких сообщений, роуминг, позиционирование, факсимильную связь, передачу данных, мобильный Интернет (рис.5.19).

Абонентами, пользующимися портативными и мобильными аппаратами, могут стать деловые и частные лица, работающие на территориях, которые не охвачены сотовыми сетями, либо специфика работы которых предполагает частые деловые поездки туда, где нет связи или плохое качество связи.

Рис.5.19. Технология работы системы Globalstar

Система рассчитана на широкого потребителя: представители средств массовой информации, геологи, работники добычи и переработки нефти и газа, драгметаллов, инженеры-строители, энергетики. Сотрудники государственных структур России - министерств и ведомств (например, МЧС), могут активно использовать спутниковую связь в своей деятельности. Специальные комплекты для установки на транспортных средствах могут быть эффективны при использовании на коммерческом автотранспорте, на рыболовных и других видах морских и речных судов, на железнодорожном транспорте и т.д.

5.14. Технология VSAT.

Среди спутниковых технологий особенное внимание привлекает развитие технологий спутниковой связи типа VSAT (Very Small Aperture Terminal). На основе VSAT оборудования возможно построение мультисервисных сетей, предоставляющих практически все современные услуги связи: доступ в Интернет; телефонную связь; объединение локальных сетей (построение VPN-сетей); передачу аудио-, видеоинформации; резервирование существующих каналов связи; сбор данных, мониторинг и удаленное управление промышленным объектами и многое другое. Немного истории. Развитие сетей VSAT начинается с того, что был запущен первый спутник связи. В конце 60-х годов в ходе экспериментов со спутником АТС-1 была создана экспериментальная сеть, состоящая из 25 земных станций, спутниковой телефонной связи на Аляске. Фирма Linkabit, одна из первых создавшая VSAT Ku-диапазона, слилась с фирмой M/A-COM, которая впоследствии стала ведущим поставщиком оборудования VSAT. Hughes Communications приобрела отделение у М/А-СОМ, преобразовав его в Hughes Network Systems. На данный момент компания Hughes Network Systems, является ведущим мировым поставщиком широкополосных сетей спутниковой связи. Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три ключевых элемента: центральная управляющая станция (ЦУС), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы.

Центральная управляющая станция. В состав ЦУС входит приемо-передающая аппаратура, антенно-фидерные устройства и комплекс оборудования, осуществляющий функции контроля и управления работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Для обеспечения надежности связи аппаратура имеет как минимум 100% резервирование. Центральная станция сопрягается с любыми наземными магистральными линиями связи и имеет возможность коммутации информационных потоков, благодаря чему поддерживается информационное взаимодействие пользователей сети между собой и с абонентами внешних сетей (Интернет, сотовые сети и т.д.).

Спутник-ретранслятор. Сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с. В среднем, мощность передатчиков колеблется от 20 до 100 Ватт. В России в качестве примеров спутников-ретрансляторов можно привести спутники связи и вещания «Ямал». Они предназначены для развития космического сегмента ОАО «Газком» и были установлены в орбитальные позиции 49° в.д. и 90° в.д.

Абонентские VSAT терминалы. Абонентский VSAT терминал - это небольшая станция спутниковой связи с антенной диаметром от 0,9 до 2,4 м., предназначенная, главным образом, для надежного обмена данными по спутниковым каналам. Станция состоит из антенно-фидерного устройства, наружного внешнего радиочастотного блока и внутреннего блока (спутникового модема). Внешний блок представляет собой небольшой приемо-передатчик или только приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс и т.д.).

Технология VSAT. Можно выделить два основных вида доступа к спутниковому каналу: двусторонний (дуплексный) и односторонний (симплексный, асимметричный или комбинированный).

Односторонний доступ. При организации одностороннего доступа (рис.5.20) наряду со спутниковым оборудованием обязательно используется наземный канал связи (телефонная линия, оптоволокно, сотовые сети и т.д.), который используется в качестве запросного канала (еще его называют обратным каналом). Спутниковый канал используется в качестве прямого канала для получения данных на абонентский терминал (используется стандарт DVB). В качестве приемного оборудования используется стандартный комплект, состоящий из приёмной параболической антенны, конвертора и спутникового DVB приемника в виде PCI-платы, устанавливаемой в компьютер или внешнего USB блока.

Двусторонний доступ. При организации двустороннего доступа (рис.5.21) VSAT-оборудование может быть использовано и для прямого и для обратного канала. Наличие наземных линий в данном случае не обязательно, но они также могут быть использованы (например, с целью резервирования). Прямой канал обычно формируется в соответствии со спецификациями стандарта DVB-S и транслируется через спутник связи всем абонентским станциям сети, расположенным в рабочей зоне. В обратном канале формируются отдельные относительно низкоскоростные скачкообразные изменения частоты при перегрузке одного из обратных каналов. потоки TDMA. При этом для повышения пропускной способности сети используется так называемая многочастотная технология ТDМА (MF-TDMA).

Сети VSAT могут быть организованы по следующим топологиям:

1. полносвязная («каждый с каждым»);

2. радиальная («звезда»):

3. радиально-узловая (комбинированная топология).

У каждой топологии свои достоинства и недостатки, выбор той или иной

Рис.5.20. Односторонний доступ с использованием DVB-карты и телефонной линии в качестве обратного канала.

