Исследование применения сети vsat в системах сотовой связи Магистрант Абдрахманов км группа мтсп122
 Скачать 2.56 Mb.
|
|
1.4 Топология сетей VSAT В зависимости от распределения трафика между абонентами архитектура сетей спутниковой связи различается по некоторым признакам, таким как конфигурация трафика и структура его управления. Топология сети VSAT состоит из 1) топологии звезда. В топологии звезда передача с удаленных терминалов коммутируются на ЦУС (см. рисунок 1.2) [1]. ЦЗС в такой топологии находится в центре, те. все входящие сигналы приходят сначала наземную станцию затем, после обработки, отправляются обонентам. Рисунок 1.2 – Топология звезда сети VSAT Недостатком такой архитектуры является то, что имеет место двойной скачок при организации связи между терминалами сети, что приводит к увеличению задержек сигнала в сети. Сети VSAT похожей архитектуры широко используются для осуществления информационного обмена между большим количеством удаленных терминалов, которые не имеют общего трафика, и центральным офисом фирмы, атак же различными транспортными, производственными, да и финансовыми предприятиями (см. рисунок 1.3). К числу недостатков топологии звезда относятся большая задержка сигнала, около 600 мс, которая снижает использование такой сети для телефонной связи, ноне влияет на обмен данными 18 использование частотного ресурса ретранслятора на 50% в случае обмена данными между ЗС. Функции ЦЗС сводятся к приему, коммутации и распределению информационных потоков. Ресурсы будут использоваться лучше, если в сети будет преобладать однонаправленная передача информации. Рисунок 1.3 – Пример организации топологии по типу звезда Архитектура по типу Звезда используется при большом количестве периферийных терминалов при отсутствии необходимости телефонных и других устройств при использовании направленной передачи данных (например, в сетях сбора информации. Если считать, что спутник на геостационарной орбите находится в пределах 35 400 км от поверхности Земли, то передача сообщений будет занимать определенное время. С увеличением расстояния, передача 1 бита информации из одного места в другое (единичный "скачок) занимает около 0,25 секунды. Если же передача осуществляется от одной станции VSAT на подобную станцию, то топология звезда подразумевает под собой целых два таких скачка, что приводит к увеличению задержки в два раза и составит 0,5 секунды. Такая задержка во времени незначительна, если передача данных осуществляется между двумя компьютерами. К тому же, топология звезда позволяет станциям VSAT использовать меньшие размером антенны и передатчики, имеющие малую мощность, так как они работают с использованием одной большой антенны на ЦЗС. 19 Но задержка при использовании топологии звезда может стать заметной только при голосовой передаче. Поэтому данную топологию лучше использовать при передаче сообщений, которая происходит между центральной системой и отдаленными станциями и будет составлять один скачок или когда передача от одной станции VSAT к другой не требует мгновенного ответа [5]. 2) полносвязная топология по типу каждый с каждым. В данной топологии, ее еще называют топология Mesh, обмен информации происходит между периферийными терминалами (см.рисунок 1.4). В таком случае, нет необходимости в использовании большой ЦЗС, а управление и распределение ресурсов выполняет координирующая станция, в качестве которой может выступать любая земная станция, если у нее есть соответствующий аппаратно- программный комплекс средств (см. рисунок 1.4) [1]. Рисунок 1.4 – Полносвязная топология по типу каждая с каждой В сети типа каждый с каждым обеспечиваются прямые соединения между любыми абонентскими станциями (так называемый "односкачковой" режим связи. Количество, в таком случае, требуемых дуплексных радиоканалов равно N x = (N - 1), где показатель N - это число абонентских станций в данной сети. Таким образом, каждая абонентская станция должна иметь как минимум N - 1 каналов для приема и передачи одновременно. Данная архитектура оптимальна для таких сетей как телефонная, которые создаются в труднодоступных или удаленных районах, а также для сетей передачи данных с малым числом удаленных терминалов. Для работы между двумя небольшими терминалами от сети VSAT требуются большие энергетические ресурсы в данной типологии в отличие от 20 топологии звезда, так как в сетях по типу каждый с каждым на абонентских станциях используются мощные передатчики и антенны большего диаметра. Топология сети по типу «mesh» обеспечивает такую возможность VSAT, как общение напрямую с другими станциями VSAT. Причем сводя к минимуму задержку при передачи групповых потоков сообщений. Это означает, что осуществить телефонный разговор между людьми, говорящими по телефонам, соединенным через сеть VSAT, можно использую только единичный скачок, незаметный для большинства людей. Технология Mesh IP поддерживает передачу таких данных в один единственный скачок для компьютерных приложений, таких как программное обеспечение клиент/сервер, которое требует мгновенного