Мультисервисное оборудование спутниковых сетей

Мультисервисное оборудование спутниковых сетей можно классифицировать по целому ряду признаков: по предназначению систем - глобальные (десятки тысяч терминалов) и локальные (несколько десятков или сотен терминалов); по топологии - звездообразные, полносвязные или гибридные; по типам интерфейсов – ATM (ATM - Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных), Frame Relay (Frame relay –ретрансляция кадров - протокол канального уровня сетевой модели OSI) и т.д. Все спутниковые сети с звездообразной топологией имеют в своем составе центральную станцию с HUB организацией.

Определение 1. Hub (концентратор) - сетевое устройство, соединяющее несколько компьютеров локальной вычислительной сети и обеспечивающее их взаимодействие друг с другом, с остальной сетью и Интернетом. Все пользователи, подключенные к концентратору, совместно используют доступную полосу пропускания сети (в отличие от коммутаторов, которые обеспечивают полную полосу пропускания для каждого ПК).

Определение 2. Hub-Концентратор - центральное устройство в сети конфигурации "звезда". Благодаря возможности изоляции узлов и расширения радиуса охвата локальной сети, может использоваться для централизованного управления сетью.

Определение 3. Hub-Сетевое устройство, соединяющее несколько компьютеров локальной вычислительной сети и обеспечивающее их взаимодействие друг с другом, с остальной сетью и Интернетом.

Полносвязные сети (работающие по схеме «каждый-с-каждым») могут иметь структуру как с HUB, так и без HUB. Отличительной особенностью станции HUB от других станций сети является состав ее оборудования. Центральная станция имеет антенну большего диаметра, мощный передатчик, большее количество, чем на других станциях сети, устройств каналообразующей аппаратуры, а также различное вспомогательное оборудование. Кроме того, станция HUB предполагает наличие средств контроля и управления ресурсами всей спутниковой сети. Наличие шлюзов в составе центральной станции обеспечивает доступ удаленных терминалов в корпоративные сети и сети общего пользования. При создании многоуровневых иерархических сетей могут применяться мини HUB.

Наличие большой антенны позволяет обеспечить высокое отношение сигнал/шум на приеме и тем самым уменьшить требуемую мощность передатчиков абонентских станций, работающих с HUB. Неиспользованную при этом мощность транспондера (транспондер происходит от английского transponder от transmitter-responder - передатчик-ответчик) можно пустить на увеличение мощности прямого канала или каналов (от HUB), что, в свою очередь, позволит применить антенны меньшего диаметра на абонентских станциях. Все эти меры позволяют существенно снизить стоимость абонентских станций. При большом числе дешевых абонентских станций суммарная стоимость сети, с относительно дорогой HUB станцией, в пересчете на одну станцию, становится достаточной низкой. Звездообразная топология находит применение в большом числе приложений. Это банковские приложения (банкоматы, POS терминалы), системы дистанционного обучения, сети Интернет-сервис провайдеров, широкополосные вещательные интерактивные сети, телемедицина. Примером для построения таких мультисервисных сетей является оборудование типа LinkStar производства Viasat, 360Е производства Gilat, а также оборудование в стандарте DVB RCS (DVB-RCS - Digital Video Broadcasting - Return Channel via Satellite, также Return channel over system. Стандарт телевещания, утверждённый Европейским Институтом Стандартизации в области Связи (ETSI) в 2000 году). Все эти решения используют технологию асимметричной передачи с прямым DVB и обратными DVB-RCS каналами. Абонентские терминалы имеет малую стоимость и высокие технические характеристики. Наиболее экономически выгодно использовать такие решения при построении сетей «массового» обслуживания, т.е. когда абонентские терминалы устанавливаются у конечного пользователя. При этом количество этих терминалов может достигать десятка тысяч.