топологии необходимо осуществлять с учетом индивидуальных особенностей проекта. Спутниковая связь является разновидностью радиосвязи. Спутниковые сигналы, особенно высокочастотных диапазонов Ku и Ка (таблица 5.3), подвержены ослаблению во влажной атмосфере (дождь, туман, облачность). Этот недостаток легко преодолевается при проектировании системы. Спутниковая связь подвержена помехам от других радиосредств. Однако, для спутниковой связи выделяются полосы частот, не используемые другими радиосистемами и, кроме того, в спутниковых системах используются узконаправленные антенны, позволяющие полностью избавиться от помех. Таким образом, большинство недостатков спутниковых систем связи устраняются путем грамотного проектирования сети, выбора технологии и места установки антенн.

Рис. 5.21. Двусторонний доступ с использованием оборудования HughesNet (компании Hughes Network Systems).

Технология VSAT является очень гибкой системой, которая позволяет создавать сети, отвечающие самым жестким требованиям и предоставляющие широкий спектр услуг по передаче данных. Реконфигурация сети, включая смену протоколов обмена, добавление новых терминалов или изменение их географического положения осуществляется очень быстро. Популярность VSAT в сравнении с другими видами связи при создании корпоративных сетей объясняются следующими соображениями: для сетей с большим количеством терминалов и при значительных расстояниях между абонентами эксплуатационные расходы значительно ниже, чем при использовании наземных сетей.

5.15 Оборудование для наземного сегмента спутникового Интернета.

Цифровое спутниковое телевидение и Интернет с каждым годом становятся все доступнее. При установке спутниковой антенны можно стать пользователем спутникового ТВ и Интернет. Таким образом, все больше россиян начинают смотреть бесплатное цифровое спутниковое телевидение на компьютере, ноутбуке и пользоваться услугами спутникового Интернет.

Таблица 5.3. Перечень используемых радиочастот.

PCI спутниковая плата.

Рис.5.22. PCI спутниковая сетевая плата.

Комплект оборудования для подключения к спутниковому телевидению или к Интернет в минимальном исполнении выглядит следующим образом:

1. DVB-S карта (она же просто DVB-карта или спутниковый тюнер);

2. «тарелка» (0.6 м, 0.9 м, 1.2 м, 1,6 м) (рис.5.23);

3. конвертор (Ku или C диапазона);

4. коаксиальный кабель;

5. два F-разъема.

Рис.5.23. Спутниковые антенны («тарелки») различных диаметров.

DVB-S карты бывают PCI (рис.5.22) и USB. Сначала большинство пользователей покупают самую простую и дешевую DVB-S карту, а затем более дорогую модель с CI интерфейсом, с поддержкой нового стандарта DVB-S2 и видео в MPEG4. На практике свою первую DVB-S PCI карту можно выбрать только из трех вариантов: Prof, SkyStar 3 (TT-1401), SkyStar 2. Продукция компании Prof появилась на мировом рынке DVB-S карт в 2004 году. На мировом рынке продукция Prof известна под маркой TBS. Приведу международные названия устройств Prof: TBS Q-Box (Prof DVB-S 1100), TBS 8910 (Prof DVB-S 6200), TBS 8920 (Prof DVB-S2 7300). Как раз эти названия уже давно присутствуют в списках поддерживаемых устройств у программ для спутникового ТВ и интернет, например в DVB Dream. Программа DVB Dream позволяет смотреть спутниковое ТВ, слушать радио, записывать видео на HDD, записывать видео по расписанию, ставить на паузу живое видео, сохранять список избранных каналов, переназначать клавиши пульта дистанционного управления и многое другое. DVB Dream в настоящий момент является самой популярной программой для приема спутникового ТВ и радио.

DVB-S карта позволяет работать с односторонним (симплексным) спутниковым интернет. Доступная скорость соединения до 4-5 Мегабит в секунду. Для работы со спутниковым Интернет поставляется программа Prof IP Service. Для настройки спутниковой антенны на нужный спутник используется программа Fast Sat Finder.

Базовые станции оператора сотовой связи.

Рис.5.24. Базовая станция оператора сотовой связи

Базовая станция (рис.5.24) в радиосвязи вообще - системный комплекс приёмопередающей аппаратуры, осуществляющей централизованное обслуживание группы оконечных абонентских устройств. Например, при организации связи малогабаритными мобильными рациями на местности, устанавливается стационарная антенна и радиостанция более высокой, нежели остальные, выходной мощности. Она осуществляет при необходимости ретрансляцию сигнала, а её оператор контролирует обстановку в эфире.

В беспроводных сетях передачи данных базовая станция - это приемопередатчик радиосигнала, выполняющий роль концентратора в проводных локальных сетях. Обычно базовая станция состоит из маломощного приемопередатчика и беспроводного маршрутизатора.

В профессиональных дуплексных системах радиосвязи базовая станция используется как центральный узел, выполняющий диспетчерские функции в сети мобильных радиостанций с централизованной топологией, а также как передатчик сообщений в пейджинговой связи. При этом базовая станция выступает в роли одного из оконечных узлов в канале связи, в роли другого оконечного узла выступает носимая или возимая радиостанция. Примерами базовых станций в профессиональной дуплексной радиосвязи являются диспетчерские центры службы такси или службы эвакуации автомобилей.