соединение между компьютерами в отдаленных точках см. рисунок 1.5) [1]. Рисунок 1.5 – Пример топологии Mesh В сетях типа Mesh также возможна связь одной абонентской станции с другой, минуя центральную станцию. На сегодняшний день, такие сети представляют собой целый отдельный класс спутниковых сетей, для построения которых используются специфические технологии, такие как TDMA, FTDMA и специфическое, достаточно дорогое оборудование, такое как терминалы Wiasat LinkWay, Eclipse и др. Последние достижения спутниковой связи позволяют создавать даже полносвязные сети внутри одной сети по типу звезда. Операторы, которые предоставляют услуги двустороннего 21 спутникового Интернета, предлагают абонентам внутри своей сети, находящимся под управлением своей центральной станции, организовать полносвязную спутниковую сеть. Если клиент сети по типу Звезда получает только одну земную станцию и только возможность доступа к только разделяемому спутниковому каналу связи, то клиент сети по типу «Mesh» получает как выделенный спутниковый ресурс, таки доступ ко всем станциям. Сеть клиента может объединять до десятка и даже сотни земных станций, при этом каждая такая станция будет передавать любые данные любой другой станции напрямую, и на каждой станции будет установлен единственный терминал, котрый будет вещать по всем направлениям. Таким образом, сеть по типу «Mesh» работает тк же как и один маршрутизатор с использованием географически распределенных портов. Что касается спутникового ресурса, выделенного клиенту, тот он может распределяться между его станциями как динамически, таки в зависимости от его мгновенных потребностей. Данное свойство позволяет эффективно использовать арендованную полосу пропускания. Да и с таком случае, оборудование позволяет назначить приоритеты каждому типу трафика. Такая возможность дает голосу доступ в сети без больших задержек, а в те моменты, когда идут перегрузки в канале, придерживает трафик данных в буферах терминалов. К преимуществам полносвязных сетей спутниковой связи оотносятся: организация связи между двумя станциями сети по типу «Mesh» осуществляется при задержки в один скачок, что позволяет использовать такую сеть как для приложений, критичных к задержкам, таким как телефония или видеоконференцсвязь; внутренний трафик сети клиентов не проходит через центральную станцию, а спутниковый канал связи используется только один рази плата за него не берется дважды возможности сетей по типу «Mesh» расширены относительно других технологий. Одно и тоже клиентское оборудование для сети по типу «Mesh» может работать как в самой сети «Mesh», таки в режиме по типу звезда с центральной станцией. Один терминал также может функционировать ив двух режимах одновременно, одна и та же станция будет использоваться для связи с другой абонентской станцией, например, для организации корпоративной телефонной связи, и с центральной станцией сети, например, для получения доступа к сети Интернет. Станции сети по типу «Mesh» могут также работать в режиме, когда закреплены каналы, то есть по типу «точка-точка» или точка- хаб» с фиксированной скоростью, схоже с работой режимаа SCPC. Только в режиме SCPC отдельного частотного присвоения не требуется. Недостатком сетей по типу «Mesh» является высокая стоимость оборудования, по сравнению с сетями по типу Звезда, атак же высокая стоимость выделенных каналов, по сравнению с режимом SCPC. Ноне смотря 22 на недостатки, достоинств намного больше, что с лихвой компенсируются при использовании этой топологии применимо к бизнесу. Оборудование для сетей по типу «Mesh» схоже с оборудованием для двунаправленного спутникового Интернета. Это объясняется тем, все абонентские станции по типу «Mesh» работают со станциями сети типа Звезда водной плоскости, под управлением единой центральной станции («хаба»). Но есть два существенных отличия этих топологий и оборудования. Первое отличие - количественное. Станции по типу Звезда работают в паре с центральной станцией, имеющей большую антенну большого диаметра и достаточно мощный передатчик, поэтому они сами могут иметь достаточно небольшие антенны и достаточно слабые передатчики. Станции по типу «Mesh» работают друг с другой, поэтому они имеет антенны несколько большего размера, чем станции по типу Звезда, и более мощные передатчики. Второе отличие - качественное. Станции по типу Звезда принимают только один сигнал типа TDM от своей центральной станции. Он представлячет собой непрерывный цифровой поток на одной несущей частоте, в котором передаются как полезные данные, таки служебные команды по управлению данной сети. По структуре этот сигнал похож на сигнал спутникового цифрового телевидения типа DVB. Станции по типу «Mesh» тоже получают временную синхронизацию от своей центральной станции сети и полностью управляются ею устройство «хаб» анализирует потребности своих станций на передачу и динамически распределяет между ними пропускную способность общего спутникового канала связи. Поэтому станция п типу «Mesh» должна принимать сигнал типа TDM от своей центральной