Рис. 7.3. VSAT-антена з ODU
Діаметр антен визначається діапазоном частот, швидкістю передачі інформації, потужністю радіоканалу та умовами експлуатації.
Зовнішній блок зазвичай складається з підсилювача з перетворювачем частоти та приймача і передавача.
Внутрішній блок включає супутниковий модем, контролер та інтерфейсні плати, які дають змогу підключати різноманітне обладнання з обробки даних та забезпечувати зв’язок з телефонною мережею.
Лідерами світових постачальників VSAT є компанії: Hughes, NEC, AT&T Tridon, GTE Spacenet, Scientific Atlanta. Існують також російські виробники VSAT-терміналів, продукція яких не поступається західним зразкам (РКК «Енергія» та ін.).
Типи терміналів
Існує кілька типів земних станцій VSAT. Їх можна умовно поділити на три покоління. Поява кожного нового покоління VSAT ставала можливою з розробленням нових технологій, створенням потужніших супутників зв’язку й освоєнням нових діапазонів частот.
VSAT першого покоління працювали в С-діапазоні і використовувалися тільки в мережах телерадіомовного типу, тобто абонентські термінали могли лише приймати потоки даних, а режим передачі в них не передбачався. Мережі такого типу дотепер широко використовуються для розподілу фінансової і ділової інформації, біржових зведень, передачі газетних смуг, у системах асиметричного доступу до Інтернет.
Друге покоління наземних станцій VSAT характеризується тим, що вони можуть підтримувати двосторонній (дуплексний) зв’язок. Ці термінали використовуються банківськими і фінансовими організаціями в мережах обміну даними, у мережах роздрібної й оптової торгівлі, промисловими підприємствами для зв’язку з філіями і постачальниками, а також для організації високошвидкісного двостороннього доступу до Інтернет та операторами зв’язку для створення виділених магістральних каналів між віддаленими вузлами з великим обсягом обміну даними. Більшість з них працює в Ku-діапазоні, хоча в деяких країнах у мережах, як і раніше, використовується С-діапазон.
Дуже поширеними стали термінали третього покоління з антенами діаметром 1,2 м і менше. Вони використовуються у великих мережах, що відрізняються низьким рівнем непостійного трафіка між ними. Такі термінали прості за конструкцією, відрізняються низькою ціною і працюють виключно в Ku-діапазоні.
Останнім часом на ринку з’явилося четверте покоління VSAT для мультимедійних додатків — USAT (Ultra Small Aperture Terminal). Вони працюють у Ku - та Ка-діапазонах і забезпечують швидкість до кількох мегабіт за секунду. При цьому розмір їхніх антен (у Ка-діапазоні) не перевищує 70 см, а ціна — в межах $500—1000.
Архітектура мереж VSAT
Архітектури мереж супутникового зв’язку розрізняються за конфігурацією трафіка та структурою керування.
Мережа типу «крапка — крапка» (рис. 7.4) дозволяє забезпечувати прямий дуплексний зв’язок між двома віддаленими абонентськими станціями через виділені канали. Така схема зв’язку найефективніша у разі великого завантаження каналів (не менш як 30—40 %). Перевагою такої архітектури є простота організації каналів зв’язку і їхня повна прозорість для різних протоколів обміну. Крім того, така мережа не потребує системи керування.
Мережа типу «зірка» (рис. 7.5) є найпоширенішою архітектурою супутникових систем зв’язку з абонентськими станціями класу VSAT. Така мережа забезпечує багатонаправлений радіальний трафік між центральною наземною станцією (ЦНС, у російській літературі — ЦЗС, в англійській — HUB); оснащена антеною великого діаметра, потужним передавачем і віддаленими периферійними станціями (терміналами). На рис. 7.6 показано зовнішній вигляд центральної наземної станції.
Рис. 7.4. Топологія мережі «крапка—крапка»
Рис. 7.5. Топологія мережі «зірка»
Недоліком архітектури типу «зірка» є наявність «подвійного стрибка» у разі зв’язку між терміналами мережі, що призводить до помітних затримок сигналів.
Мережі VSAT подібної архітектури широко використовуються для побудови корпоративних мереж різних транспортних, виробничих і фінансових установ з метою організації інформаційного обміну між великою кількістю віддалених терміналів (що не мають істотного взаємного трафіка) і центральним офісом фірми. Аналогічно будуються мережі телефонного зв’язку для обслуговування віддалених абонентів. Вихід на телефонну комутовану мережу загального користування здійснюється через центральну станцію, підключену до наземного центру комутації чи АТС.