Базовые станции обычно бывают одноканальными. В системах с радиообменом низкой интенсивности возможно использование многоканальных базовых станций. В системах с интенсивным радиообменом при необходимости использования дополнительных каналов обычно устанавливают по одной одноканальной радиостанции на каждый канал. При этом на диспетчерском пульте каждая базовая станция отображается как отдельный канал. В больших диспетчерских центрах с несколькими диспетчерами это обеспечивает независимую одновременную работу нескольких диспетчеров на разных каналах. При этом базовые станции могут быть территориально удалены как друг от друга, так и от диспетчерского центра. В качестве примера приводят единый диспетчерский центр такси на несколько городов. Диспетчер выбирает требуемый канал и передаёт информацию автомобилям в требуемом городе.

Базовые станции могут быть с местным или дистанционным управлением. Местное управление обеспечивается локально при помощи органов управления оборудования, установленного на базовой станции. При дистанционном управлении используются органы управления на диспетчерском пульте. Команды передаются при помощи сигналов переменного тока тональной частоты либо сигналами постоянного тока в формате 4-20 мА. Команды обрабатываются схемами управления на базовой станции. Связь диспетчерского центра с удаленными базовыми станциями ведется по выделенному телефонному каналу либо по каналу радиосвязи, отличного от канала связи с подвижными объектами. Некоторые системы для связи диспетчерского центра с базовыми станциями используют 4-х проводные телефонные линии или радиоканалы полной дуплексной связи, иные системы используют двухпроводные телефонные линии или полудуплексные радиоканалы.

В любительской радиосвязи также используются базовые станции, обеспечивающие связь между мобильными объектами. Ее используют путешественники, дальнобойщики, а также иные лица, в основном для развлечения и для связи между членами одной группы. Любительскую радиосвязь также используют для связи со спасательными службами при чрезвычайных происшествиях, а также для экстренного оповещения гражданского населения при стихийных бедствиях. В качестве примера можно привести австралийскую сеть базовых станций гражданского диапазона УКВ (UHF CB), которая состоит из многочисленных базовых станций и ретрансляторов, работающих на различных каналах и позволяющих обеспечивать вызов спасательных и дорожных служб, а также связь между радиостанциями, находящимися в разных частях страны. Беспроводная телефония отличается от дуплексной радиосвязи тем, что:

1. Беспроводная телефонная связь является коммутируемой: при помощи набора номера в начале разговора устанавливается канал связи с вызываемым абонентом, после того как один из абонентов положит трубку - канал разрывается.

2. Беспроводные телефоны обычно имеют связь с телефонной сетью общего пользования.

Базовая станция в беспроводной телефонии связывается с носимым или возимым беспроводным телефонным аппаратом. При этом сигналы от одного или нескольких мобильных телефонов принимаются базовой станцией, которая передает эти вызовы в наземные телефонные линии. Применение других видов аппаратуры при этом зависит от архитектуры сети. Мобильные сети операторов связи, например сети GSM, используют для этих целей коммутаторы. В отличие от этого базовые станции бытовых беспроводных радиотелефонов подсоединены напрямую к проводным телефонным линиям.

Базовая станция применительно к сотовой связи - комплекс радиопередающей аппаратуры (ретрансляторы, приёмо-передатчики), осуществляющий связь с конечным абонентским устройством – сотовым телефоном. Одна базовая станция стандарта GSM обычно способна поддерживать до 12 передатчиков, а каждый передатчик способен одновременно поддерживать связь с 8-ю общающимися абонентами. Зона покрытия от антенн базовой станции образует соту, или группу сот. Базовые станции соединены с коммутатором сотовой сети через контроллер базовых станций. Базовые станции также применяются в сотовом телевидении, в транкинговой связи, в сетях WiFi, WiMAX и в других технологиях.

Базовая станция Yota.

Рис.5.25. Базовая станция Yota.

Начнем с того, что разберем применения антенн, ее тактико-технические характеристики, материал из которого сделаны антенны и, конечно же, ее модификации. Данный тип антенн используют для усиления сигнала, в области, плохого сигнала базовой станции. Использование данного типа Yota антенн актуально в тех зонах, где недостаточное покрытие определенной соты базовой станцией. Ее используют на дачных участках, в местах, отдаленных от ретранслятора. Антенна имеет параболическую конструкцию. Диапазон рабочих частот данной антенны составляет от 2400 до 2700 МГц. Антенна весит всего лишь 3,62 килограмма, что позволяет без всяких затрат, установить ее на мачту. Коэффициент усиления антенны - 24 децибела. Максимальная мощность, которую советуют подавать на антенну, составляет 50 Вт. Характерным плюсом данного типа антенны является возможность выбора поляризации антенны. Поляризацию антенны, можно выставить самому, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Классификация антенн очень разнообразна, каждая антенна имеет свои предпочтения перед типом других антенн.

Антенна BSTR 27 WiMAX. Ее взаимодействие с модемом Samsung SWC U200 дает возможность сделать качественный прием сигнала, даже в зоне, где доступ к базовой станции затруднен. Для того, чтобы качество приема было идеальным, антенну рекомендуется поставить вне здания. Для этого конструкторы позаботились о том, чтоб в комплект антенны входил специальный кабель, а также, универсальный крепеж для крепления на мачту. Использование этой антенны позволит потребителю выиграть в качестве приема, дальности связи и, конечно же, в цене.

Антенна типа SSM 2626GD WiMAX. Позволяет обеспечить качество связи в зоне отдаленного приема. В ее оборудование входит кабель, который подключает модем с входом антенны, и универсальная мачта. Конструкторы рекомендуют выносить антенну дальше от дома. В плюсы данной антенны можно отнести то, что она обеспечивает скорость на порядок выше, чем другие антенны.