станции. В то время как она должна также принимать передачи других таких же своих станций. Делатьь это достаточно сложно потому как они передают информацию пакетами, или вспышками (burst mode), только во временных окошках (тайм-слотах), назначенных им своей центральной станцией. Кроме того, они передают на той частоте, отличной от частоты несущей сигнала типа TDM. Поэтому такие терминалы абонентских станций по типу «Mesh» имеют два независимых демодулятора один служит для приема несущей от устройства «хаб», второй - для приема беретов от других абонентских станций сети типа «Mesh». Разные производители реализуют эту особенность по-своему. Абонентский терминал с названием SkyEdge-Pro от фирмы Gilat имеет свое базовое шасси с одним лишь демодулятором типа TDM, которое обеспечивает работу только в оном режиме и это по типу Звезда. Для работы же в режиме по типу «Mesh» это шасси комплектуется дополнительной платой для второго демодулятора. У такого терминала уже будет два отдельных входа с разными разъемами, для подключения которых к LNB будет использоваться уже внешнее устройство - сплиттер. Оборудование фирмы IDirect построено уже последующему принципу для работы с одними тем же устройством «хаб» уже используются терминалы типа Infinity-3100, которые поддерживают только 23 топологию Звезда, и терминалы типа Infinity-5300, которые поддерживают и топологию Звезда, и «Mesh». Одновременно с работой в сети по типу «Mesh» абонентские станции могут работать в сети с топологие по типу Звезда, обеспечивая доступ в Интернет (см. рисунок 1.6) [5]. Рисунок 1.6 – Вариант построения корпоративной сети Сети по типу «Mesh» подходят как для видеоконференций, таки телефонии, но лучше для видеоконференций. Временная задержка в таком случае минимальна и составляет от 0,25 секунд и не зависит от направления передачи трафика. Возможны скорости передачи до 3 Мбит в сек - это при современных технологиях сжатия видео, таких как MPEG-4 AVC, Н, Windows Media, что соответствует качеству вещательного телевидения. Канал может также быть предоставлен с гарантированной минимальной скоростью или гарантированной постоянной скоростью. При этом клиентам будут выделяться не физические каналы, как в режиме SCPC, а будут выделятся виртуальные каналы, которые по окончании конференции автоматически переходят другим пользователям сети. Абонентская же станция будет оборудована антенной малых размеров, порядками одним терминалом, стоимость будет выше стоимости станции двунаправленного спутникового Интернета, ноне значительно отличаться. Частотного же присвоения не требуется, достаточно будет только свидетельства о регистрации РЭС. Все это позволяет организовать ВКС с большим количеством удаленных пользователей, находящихся в любой точке земного шара. В их числе могут быть мобильные участники с передвижными или переносными VSAT. Центральный офис и его сервер видеоконференций могут находиться в любом месте за ив пределах крупных городов. Наличие собственной спутниковой 24 станции в центральном офисе делает систему полностью автономной и независимой от других операторов связи (см рисунок 1.7) [5]. Рисунок 1.7 – Видеоконференции Для хорошей эксплуатации транспортных систем, таких как газопроводов, нефтепроводов, электрических сетей, необходим круглосуточный централизованный контроль его множества технологических параметров и зачастую также необходимо дистанционное управление арматурой и его механизмами. Объекты таких систем распределены на огромных расстояниях вне населенных пунктов, где наземные каналы связи и вовсе отсутствуют, поэтому для телеметрии все чаше начали использовать спутниковую связь. Спутниковые станции могут успешно заменить старую аппаратуру передачи данных телеметрии по проводам ЛЭП. станции являются надежнее, атак же они безопасны при эксплуатации, и предоставляют пользователям высокие скорости. С простыми задачами телеметрии вполне справляются станции сетей по типу Звезда - двусторонний спутниковый Интернет или для трансляции показаний счетчиков электроэнергии. Ведь счетчики генерируют очень небольшой трафик, контролировать счетчики нужно и не всегда постоянно, а в определенный период, например, 1 разв минуту, день, неделю, год. И задержку в таком режиме проверки в 1 секунду можно считать несущественной. На современные системы телеметрии и телемеханики сейчас возлагаются очень сложные задачи осуществление передаиа больших объемов данных, служебной телефонии, видеоконтроль за удаленными срездствами и механизмами, терминальный доступ к удаленным компьютерами др. Для таких приложений приспособлены в большей степени спутниковые сети по типу «Mesh». Потому как в такой топологии данные передаются от контролируемого 25 объекта в центральный диспетчерский узел всегда с интервалом в один скачок непосредственно через сам спутники конечно же с минимальным показателем задержки. Скорость передачи достигает 2 Мбит в секунду и иногда даже больше, при этом обязательно гарантируется качество обслуживания для приложений реального времени. В многоуровневой же системе данные от