Рис. 7.6. Центральна наземна станція
Функції контролю і керування в мережі типу «зірка» зазвичай централізовані й зосереджені в центральній керуючій станції мережі (ЦНС). Ресурси однієї ЦНС можуть використовуватися кількома автономними підмережами VSAT (загальна ємність мереж — до 10 тис. терміналів).
Мережі типу «кожний з кожним» (рис. 7.7), або повнозв’язкові мережі, забезпечують прямі з’єднання між будь-якими абонентськими станціями (так званий однострибковий режим зв’язку). Кількість необхідних дуплексних радіоканалів дорівнює N ´ (N – 1), де N — кількість абонентських станцій у мережі. При цьому кожна абонентська станція повинна мати (N – 1) канал прийому-передачі. Така архітектура оптимальна для телефонних мереж, створюваних у важкодоступних чи віддалених районах, а також для мереж передачі даних з відносно невеликою кількістю віддалених терміналів.
Рис. 7.7. Топологія мережі «кожний з кожним»
У зв’язку з тим, що для роботи між двома малими терміналами від VSAT вимагаються великі енергетичні ресурси порівняно з мережею «зірка», у мережах типу «кожний з кожним» на абонентських станціях доводиться використовувати потужніші передавачі й антени більшого діаметра, що помітно позначається на їхній ціні.
У таких мережах реалізується децетралізований варіант керування мережею — центральної керуючої станції немає, а елементи системи керування входять до складу кожної VSAT станції. Ця схема керування доцільна лише за створення невеликих мереж (до 30 терміналів) з високим трафіком між абонентами.
Кожний з описаних типів структур зв’язку має свої переваги і недоліки. У реальних ситуаціях часто потрібне надання широкого спектра послуг, кожна з яких краще реалізується в різних топологіях. Тому багато мереж будують за змішаними структурами.
5. Системи фіксованого супутникового зв’язку
Фіксовані супутникові служби призначені для організації зв’язку з нерухомими наземними станціями і зазвичай будуються на базі супутників-ретрансляторів, що запускаються на геостаціонарну орбіту.
Послуги фіксованого супутникового зв’язку надають п’ять великих міжнародних організацій: Іntelsat, Іntersputnіk, Eutelsat, Arabsat, AsіaSat та близько 50 регіональних і національних компаній. Серед них безперечним лідером є міжнародна система Іntelsat. Серйозними конкурентами є також міжнародні комерційні супутникові системи PanAmSat і Orіon, що забезпечують безперервне покриття основних регіонів земної кулі.
До систем фіксованого супутникового зв’язку належать:
· Системи розподілу радіо - і телевізійних програм (широкого мовлення) займають до 80% ресурсів геостаціонарних супутникових систем. Як приклади таких систем можна назвати російські супутники «Галс», «Бонум-1» і закордонні Intelsat, Astra, DirectTV, що працюють з антенами діаметром 45—90 см.
· Системи телефонного зв’язку (віддаленого доступу до телефонних мереж). Як приклад можна навести систему Іntelsat, через 25 супутників якої передається приблизно 2/3 міжнародного телефонного трафіка.
· Супутникові магістральні системи для організації каналів між великими вузлами (опорні мережі). Як приклади магістральних систем можна назвати російські супутники «Обрій» і «Експрес», що є малопотужними магістральними системами, для використання яких необхідні антени розміром 4,5—12 м. До систем середньої потужності можна віднести супутники «Експрес-М», «Купон», «Ямал», що уможливлюють налагодження зв’язку за допомогою невеликих наземних станцій з антенами діаметром 1,2—2,4 м.
· Системи передачі даних, корпоративні мережі передачі даних створюються переважно на основі геостаціонарних систем. Щоправда, відомий проект Teledesic (поки що не реалізований) передбачає використання низькоорбітального угруповання супутників у системі «Інтернет у небі». Основне призначення системи — надання послуг широкосмугового доступу до Інтернет, а також побудова корпоративних мереж.
Системи широкого мовлення та доступу до Інтернет
У регіонах з недостатньо розвиненою телекомунікаційною інфраструктурою реальною альтернативою наземним каналам є організація високошвидкісного доступу до Інтернет через супутник.
Існує два варіанти організації доступу до Інтернет за допомогою систем супутникового зв’язку:
· симплексний (передача інформації через спутниковий канал лише в одному напрямку — до користувача);
· дуплексний (передача інформації через спутниковий канал здійснюється в обох напрямках).
На сьогоднішній день найпоширенішим варіантом є симплексний канал чи Інтернет віщання (ІP-broadcastіng). Для організації таких каналів використовуються супутникові системи розподілу радіо - і телевізійних програм (DVB-технологія).