Антенна WFL 2700-24. Является антенной направленного действия, предназначенная для работы с оборудованием в диапазоне частот от 2,3 до 2,7 ГГц. Ее характерной особенностью является то, что она относится к антенне замкнутого типа по постоянному току. Антенна данного типа рассчитана на температурный диапазон, который составляет от -80 до + 80 градусов, что позволяет использовать ее в разных климатических зонах. Конструкция антенны мало отличается от конструкции и характеристик предыдущих антенн. Единственное отличие в наклонном механизме, дающей возможность найти более качественный прием сигнала и организовать более качественную диаграмму направленности.

Антенна RFE 2500/19 WiMAX. Является представительницей панельных антенн. Они предназначены для строения сетей стандарта WI-FI и WIMAX. Антенна RFE 2500/19 применяется в составе комплектности клиентского оборудования, которое работает в интервале температур от -80 до + 80 градусов.

Антенна Delpha-2600BQ/PAR. По своим тактико-техническим характеристикам позволяет вести работу в данном диапазоне частот от 2,3 до 2,7 МГц. Положительным качеством является работа в «области тени» базовых станций. Это дает возможность держать связь, даже находясь вне действия зоны базовой станции соседней соты. Характерным плюсом антенны является то, что есть возможность выставлять нужную вам поляризацию. В комплект антенного оборудования входят: специальный кабель и монтажное оборудование, которое представлено антенно-мачтовым устройством и креплениями. Данный тип антенны рекомендуют ставить вблизи от сооружений, для качественного формирования диаграммы направленности и основного лепестка. Ранее для жителей пригородов, были доступны только сети 3G мобильных сотовых операторов, которые не могли похвалиться высокой скоростью, и солидным пакетом услуг сервиса. На их место начали внедрять сети 4G Интернета. Усилитель сигнала данного типа, просто незаменим в железобетонных домах.

5.16 Протоколы множественного доступа

Рассмотрим технические особенности современных и перспективных спутниковых систем связи, которые нужно учитывать при организации доставки трафика Интернет. К самым важным особенностям относятся поддерживаемые протоколы множественного доступа к ресурсу спутника связи, алгоритмы маршрутизации IP-пакетов, методы повышения эффективности работы транспортного протокола TCP.

Протокол множественного доступа (Multiple Access Control - MAC) определяет набор правил управления передачей трафика от множества распределенных терминалов через общий спутниковый канал (моноканал) и играет главную роль в достижении высоких рабочих характеристик всей системой спутниковой связи. Разумеется, речь идет о системах, реализующих первые два варианта организации доступа в Интернет. Протоколы множественного доступа относятся ко второму уровню модели взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interworking) и оказывают существенное влияние на работоспособность высокоуровневых протоколов и средств обеспечения требуемого качества обслуживания (Quality of Service - QoS) трафика. Эффективность работы протоколов множественного доступа зависит как от характеристик среды передачи, так и от особенностей передаваемого трафика. Большая задержка распространения сигналов в спутниковых системах связи, особенно с геостационарными спутниками, делает невозможным применение MAC-протоколов, разработанных для наземных проводных и беспроводных локальных сетей (таких, как протокол CSMA). Кроме того, низкая энергетика спутниковых каналов, наличие в них резких затуханий и замираний сигнала контрастируют с условиями передачи данных в наземных системах связи. Интернет-трафик по своей природе является импульсным. В то же время обеспечение требуемого качества обслуживания пока ограничено применением механизма «наибольшего усилия» (best-effort) для трафика различной природы. Таким образом, перспективные протоколы множественного доступа должны поддерживать приоритезацию различных классов трафика. Например, приоритет трафика реального времени, как правило, должен быть выше, чем приоритет трафика, не относящегося к этому классу.

Хороший протокол множественного доступа для спутниковой сети должен быть простым в реализации, надежным и гибким (для обеспечения возможности реконфигурации сети) в работе. Он также должен обеспечивать высокую эффективность использования ресурса спутникового моноканала, стабильность параметров организуемых логических каналов, вносить минимальную избыточность и задержку. В зависимости от способа распределения пропускной способности спутникового моноканала между терминалами все системы спутниковой связи можно разделить на три группы: с фиксированным распределением, со случайным доступом и с распределением по требованию.

Фиксированное распределение может быть осуществлено по частоте, времени или коду сигнала. На перечисленных способах распределения основаны наиболее известные базовые протоколы множественного доступа - FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) и CDMA (Code Division Multiple Access). Согласно FDMA и TDMA, каждому терминалу выделяется отдельный канал. Это исключает состязания за общий канальный ресурс и хорошо подходит для обеспечения QoS. Однако в этом случае очень неэффективно используется ресурс спутника. Из-за плохой гибкости и расширяемости такие схемы доступа пригодны лишь для небольших сетей со стабильными параметрами трафика. Протокол FDMA первым нашел применение в спутниковых сетях. Позже благодаря отсутствию нелинейных искажений и более высокой эффективности использования мощности спутникового ретранслятора более широкое распространение получил протокол TDMA. В системах CDMA каждому терминалу выделяется уникальная кодовая последовательность, с помощью которой расширяется спектр его сигнала. Если кодовые последовательности ортогональны, то все другие сигналы выступают в качестве аддитивного шума и могут быть эффективно ослаблены на приемной стороне. С точки зрения масштабирования сети с протоколом CDMA являются самыми простыми из перечисленных.