Полносвязные сети обеспечивают непосредственную связь любых станций сети между собой. Причем такая связь, в отличие от звездообразных сетей, является "односкачковой", что уменьшает задержку в канале и экономит спутниковый ресурс. Полносвязные сети идеально подходят для сервиса передачи голоса и корпоративных сетей с большой долей трафика между филиалами. Однако связь «каждый-с-каждым» приводит к необходимости использования однотипного оборудования на всех станциях сети (антенны, передатчики, терминалы), что увеличивает стоимость абонентской спутниковой станции и снижает стоимость HUB(а). Использование на центральной станции такой сети большой антенны не дает никаких преимуществ, поэтому полносвязные сети выгоднее строить с архитектурой не использующей HUB. При этом функции управления ресурсами сети может выполнять любой терминал. Иногда, для обеспечения реализаций этих функций к терминалу требуется подключить центр управления сетью. Отсутствие HUB позволяет реализовывать любую топологию сети - полносвязную, звездообразную и гибридные многоуровневые сети. Примерами такого способа построения мультисервисной сети является семейство продуктов LinkWay производства Viasat, оборудование Eclipse, предлагаемое компанией EADS Astrium, а также оборудование SkyWAN (SkyWAN гибкая и универсальная система для организации спутниковых корпоративных сетей) компании NDSat. Продукты этой серии используют пакетную передачу на основе MF-TDMA (Multi-Frequency Time-Division Multiple Access – протокол, используемый в спутниковой связи при передаче данных в обратном канале.) технологии и имеют отличные характеристики по скорости передачи, числу поддерживаемых интерфейсов и сервисов. При создании спутниковых мультисервисных сетей встает вопрос оптимального выбора той или иной технологии и оборудования. Помимо чисто технических аспектов (требуемые сервисы, топология сети, пропускная способность отдельного терминала и сети в целом, используемые интерфейсы и т.п.), возникает вопрос об экономической целесообразности применения той или иной сети. Ниже представлено сравнение стоимости трех перечисленных выше сетей в зависимости от числа станций в сети. Наиболее низкой базовой стоимостью обладает сеть Eclipse. Поскольку система управления сетью встроена в мультисервисные терминалы, то затраты на расширение сети будут прямо пропорциональны количеству терминалов в сети. Кроме того, малые накладные расходы на нужды управления позволяют минимизировать объем арендуемого частотного ресурса. Данная особенность Eclipse позволяет экономично строить сети, использующие в качестве транспорта протокол TCP/IP, LinkWay, а также обладая начальными затратами на внешнюю систему управления сетью, но не требующий HUB, наиболее эффективен в сетях в случае необходимости работы с интерфейсами ATM Frame Relay и может содержать до нескольких тысяч терминалов (реально проверенные и работающие сети содержат до 400 станций LinkWay). Наряду с очевидными плюсами технологий спутниковых мультисервисных сетей, нельзя не отметить, что, в ряде случаев, они уступают по эффективности использования спутникового ресурса традиционным спутниковым каналам типа «точка-точка» или «точка-многоточка» на основе спутниковых модемов.

1. Земные станции спутниковой связи.

   Спутниковая связь опирается на две составляющие - спутниковый сегмент и земные станции спутниковой связи (ЗССС). Спутниковый сегмент базируется на спутниках связи расположенных на геостационарных орбитах. ЗССС осуществляют доступ к спутниковому сегменту и формируют спутниковые каналы связи. Доступ ЗССС к спутниковому сегменту осуществляется на основе аренды полосы частот на определенном спутнике у оператора, являющегося владельцем спутникового ресурса. Связь осуществляется в двух диапазонах частот - С и Ku: C - диапазон 3400 -5250 МГц и 5725 – 7075 МГц; Ku - диапазон 10,70 - 12,75 ГГц и 12,75 - 14,80 ГГц. В состав любой ЗССС входят следующие компоненты:

1. Антенная система;

2. Малошумящий усилитель (LNA - Low-Noise Amplifier);

3. Преобразователи частоты «вверх» и «вниз»;

4. Усилитель SSPA (Solid State Power Amplifier) – полупроводниковый, HPA - ламповый;

5. Вместо связки LNA + преобразователь частоты "вниз" может использоваться малошумящий блок (конвертер) (LNB), а вместо связки SSPA + преобразователь частоты вверх может использоваться усилитель-преобразователь (BUC или SSPB). Кроме того, LNB и SSPB (Solid-State Power Block) могут конструктивно объединяться в единое устройство - трансивер;

6. Каналообразующее оборудование, задачей которого служит преобразование наземных интерфейсов и каналов связи в радиосигнал, который можно передать и принять по спутниковому каналу. К этой категории устройств относятся спутниковые модемы и оборудование мультисервисных сетей;

7. В состав центральных станций спутникового цифрового аудиовещания и телевидения входят также соответствующие кодеки, мультиплексоры и модуляторы;

8. Вспомогательного оборудования - устройств для организации резервирования, систем управления а также измерительного оборудования.

В зависимости от состава оборудования, назначения и места установки различают периферийные (абонентские), узловые и центральные (HUB) земные станции. ЗССС могут быть как стационарные, так и мобильные. Применяемые для спутниковой связи ЗС являются либо стандартными станциями спутниковых сетей, например на базе терминалов LinkWay, LinkStar, Eclipse, RCF6001, DMD20LBST, DMD2401LBST c соответствующими антеннами, либо специфическими, специально разработанными станциями, такими как ЗССС Югра-ЦМ, и Югра-ПМ. Проектирование и создание ЗССC определяется целым комплексом начальных условий и исходных данных, и выполняется под конкретные требования заказчика. При проектировании необходимо учитывать регион размещения ЗС, параметры спутника, требования заказчика по обеспечению нужных ему сервисов, уже имеющееся оборудование. Необходимо предусмотреть возможность резервирования и расширения, решить вопрос контроля и управления оборудованием и каналами. Независимо от класса, состава и назначения ЗССС, для ее работы требуется комплект разрешительных документов. Все оборудование ЗССС подлежат сертификации как единая система, независимо от того, что все компоненты ЗС могут иметь свои отдельные сертификаты. Оператор связи должен иметь соответствующие лицензии, а также разрешение на использование радиочастот, а ЗС должна иметь разрешение на эксплуатацию.