DVB-технологія
Системи на базі DVB (dіgіtal vіdeo broadcast) технології одержали значне поширення з початком ери цифрового телебачення і появою самого протоколу DVB. DіrecPC — перша система на базі цієї технології для Інтернет-мовлення — з’явилася 1998 року і мала успіх у США і Західній Європі. Серед інших подібних систем можна назвати: Speedcast, Heliosnet, НТВ-Інтернет, IP-Advantage.
Передача супутникового сигналу в такому випадку ведеться тільки в одну сторону, до клієнта, а зворотний канал організований по «землі» (рис. 7.8). Пропускна здатність супутникового каналу — до 45 Мбіт/с, а наземного — 9,6...33,6 кбіт/с.
Рис. 7.8. Схема зв’язку в DVB-системах
Оскільки клієнтський трафік має високу асиметричність (1 від клієнта та 7—10 до клієнта), то така організація зв’язку є досить ефективною.
Основні клієнти такої послуги — SOHO (small offіce — home offіce, тобто маленькі компанії — домашні користувачі).
Абоненту необхідно придбати абонентську станцію (антена +
+ конвертор + DVВ-картка для комп’ютера). Крім того, йому потрібний звичайний модем для комутованої телефонної лінії для зв’язку з Інтернет-провайдером.
Після інсталяції DVB-картки (супутникового модема) на комп’ютері клієнта встановиться програма, наприклад, DVB Modem, після запуску якої з’являється вікно ComBox SatStream (рис. 7.9), де виводяться результати послідовного виконання процесів ініціалізації устаткування абонента в системі. Після аутентифікації абонента по запитальному каналу (телефонному) потоки відповідних даних направляються від джерела інформації не до абонента безпосередньо, а тільки на мережевий операційний центр і лише потім по супутниковому каналу доставляються абоненту.
Рис. 7.9. Вікно ComBox SatStream
Для потенційного провайдера необхідна наявність станції супутникового зв’язку для організації Інтернет-мовлення за технологією DVB. Крім приймально-передавальної станції потрібно мати ще такий комплект устаткування: супутниковий модулятор і DVB-мультиплексор, NMS (Network Management System — центр керування мережею) і проксі-сервер.
Оскільки слід також платити за використовуваний супутниковий ресурс, а в разі невеликої абонентської бази використання цього ресурсу незначне і система не є окупною, то такі проекти реалізуються шляхом інтегрування рішень щодо Інтернет-до-
ступу до мережі регіонального телерадіомовлення. У такому випадку Інтернет-провайдер несе витрати тільки за займану ним для ІP-мовлення смугу транспондера супутника-ретранслятора.
Frame Rеlay
Особливістю використання протоколу Frame Relay в супутникових мережах є те, що він має широкі можливості щодо розподілу фізичного каналу передачі на незалежні віртуальні канали, у кожному з яких передається свій потік інформації, на відміну від протоколу DVB, що не має гнучких засобів керування і резервування пропускної здатності. Якщо ж канал не завантажений, то вільною смугою можуть користуватися всі, досягаючи швидкостей у кілька разів більших, ніж домовлені мінімальні (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Схема зв’язку в мережі Frame Rеlay
Крім цього, протокол Frame Relay може здійснювати транспортування не тільки ІP, а й інших типів трафіка, наприклад X.25, Ethernet Brіdge, Voіce over FR, що розширює сферу застосування каналів Broadcast на основі Frame Relay. Для реалізації такої функції в DVB-системі на приймальній стороні потрібно мати додатковий маршрутизатор і досить дорогий пристрій — демультиплексор DVB.
Швидкість у супутниковому каналі варіює від 32 кбіт/с до 8 Мбіт/с.
Серед рішень на основі Frame Relay можна назвати ІP Multіcastіng.
Ця технологія орієнтована на регіональні ІSP і корпоративних клієнтів. Безумовно, використання такої супутникової мережі не забезпечить дуже низьких цін на доступ до Інтернет для тих, хто підключений до приймальних абонентських станцій. Однак вона надасть високошвидкісний доступ до Інтернет у тих місцях, де іншої альтернативи немає.
Технології дуплексного супутникового доступу до Інтернет
SCPC-технологія
Найстарішим рішенням двостороннього супутникового Інтернет є дуплексні SCPC-канали, створені за схемою «крапка—крапка» (рис. 7.11).
Рис. 7.11. Схема зв’язку за технологією SCPC
Досить висока ціна з розрахунку на один абонентський вузол не дає змоги будувати за даною технологією регіональні мережі. Дуплексні SCPC-канали використовуються відносно великими провайдерами за відсутності наземних каналів або як резервний канал.