Случайный доступ наиболее предпочтителен для сетей с большим числом малогабаритных (VSAT, USAT) низкоскоростных терминалов, генерирующих пульсирующий трафик. Число терминалов в таких сетях может достигать сотен и тысяч единиц. Согласно протоколам случайного доступа (Aloha и его вариации), каждый терминал передает свои данные независимо от других, в результате чего могут иметь место коллизии пакетов. Повторные передачи после коллизий способствуют увеличению средней задержки передачи пакетов и ее дисперсии, а также снижают эффективность использования спутникового моноканала на уровне всей сети.

Распределение по требованию. Хотя случайный доступ лучше подходит для сетей с большим числом терминалов, он не гарантирует QoS. Протоколы, относящиеся к классу DAMA (Demand Assignment Multiple Access), пытаются разрешить это противоречие путем организации динамического распределения пропускной способности ретранслятора в зависимости от требований пользователей. Запросы последних на выделение части ресурса спутникового ретранслятора должны быть переданы до начала передачи пользовательских данных. Как правило, запросы передаются в режиме случайного доступа. После успешного резервирования запрошенного ресурса передача пользовательских данных происходит в бесконфликтном режиме - FDMA или TDMA. Резервирование может быть реализовано в распределенном или централизованном режиме. В последнем случае центральный контроллер может быть расположен либо на ЗС, либо на спутнике с обработкой на борту. Если контроллер расположен на Земле, то минимальная задержка обслуживания запроса будет не меньше, чем время 2-х скачковой передачи сигнала. Размещая контроллер на спутнике, эту задержку можно сократить вдвое. Более эффективным является распределенное управление, согласно которому каждый терминал принимает решение для своей передачи на основе полученной из широковещательного спутникового канала запросной информации от других терминалов. Вводимая распределенным режимом работы информационная избыточность достаточно мала, а минимальная задержка доставки запроса на ресурс соответствует односкачковой задержке передачи сигнала. Резервирование может быть явное или неявное. В первом случае оно реализуется путем передачи специальных служебных сигналов в выделенном канале резервирования. Каждая станция передает по каналу резервирования короткий запрос, определяющий необходимый ей ресурс, как правило, это число временных окон (slots) TDMA. Доступ к каналу резервирования осуществляется на основе фиксированного распределения, например TDMA, или по случайному методу, такому, как Aloha. Пользовательские данные передаются по информационному каналу только после его успешного резервирования. При неявном резервировании специальные резервирующие сообщения не используются. Успешно переданные пользовательские данные в определенном временном окне означают его резервирование в последующих кадрах. Освободившееся окно в кадре рассматривается как признак окончания передачи данных и может быть зарезервировано заинтересованными станциями в следующем кадре. Такая схема подходит для передачи относительно стабильного трафика, такого, как голос или видео. Например, в соответствии с протоколом R-Aloha первый пакет используется для неявного резервирования и передается в свободном окне по протоколу S-Aloha. Известные протоколы PODA (Priority-Oriented Demand Assignment) и FODA (FIFO Ordered Demand Assignment) комбинируют явные и неявные запросы. Каждый кадр TDMA протокола PODA состоит из управляющего субкадра (части кадра) и субкадра данных с гибкой границей. Явные запросы передаются в режиме состязания в управляющем субкадре по протоколу S-Aloha, в то время как в качестве неявных запросов выступают успешно переданные пакеты данных. В соответствии с протоколом FODA субкадр данных, в свою очередь, делится на субкадр, используемый в режиме коммутации каналов для передачи потоковых данных, и субкадр, используемый в режиме коммутации пакетов для передачи дэйтаграмм. При этом организуются три очереди запросов на обслуживание с различными (в порядке убывания) приоритетами: для потоковых данных, для короткого интерактивного пакетного трафика, для большеразмерного пакетного трафика (передача больших файлов).

Предложен ряд способов распределения оставшегося не зарезервированным ресурса в ответ на требования пользователей. Согласно протоколу CFDAMA (Combined Free/Demand Assignment Multiple Access), распределение происходит в соответствии с круговой («карусельной») или другой определенной стратегией, а согласно протоколу CRRMA (Combined Random Reservation Multiple Access), оставшийся ресурс используется в режиме случайного доступа. В этом режиме пульсирующий интерактивный трафик может быть передан по незарезервированным каналам без задержки, обусловленной передачей требований. В гибридной схеме RRR (Round Robin Reservation) число станций должно быть меньше или равно числу временных окон кадра. За каждой станцией закрепляется выделенный канал, а оставшиеся или неиспользуемые каналы доступны по круговому принципу и протоколу S-Aloha. Каждый из рассмотренных протоколов может оказаться оптимальным для определенной сети с конкретным сочетанием числа малоразмерных терминалов, шлюзовых станций и параметров передаваемого трафика.

5.17 Маршрутизация в спутниковых сетях

Маршрутизация трафика особенно сложна и важна в сетях спутниковой связи на основе низкоорбитальных спутников с межспутниковыми линиями связи. Главная сложность ее связана с высокой динамичностью таких сетей, обусловленной быстрым перемещением спутников относительно друг друга и относительно Земли. В результате популярные протоколы маршрутизации, реализованные в наземных сетях, здесь абсолютно не приемлемы. Для таких сетей спутниковой связи предложено два основных алгоритма маршрутизации - DT-DVTR (Discrete-Time Dynamic Virtual Topology Routing) и VN (Virtual Node).