контролируемого объекта могут одновременно, за одну и туже транзакцию, передаваться всем одновременно контролирующим уровням например локальный пункт сбора данных, региональный диспетчерский пост, центральный диспетчерский пост. Клиент, в таком случае, получает услуги связи только от одного оператора и имеет дело только с одной бухгалтерией и только одной службой поддержки, использует всегда одинаковое оборудование земных станций на всех своих объектах (см рисунок 1.8) [5]. Рисунок 2.8 – Системы передачи телеметрии и телемеханики 3) смешанные же сети VSAT состоят из мульти-звездных топологий и обеспечивают сочетание топологии по типу звезда и топологии по типу «mesh», в которых ЦЗС отправляет свою информацию на свои станции VSAT, а в свою очередь, VSAT имеют возможность прямой передачи по своей сети. Это дает возможность, например, с помощью технологии VoIP с помощью телефона на одной станции сети VSAT общаться напрямую с доступной сетью телефонии через вторую свою станцию той же сети VSAT. В другом примере, корпоративный сервер международной компании можеткак отправлять обновления баз данных с ЦЗС как в государственные центральные управления через одну свою станцию VSAT, которая затем может как передавать информацию в региональные представительства, таки принимать их. Из-за разницы в стоимости и параметрах, необходим анализ такого показателя как рентабельность, чтобы понять, какая из топологий применима 26 для каждого из случая, чтобы создать самую подходящую топологию сети для нужд пользователя. 4) типы управления сетью. При централизованном типе управления сетью центр управления такой сетии (ЦУС) выполняет служебные функциикак контроля, таки управления, необходимые для установления соединения между абонентами данной сети, ноне участвует в передаче разного типа трафика. Как правило, ЦУС устанавливается на одной из абонентских станций данной сети, на которую приходится наибольший сетевой трафик. В децентрализованном варианте управления сетью связи ЦУС, как правило, отсутствует, а его элементы системы управления входят в состав его каждой VSAT станции. Подобные сети имея распределенную систему управления отличаются повышенной «надёжностью» и гибкостью за счет сложности реализации оборудования, расширения его функциональных возможностей и повышения стоимости VSAT терминалов. Данная схема управления целесообразна лишь для создании малых сетей, включающих до 30 терминалов, с высоким потоком трафика между пользователями. 1.5 Достоинства сети VSAT Большую популярность использования сетей VSAT объясняется большим количеством преимуществ, состоищих из широты охвата территории и ее гибкости конфигурации. Один такой ГСР с глобальным приемоподающим лучом может обслужить около трети всей земного шара. Что позволяет использовать его для создания крупномасштабных сетей связи с такими узлами, которые будут распределенными по большой территории. Действующие спутниковые сети VSAT очень легко и дешево расширить, атак же реконфигурировать в соответствии с требованиями абонентов возможности использовать цифровые каналы систем связи широкого диапазона и большой пропускной способности, что дает возможность пользователям построить сеть, с высокими требуемыми информационными услугами и к их качеству при минимальных на них затратах высокого качества передаваемых данных. Сети VSAT подавляют большую часть своего рабочего времени, обеспечивая вероятность ошибочного приема двоичного символа а пределах не более 10-6; терминалов сети VSAT, которые устанавливаются вблизи рабочих мест абонентов и легко соединяются сих оконечным оборудованием и информационными системами возможности интегрального обслуживания. Водной такой сети VSAT можно разметить передачу всех типов трафика, таких как данные, речь и видео. Средства сети VSAT поддерживают большое количество интерфейсов и совместимы с различными протоколами разных сетей 27 управляемости. В состав центральной земной станции сети VSAT входит подсистема управления сетью, которая реализованна на базе управляющего приложения и надежного его сервера. Эта система может гарантировать эффективное управление функционированием, да и не только самой центральной ЗС, но и всех ее периферийных терминалов. С помощью нее осуществляется как управление информационными потоками, таки техническая диагностика возможных неисправностей возможности дистанционного управления, атак же диагностики сети VSAT и его терминалов из единого удаленного центра системы информационной безопасности, обеспечивающей использование таких эффективных алгоритмов криптозащиты передаваемых данных. Скрытное подключение аппаратуры прослушивания к оборудованию терминалов сети VSAT, непосредственно контролируемому пользователем, дело сложное VSAT терминала, который можно поставить в короткие строки, а требования к площадке для его установки весьма снижены относительно небольшой и постепенно снижающаяся стоимости станций сети VSAT; низкой стоимости и простоты технического обслуживания. Как правило, терминалы VSAT не требуют постоянного технического обслуживания. |