Технології для VSAT-мереж зі структурою «зірка»
На сьогодні ринок пропонує деяку кількість мережевих технологій з різними методами доступу (TDMA, DAMA, FTDMA) до космічного сегмента. Як правило, вони мають структуру типу «зірка». У мережі існує центральна станція, що поєднує в собі функції шлюзу в зовнішні мережі і центру керування, а також невеликі абонентські термінали (рис. 7.12).
Рис. 7.12. Схема зв’язку з Інтернет при використанні мережі VSAT
Віддалений абонентський термінал має такі характеристики: прийом до 8 Мбіт/с, зворотний канал — до 128 кбіт/с, можливість організації телефонії і передачі факсу.
Корпоративні мережі передачі даних з використанням супутникового зв’язку
При проектуванні корпоративної мережі вибір технічного рішення доцільно здійснювати в три етапи:
1) вибір технології (TDM/TDMA, SCPC, MF-TDMA чи ін.);
2) вибір супутника-ретранслятора;
3) вибір конкретної системи серед наявних на ринку.
На сьогодні існує кілька основних технологій побудови мереж супутникового зв’язку. Всі вони мають свої переваги й недоліки, але жодна з них не є універсальною. Для підвищення ефективності роботи в багатьох сучасних системах успішно поєднуються кілька технологій одночасно. Основна відмінність між ними — спосіб використання ресурсу супутникового ретранслятора. Розглянемо ці технології.
SCPC (Sіngle Channel Per Carrіer) / MCPC (Multі Channel Per Carrіer) активно застосовують для побудови невеликих мереж з інтенсивним трафіком. Кожна наземна станція, що реалізує SCPC, має виділений постійний сегмент ємності супутникового ретранслятора і підтримує постійне з’єднання. Основна перевага цієї технології полягає в тому, що вона гарантує необхідну пропускну здатність каналу супутникового зв’язку, а головний недолік — відсутність у ній можливості динамічного перерозподілу ресурсу ретранслятора між вузлами мережі.
DAMA (Demand Assіgned Multіple Access) надає ресурс супутникового ретранслятора за вимогою. У мережах з технологією DAMA канал зв’язку виділяється користувачу тільки на час проведення сеансу зв’язку, що значно заощаджує ресурси супутникового ретранслятора. У деяких реалізаціях технології DAMA передбачена можливість встановлення з’єднань з різною пропускною здатністю для різних сеансів зв’язку. Ресурс ретранслятора розподіляється центральною станцією мережі.
MF-TDMA (Multі Frequency-Tіme Dіvіsіon Multіple Access) надає багатьом станціям динамічний доступ до загального каналу з часовим поділом. На відміну від технології DAMA доступ надається значно швидше. Однак наземні станції мережі TDMA коштують досить дорого, оскільки кожна з них — навіть із мінімальним трафіком — має передавати дані зі швидкістю, що дорівнює за-
гальній пропускній здатності розподіленого за часом каналу. У мережах TDMA центральна керуюча станція, як правило, відсутня.
FTDMA (Frequency Tіme Dіvіsіon Multіple Access) — технологія для мереж з різними топологіями (повнозв’язковою чи «зіркою»), що вибирається залежно від типу основного трафіка (телефонія чи передача даних). У мережі FTDMA центральна наземна станція організовує зв’язок для віддалених станцій, надаючи їм вільні тимчасові слоти на кількох несівних частотах.
TDM/TDMA (Tіme Dіvіsіon Multіplexіng / Tіme Dіvіsіon Multіple Access) — комбінована технологія мереж з топологією типу «зірка». Центральна наземна станція зв’язується зі станціями користувачів за допомогою одного чи кількох закріплених каналів TDM (з часовим мультиплексуванням), а станції користувачів здійснюють доступ до центральної наземної станції через канали TDMA. У мережі TDM/TDMA дані, передані між двома будь-якими станціями користувачів, двічі проходять через супутник-ретранслятор («подвійний стрибок»). При цьому виникає істотна (1—2 с) затримка сигналу.
За вибору тієї чи іншої технології враховуються такі вхідні дані, як кількість терміналів у мережі, функціональність, пропускна здатність каналів зв’язку (табл. 7.2).
Таблиця 7.2
Критерії вибору технології створення
мереж супутникового зв’язку
Технологія | Максимальна швидкість | Кількість терміналів |
SCPC/MCPC | 2048 | 2—16 |
MF-TDMA | 3800 | 10—200 |
TDM/TDMA | 128 | 30—1500 |
FTDMA | 128 | 15—3000 |
Рис. 7.13. Структура корпоративної мережі
з використанням супутникових каналів
При виборі супутника слід ураховувати такі параметри: ціну оренди космічного сегмента, енергетичні параметри транспондера і його зону покриття.