Алгоритм DT-DVTR основан на периодическом характере изменений в орбитальной группировке. Вся шкала времени делится на интервалы стационарности, определяемые таким образом, что топология меняется только в начале и конце интервалов, оставаясь постоянной до начала следующего интервала. На длительности каждого такого интервала можно решать задачу статической маршрутизации уже известными методами. Результатом ее решения для каждого интервала является соответствующая таблица маршрутизации. Набор таблиц маршрутизации для всех возможных интервалов стационарности хранится на борту каждого спутника и каждая из них используется в соответствующем интервале. При таком подходе вместо проведения сложных вычислений в реальном масштабе времени спутник должен хранить многочисленные таблицы маршрутизации, а значит, обладать бортовой памятью большого объема. Для уменьшения требуемого объема памяти возможна организация обмена таблицами между соседними спутниками.

Главная идея алгоритма VN состоит в том, чтобы спрятать от протокола маршрутизации топологические изменения. Для этого вводится виртуальная топология, которая является суперпозицией виртуальных узлов и физической топологии орбитальной группировки. В течение определенного периода времени каждый виртуальный узел представляет собой определенный физический спутник, находящийся в заданной области. Пока он остается в ней, виртуальная топология считается неизменной. Как только спутник покидает ее, виртуальный узел соотносится с другим спутником, который вошел в эту область. Первый спутник передает второму всю необходимую для работы данного виртуального узла информацию. Задача маршрутизации решается уже над виртуальной топологией, и при передаче трафика протоколу маршрутизации не нужно отслеживать динамику орбитальной группировки.

На основе двух базовых алгоритмов разработано несколько конкретных схем переноса IP-пакетов через низкоорбитальную сеть. Как правило, они основаны на алгоритме VN. В ряде коммерческих спутниковых сетей (включая проект сети Teledesic) используются собственные технологии маршрутизации, ориентированные на учет особенностей орбитальной группировки. Однако во всех этих решениях остается ряд проблем, связанных с практической реализацией алгоритмов маршрутизации, особенно при требовании обеспечения QoS.

Для коммутации трафика внутри сети в относительно большом числе проектов (Cyberstar, Astrolink, Spaceway, Skyway) предполагается применение технологии ATM в качестве базовой. В частности, существует ATM-версия алгоритма DT-DVTR, согласно которой каждая пара соседних спутников сгруппирована в виртуальный путь VPC (Virtual Path Connection), и бортовой процессор работает уже исходя из меток этого VPC. При этом предполагается применение специфичных для спутниковой сети протоколов сигнализации и передачи данных канального уровня. Предложенный модифицированный пакет S-ATM имеет меньшую избыточность без изменения размера ячейки (53 октета). Для адаптации подобных сетей к поддержке сервисов Интернет может быть использована технология передачи IP-трафика поверх ATM (IP over ATM).

Разработчики, производители и операторы спутниковых сетей делают все возможное, чтобы в их сетях были реализованы наиболее эффективные протоколы маршрутизации. В то же время детали реализации спутниковой сети должны быть скрыты от наземной сети Интернет. Для изоляции специфичных сетей широко используется концепция автономной системы AS (Autonomous System). Согласно ей, для маршрутизации трафика между AS применяются несколько стандартных протоколов, в то время как внутри каждой AS для передачи трафика может быть задействован свой собственный уникальный протокол маршрутизации.

Спутниковую сеть можно считать отдельной автономной системой Интернет с рядом граничных шлюзов BG (Border Gateway), реализующих внешний протокол маршрутизации BGP (Border Gateway Protocol), который принят в наземных автономных системах Интернет. Входной граничный шлюз определяет выходной граничный шлюз для каждого пакета. При необходимости входной и выходной шлюзы осуществляют инкапсуляцию или декапсуляцию пакетов и преобразование адресов. Граничные шлюзы можно реализовать как на борту, так и в составе ЗС. В первом случае требования к вычислительным ресурсам и энергетике спутника могут оказаться чрезмерными.

При организации доступа в Интернет через системы прямого вещания возникает проблема обеспечения однонаправленной маршрутизации, которая не может быть решена традиционными протоколами маршрутизации, рассчитанными на дуплексные каналы связи. Не считая нетривиальной настройки статической схемы маршрутизации, возможно два направления решения данной проблемы - путем модификации протоколов маршрутизации и с помощью тунеллирования трафика. В рамках IETF организована рабочая группа UDLR (Unidirectional Link Routing) для разработки соответствующего протокола. Модифицированный протокол должен позволять маршрутизатору-приемнику (с приемной стороны однонаправленного канала) идентифицировать маршрутизатор-передатчик (с передающей стороны однонаправленного канала) всякий раз, когда получает от него обновленную служебную информацию. Кроме того, маршрутизатор-приемник периодически должен сам отправлять свои служебные сообщения всем маршрутизаторам-передатчикам через наземные обратные каналы связи. Когда маршрутизатор-передатчик получает маршрутизирующую информацию, он обновляет соответствующую запись в своей таблице маршрутизации. Эта идея использована рабочей группой UDLR для модификации таких распространенных протоколов, как RIP, OSPF и DVMRP. С помощью тунеллирования трафика предпринимается попытка скрыть от процесса маршрутизации асимметричность используемых каналов. Между системой прямого вещания и терминалом пользователя посредством процедур инкапсуляции/декапсуляции эмулируется виртуальная двунаправленная линия. Она и является туннелем, через который передаются пакеты, предназначенные для передачи информации от пользователя к системе DBS. В конце туннеля на стороне пользователя пакеты сначала инкапсулируются, а потом обрабатываются протоколом маршрутизации, направляющим их через реальный обратный наземный канал. Пакеты, прибывающие на сторону системы прямого вещания, перехватываются и декапсулируются, а затем обрабатываются протоколом маршрутизации, для которого они выглядят так, как прибывшие по двунаправленному каналу. Рассмотренные схемы модификации и тунеллирования являются достаточно простыми и могут быть быстро реализованы. Однако, они разработаны применительно к однонаправленным каналам типа точка-точка, хотя по природе своей спутниковые системы относятся к широковещательным (типа точка - много точек). Разработка и оптимизация решений для такой сетевой архитектуры требует дальнейшего изучения.

5.18 Транспортные протоколы в спутниковых сетях

В качестве транспортных протоколов Интернет широкое применение нашли протоколы TCP и UDP. Однако их эффективность в спутниковых каналах резко снижается по причине имеющихся значительных задержек и высокого уровня канальных ошибок. Для управления скоростью передачи и обеспечения надежности доставки в протоколе TCP используется механизм положительной обратной связи. Большая задержка, присущая спутниковым каналам, увеличивает круговую задержку TCP и приводит к задержкам в получении подтверждений. Медленная обратная связь ограничивает функциональность механизмов управления скоростью передачи и предотвращения перегрузок, что в результате снижает эффективность работы протокола. Дополнительная проблема связана со значительными флуктуациями круговой задержки RTT (Round-Trip Time), которые особенно велики в низкоорбитальных спутниковых сетях. Флуктуации задержки RTT ведут к неправильно установленным тайм-аутам и ошибочным повторным передачам.

На этапе медленного старта протокол TCP увеличивает скорость передачи по экспоненциальному закону, но все же этого оказывается недостаточно, чтобы задействовать имеющуюся пропускную способность спутникового канала. Одно из предложений по модификации протокола состоит в увеличении начального размера окна. Протокол TCP позволяет устанавливать максимальный размер окна 64 Кбайт, которому соответствует максимальная скорость передачи 64 Кбайт/RTT. В результате пропускная способность спутникового канала не будет полностью задействована. Для устранения этого недостатка размер окна необходимо увеличивать. Ряд опций масштабирования окна TCP определены в документе IETF RFC1323.

Для спутниковых каналов связи характерен высокий уровень ошибок, обусловленных наличием помех, замираний, затенений и затухания сигнала на осадках. Хотя современные методы модуляции и канального помехоустойчивого кодирования (Forward Error Correction - FEC) значительно снижают уровень ошибок BER (Bit Error Rate), он часто остается неприемлемым для многих приложений. Однако протокол TCP «считает», что все потери передаваемых данных происходят только из-за перегрузок в сети. Как только обнаруживается потеря пакета, в целях борьбы с перегрузкой протокол TCP уменьшает размер окна в два раза, хотя на самом деле никакой перегрузки и не было. Специально разработанный альтернативный протокол SCPS-TP (Space Communication Protocol Standards-Transport Protocol) предусматривает меры по определению причин потери пакетов и разную реакцию на них. Асимметричность спутниковых каналов тоже вносит свою лепту в снижение эффективности TCP. Асимметричные спутниковые каналы имеют место не только в системах прямого вещания, но и в сетях VSAT, где наземные терминалы часто принимают значительно более высокоскоростные потоки данных, чем способны передать. Ограниченная пропускная способность обратного канала приводит к запаздыванию получения давно ожидаемых подтверждений.

Другая внутренняя проблема TCP - это специфика разделения канального ресурса между соединениями с разными значениями RTT: соединению с большим значением RTT несправедливо достается меньшая часть пропускной способности физического канала. Рабочая группа IETF, занимающаяся модификацией протокола TCP для спутниковых сетей, разработала ряд рекомендаций, улучшающих его эффективность:

1. Опция выборочного подтверждения TCP (Selective Acknowledgment - SACK), описанная в документе RFC2018, позволяет приемнику точно указать искаженный сегмент. В результате этого передатчик повторно передаст только искаженные пакеты. Данная опция также позволяет восстановить несколько искаженных сегментов в рамках окна передачи с одним значением RTT.

2. Расширение TCP для коротких блоков данных (TCP for Transaction - T/TCP), описанное в документе RFC1644, пытается сократить задержку установления соединения (handshaking latency) с двух до одного значения времени RTT, что должно существенно повысить скорость передачи коротких блоков данных.

3. Устойчивое TCP-соединение, поддерживаемое протоколом HTTP 1.1 (RFC2068), позволяет производить множество низкоскоростных передач данных в рамках одного устойчивого TCP-соединения.

4. Механизм открытого (discovery) MTU позволяет протоколу TCP использовать максимально возможный размер пакета, который допустим механизмом IP-сегментации. При этом уменьшается избыточность служебных заголовков и устраняется влияние неоптимальности параметров фрагментации/дефрагментации.