Вибір конкретної системи (технічного обладнання) досить складний, оскільки, незважаючи на схожість систем супутникового зв’язку різних виробників, що працюють за тією самою технологією, вони не ідентичні і мають багато особливостей, що здатні сильно вплинути на інвестиційні й експлуатаційні характеристики створюваної мережі. Як приклади таких систем можна назвати: SkyWAN, SkyPerformer, LinkWay 2000 та ін.
Узагальнену структуру корпоративної мережі на основі супутникових каналів зв’язку зображено на рис. 7.13.
Найчастіше такі системи створюються за принципом «кожний з кожним» або мають будову типу «зірка». У віддалених офісах компанії встановлюються супутникові станції класу VSAT.
Для конфігурації і моніторингу мережі використовуються системи керування і моніторингу (NMS), що встановлюються зазвичай на центральній наземній станції. Основні функції — перерозподіл ресурсів між користувачами, керування віддаленими станціями, контроль поточного стану компонентів мережі. Засобами NMS забезпечуються збирання і первинна обробка статистичних даних про мережу.
Системи керування і моніторингу будуються на основі SNMP-агентів, установлених на кожному віддаленому терміналі.
6. Системи мобільного супутникового зв’язку
Мобільні супутникові служби (МСС) використовуються для зв’язку з рухомими об’єктами.
Регламентом радіозв’язку для систем персонального супутникового зв’язку виділені діапазони частот до 1 ГГц, а також смуги частот у діапазонах L (1,5—1,6 ГГц) та S (1,9—2,2 і 2,4—2,5 ГГц). У перспективі розроблювачі систем мають намір використовувати більш високочастотні діапазони Ka (20—30 ГГц) і EHF (40—50 ГГц).
Перші супутникові системи мобільного зв’язку розроблялися як системи спеціального призначення (морські, повітряні, автомобільні й залізничні) і були орієнтовані на обмежену кількість користувачів. Вони будувалися з використанням геостаціонарних супутників і мали низьку пропускну здатність.
Якісний стрибок у розвитку персональних супутникових систем відбувся у зв’язку з упровадженням цифрових методів передачі мови і даних. Нові можливості для мобільного супутникового зв’язку відкрилися з упровадженням проектів супутникових систем на негеостаціонарних орбітах (низьких кругових і середньовисоких). Орбіти таких супутників близькі до поверхні Землі, що дає можливість використовувати дешеві малогабаритні термінали і невеликі антени. Сучасні системи мобільного супутникового зв’язку орієнтовані на масового споживача.
Тепер зберігається поділ систем мобільного супутникового зв’язку за видами інформації, що передається, на:
· мережі радіотелефонного зв’язку (Іnmarsat-A, - B і - M, AMSC, MSAT, Optus, Ace);
· системи передачі даних для диспетчеризації транспорту (Іnmarsat-C, Omnіtracs, Euteltracs).
Мобільний радіотелефонний супутниковий зв’язок
Для того щоб користуватися радіотелефонним супутниковим зв’язком, абонент має укласти договір з компанією-оператором, що надає таку послугу. В Україні цю послугу надають «Турая-Україна» (Thuraya) і «Елсаком-Україна» (Globalstar).
Також необхідно придбати мобільний супутниковий радіотелефон. Це зазвичай двостандартний телефон, що крім стандарту супутникового зв’язку підтримує ще якийсь зі стандартів стільникового зв’язку, наприклад GSM-900/Globalstar.
Абонентові послуги мобільного супутникового зв’язку забезпечуватиметься якісний телефонний зв’язок (а з недавніх пір і відеозв’язок) практично з будь-якої ділянки земної кулі. Це досягається безпосередньою передачею радіосигналу з телефонного апарата на один із супутників тієї або іншої глобальної системи зв’язку (рис. 7.14).
Окрім передачі голосу абонентам надаються також послуги: відправлення коротких повідомлень, голосової пошти і переадресування, визначення місцезнаходження, очікування й утримання виклику, глобальний роумінг і закриті абонентські групи.
Проте технологія супутникового зв’язку накладає ряд обмежень. Зокрема, у супутниковому режимі телефон: не працює всередині будинку, не приймає вхідні виклики у разі складеної супутникової антени, нестабільно працює тоді, коли є високі перешкоди (наприклад, на вузьких вулицях з високими будинками, у густому лісі тощо).
Рис. 7.14. Схема мобільного супутникового зв’язку
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