5. Применение кодов с исправлением ошибок FEC реализуется на канальном уровне модели ISO для улучшения качества спутниковых каналов. Однако кодирование не может решить всех проблем, в частности связанных с преднамеренными помехами или затуханием сигнала на осадках. Кроме кодирования FEC, другие механизмы канального уровня, такие, как перемежение битов и автоматический запрос повторения, тоже могут снизить уровень искажения пакетов.

Последние два направления не относятся непосредственно к транспортному уровню, однако способствуют повышению эффективности его работы. Расширения TCP могут преодолеть ряд ограничений стандартной версии протокола, к которым, однако, не относятся такие проблемы, как большая круговая задержка и асимметричность используемого канала. Один из путей облегчения влияния большой задержки - разделение ТСР-соединения на две или более части. Существуют три варианта разделения ТСР-соединения в спутниковой линии:

1. TCP spoofing. Исходное соединение делится на две части точкой разрыва, в качестве которой выступает шлюзовая станция. Она заблаговременно передает передатчику обманные (spoofing) подтверждения на принятые пакеты, а при необходимости пересылает любые потерянные данные приемнику.

2. TCP splitting. В отличие от предыдущего варианта исходное TCP-соединение делится на два или более полностью независимых соединения. Специфичный транспортный протокол может быть задействован в спутниковой сети без пересечения со стандартным TCP, используемым в наземной сети. Такой подход считается более гибким, так как в точке разрыва можно конвертировать большой набор различных транспортных протоколов.

3. Web-кэширование. В отличие от двух предыдущих вариантов TCP-соединение делится здесь с помощью механизма Web-кэширования. Если запрошенный контент находится в кэширующем сервере, то пользователи спутниковой сети соединяются только с ним и не устанавливают TCP-соединений с Web-серверами, находящимися за пределами спутниковой сети. Web-кэширование эффективно сокращает задержку соединения и непроизводительные потери пропускной способности канала.

Спутниковый транспортный протокол (Satellite Transport Protocol - STP) разработан специально для варианта разделения исходного TCP-соединения и выполнения функций управления трафиком в спутниковой сети. STP основан на протоколе SSCOP (Service Specific Connection-Oriented Protocol). Обратный трафик минимизирован в нем следующим образом. Передатчик периодически запрашивает приемник на предмет успешного приема, а в случае потери пакетов приемник уведомляет передатчик, посылая ему отрицательное селективное подтверждение. Таким образом реализуется гибридный механизм управления потоком. Протокол STP хорошо подходит для асимметричных каналов, так как в обратном направлении его служебный трафик имеет небольшой объем. Однако он тоже не различает причин потери пакетов и не устраняет влияние RTT на эффективность работы протокола TCP.

За рамками данной статьи остаются еще проблемы, которые необходимо решить при организации эффективной передачи IP-трафика в спутниковых сетях. Это обеспечение требуемого качества обслуживания в спутнике вой ТРсети (IP QoS), а также организация управления трафиком и предотвращение перегрузок.

5.19 Международные консорциумы в системах спутниковой связи (ССС)

Intelsat. Консорциум Intelsat (The International Telecommunications Satellite Organization) - старейший и наиболее крупный - образован в 1965 году с целью предоставления государствам-участникам консорциума (в основном - развивающимся странам) современных технологий связи. Intelsat - это организация, включающая более 120 стран полных участников и около 60 стран - ассоциированных участников. Первый коммерческий спутник Early Bird был выведен Intelsat на орбиту в апреле 1965 году. К июню того же года спутник официально начал передачу по 240 телефонным каналам, что эквивалентно одному телевизионному каналу по ширине полосы. Intelsat быстро вырос до крупнейшей ССС с 18 спутниками, располагающимися над Атлантикой, Индийским и Тихим океанами. В настоящее время базовыми спутниками Intelsat являются мощнейшие Intelsat VIII и Intelsat-К, значительно превосходящие по своим характеристикам первый Early Bird. Так в сравнении даже с Intelsat VI, оборудованным 48 приемопередатчиками, Intelsat VIII имеет 36 С-полос и 10 Ku-полос и поддерживает сотни тысяч телефонных каналов. Цена спутника на один канал с 100 тыс. долл. снизилась до нескольких тысяч, а цена минуты использования канала абонентом, составлявшая ранее 10 долл. понизилась до 1 доллара. Мощность солнечных батарей Intelsat VIII составляет 4 КВт, т.е. возросла по сравнению с Intelsat VI на 54% и, соответственно, в 4 раза по сравнению с Intelsat V.

Eutelsat. Консорциум Eutelsat (The European Telecommunications Satellite Organization) был образован 1977 году для передачи телефонных вызовов и европейских телевизионных программ на континенте. В 1994 году участниками Eutelsat были 36 государств Европы, в настоящее время страны восточной Европы становятся полноправными участниками консорциума.

Современная технологическая программа Eutelsat базируется на мощных спутниках Eutelsat II, а в дальнейшем, начиная с 1998 году будет переориентирована на спутники третьего поколения Eutelsat III, предоставляющие расширенные операционные возможности и предназначенные для использования в первом десятилетии следующего века.

Inmarsat. Консорциум Inmarsat (The International Marine Satellite Organization) образован в 1979 году по просьбе Международной морской организации (IMO) со штаб-квартирой в Лондоне с целью организации спутниковой связи для подвижных объектов (морских судов и авиационной техники). Организация включает 64 государства, содержит 20 крупных, размещенных по всему миру фиксированных ЗС и позволяет одновременно обслуживать до 10 тыс. подвижных объектов.

Поиск по сайту: