Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Спутниковая система передачи данных ROMANTIS DATA

А.Е. Минаков, С.В. Пехтерев

Среди средств связи, стремительно развивающихся последние 20 лет, необходимо особо отметить спутниковые системы связи (ССС), имеющие в ряде случаев значительные преимущества по сравнению с наземными.

Благодаря большой зоне освещения, спутники обеспечивают связь между земными станциями (ЗС), удаленными на значительные расстояния. При этом стоимость передачи сигнала не зависит ни от числа ЗС, ни от расстояния между ними, так как сигналы, ретранслируемые спутником, принимают все ЗС, находящиеся в зоне его освещения.

ССС не требуют дорогостоящей прокладки наземных коммуникаций, а ЗС могут быть очень быстро установлены в любой точке зоны освещения спутника. По сравнению с радиорелейными линиями основным преимуществом ССС является независимость от рельефа местности и расстояния между станциями.

Сфера применения спутниковой связи весьма обширна: теле- и радиовещание, телефония, передача данных и видеоизображения. Для каждой области применения разработаны свои ССС, отражающие особенности передачи информации. Так, например, если речевой сигнал допускает искажение нескольких бит информации без потери общего смысла сообщения, являясь очень чувствительным к времени задержки в спутниковом канале, то совершенно обратная картина наблюдается при передаче данных: сигнал теряет свою достоверность при искажении или потере нескольких бит сообщения и мало зависит от величины задержки в канале. Системы, предназначенные для передачи телефонных сигналов, при помощи различных алгоритмов уплотняют поток голосовых данных в два и более раз и передают его в канал, что позволяет экономно обходиться с имеющимся частотным ресурсом1. При обмене данными, как правило, используется пакетная передача по некоторому протоколу2.

В рамках данной статьи мы ограничимся рассмотрением систем спутниковой передачи данных, появившихся в последнее время на рынке средств связи. Их можно разделить на системы двух видов: работающие через спутники на негеостационарных и геостационарных орбитах.

Негеостационарные спутники используются в основном для военных, научных и метеорологических исследований. Их главная особенность — невозможность поддержания круглосуточной связи с ЗС. Однако, перемещаясь по заданной орбите относительно поверхности Земли, они могут собирать данные с большой площади земной поверхности.

Геостационарные спутники выводятся на такую орбиту в плоскости экватора, при которой их угловая скорость совпадает со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. Высота над поверхностью Земли, где выполняются условия постоянства скоростей и равенства центробежной и гравитационной сил, составляет 36 тыс. км. Теоретически, один расположенный таким образом спутник может обеспечить качественную связь для трети земной поверхности. В действительности обслуживаемые территории существенно меньше. Особенностью спутников на геостационарных орбитах является значительная временная задержка сообщения (порядка 240 мс) в спутниковом канале, вызванная необходимостью два раза преодолевать расстояние в 36 тыс. км от ЗС до спутника.

Геостационарные спутники сейчас работают в основном в двух частотных диапазонах: С (4 — 6 Ггц) и КU (11 — 14 Ггц). Отечественные спутники “Горизонт”, “Радуга” или международные спутники, например Intelsat, использующие С-диапазон, имеют довольно большую зону освещения земной поверхности, но для ЗС, работающих через эти спутники, требуются антенны большего диаметра (от 3,5 до 11 м) и очень мощные передатчики. Спутники, использующие KU-диапазон, освещают меньшие территории, но позволяют уменьшить диаметр антенн ЗС до 60 см и снизить мощность их передатчиков. Например, зона освещения восточным лучом KU-диапазона спутника Intelsat 6 показана на рис. 1.

Особенность спутников Intelsat 6 и Intelsat 7 — наличие весьма совершенной системы коррекции точки стояния на орбите. Это исключает необходимость использования антенн со сложной системой слежения за спутником, оборудованных электроприводом разворота. Такие механизмы значительно усложняют конструкцию ЗС и резко снижают надежность ее функционирования. ЗС, работающие через спутники Intelsat, жестко фиксируются в направлении на спутник и не требуют постоянной юстировки.

Кроме систем с закрепленным каналом, эффективных при постоянной передаче информации с большой скоростью (10 Кбит/с и более), существуют системы, использующие временное, частотное, кодовое или комбинированное разделение канала между многими абонентскими ЗС.

Еще одним параметром, позволяющим классифицировать ССС, является использование протокола. Первые спутниковые системы были беспротокольными и предлагали пользователям прозрачный канал. К недостаткам таких систем можно отнести, например, передачу информации пользователя, как правило, без подтверждения ее доставки приемной стороной. Другими словами, в подобных системах не оговорены правила диалога между участниками обмена информацией. В этом случае качество ССС определяется качеством спутникового канала. При типичных значениях вероятности ошибки на символ (Bit Error Rate — BER) в пределах 10-6 ... 10-7 передача больших файлов через спутниковые системы даже с использованием различных помехоустойчивых кодов затруднена, если не сказать, что невозможна. Современные ССС используют протокол, повышающий надежность связи при сохранении высокой скорости обмена информацией между абонентами. Так, например, для рассматриваемой ниже системы передачи данных типа PES (Personal Earth Station) вероятность ошибки на символ не превышает 10-9 для 99% времени связи.

Для дальнейшего рассмотрения принципов построения спутниковых систем передачи информации обратимся к конкретному примеру — системе PES, разработанной фирмой Hughes Network Systems.

Cпутниковая сеть передачи данных типа PES

Основными компонентами системы PES являются центральная ЗС (Hub) и абонентская ЗС типа VSAT (Verу Small Aperture Terminal).

Сеть имеет звездообразную конфигурацию. В центре “звезды” расположена центральная приемопередающая ЗС, как правило, территориально совмещенная с центром управления сетью. Для повышения надежности центральной ЗС используется резервирование ее компонентов.

Центральная ЗС имеет большую эффективную изотропно-излучаемую мощность (этот параметр учитывает коэффициент усиления антенны и мощность передатчика) и высокую добротность на прием, что позволяет применять на абонентских ЗС антенны малого диаметра (1,0 ... 2,4 м) и маломощные приемопередатчики (0,5 ... 2 Вт). Это значительно снижает стоимость абонентской ЗС.

С точки зрения энергетики системы и ее стоимости (соответственно и стоимости предлагаемых услуг) оптимально размещение центральной ЗС в центре зоны освещения спутника. Например, в сети ROMANTIS DATA немецкой фирмы ROMANTIS GmbH, работающей через спутник Intelsat 6, центральная ЗС расположена в Москве. Это позволяет на 30% территории зоны освещения работать абонентским ЗС с диаметром антенны 1,2 м.

Весь обмен данными между абонентскими ЗС в сети осуществляется только через центральную ЗС. Поток данных от абонентской до центральной ЗС будем называть входящим потоком (Inroute), а поток данных от центральной до абонентской ЗС — исходящим потоком (Outroute). Для входящих и исходящих потоков не только выделены разные полосы частот, но и используются различные методы разделения канала.

Система разбита на пользовательские группы, разнесенные по частоте (рис. 2). Для одной пользовательской группы предусмотрен один исходящий и несколько (не более 31) входящих потоков. Внутри одного входящего потока осуществляется многостанционный доступ с временным разделением. Управление переключением абонентских ЗС между входящими потоками производится программно с центральной ЗС.

Организация доступа к каналу в исходящем потоке

Передача пакетов в исходящем потоке происходит в режиме временноўго мультиплексирования (TDM). Исходящий поток разбивается на суперфреймы длительностью 360 мс, которые содержат по 8 фреймов длительностью 45 мс (рис. 3). Вначале каждого суперфрейма посылается заголовок, применяемый для синхронизации абонентских ЗС и их управления. Для передачи пакетов реального времени или речи используются начальные фреймы суперфрейма. Неиспользованная часть суперфрейма на рис. 3 обозначена полем Filler.

Общая скорость данных в исходящем потоке может составлять 128 Кбит/с при величине фрейма 729 байт и 512 Кбит/с при величине фрейма 2880 байт.

Организация доступа к каналу во входящем потоке

Передача пакетов во входящем потоке осуществляется в режиме многостанционного доступа с временным разделением канала (TDMA).

Входящий поток, точно также как и исходящий, подразделяется на суперфреймы и фреймы длительностью соответственно 360 и 45 мс. Фрейм равномерно разделен на слоты, величина которых меняется в зависимости от скорости передачи данных во входящем потоке. Передача данных между портами абонентских ЗС производится в форме посылок. Одна посылка занимает целое число слотов и содержит один или несколько пакетов данных, каждый из которых адресуется к одному из портов абонентской ЗС. Посылка начинается с преамбулы, содержащей длину посылки, адресную и управляющую информацию. Размер посылки может изменяться, однако он не должен превышать размера фрейма. В каждом фрейме разделяют зоны для различных методов доступа, содержащие целое число слотов.

В системе PES в зависимости от типа передаваемых данных реализовано четыре метода временного доступа:

• ALOHA — метод случайного доступа с разрешением конфликтных ситуаций. В этом случае абонентские ЗС случайным образом посылают короткие сообщения, размещая их в области фрейма, отведенной для данного способа доступа. Если две (или более) посылки перекрываются во времени и возникает конфликтная ситуация, то центральная ЗС фиксирует ее и дает запрос на повтор посылки. Различают методы доступа Control ALOHA — для передачи управляющих сигналов (на рис. 4а изображена ситуация, когда станции не передают полезной информации) и User ALOHA — для передачи информации пользователя. При этом предусматриваются различные поля фрейма (рис. 4б). Использование метода доступа ALOHA оправданно при редкой передаче коротких сообщений. В противном случае наблюдается большое число конфликтных ситуаций и резкое увеличение времени ответа из сети.

• Transaction Reservation — дейтаграммное резервирование. При таком методе доступа абонентская ЗС через поле Control ALOHA резервирует у центральной ЗС ресурс системы, необходимый для передачи объема данных. В дальнейшем запрос для увеличения отведенного ресурса системы может быть передан и в поле данных пользователя Transaction Reservation (рис. 4в) при помощи специально определяемого параметра. Метод доступа Transaction Reservation позволяет эффективно использовать ресурсы системы при передаче сообщений переменной длины.

• Stream — жесткое разделение канальной емкости. Этот метод (рис. 4г), характеризующийся минимальным временем ответа, применяется при передаче больших объемов данных с продолжительным соединением между двумя пользователями.

• Flexroute — метод доступа с переключением, который позволяет в зависимости от потребности производить автоматическое переключение между двумя любыми из трех вышеперечисленных методов (User ALOHA, Transaction Reservation и Stream). Это позволяет оптимизировать использование частотного ресурса входящего потока при изменяющемся характере трафика.

Методы доступа, как и их параметры (длина слота, длина посылки и т. д.), задаются непосредственно с центральной ЗС в процессе инсталляции абонентской ЗС и могут быть изменены по требованию пользователя.

Протокол спутникового канала

В системе PES применяется собственный спутниковый протокол канального уровня — ODLC (Optimum Data Link Control). Он был специально разработан для использования в спутниковой сети персональных ЗС и обеспечивает надежную передачу данных внутри нее. ODLC является HDLC-подобным пакетоориентированным протоколом и поддерживает конфигурацию “точка к точке”, многоточечную конфигурацию и режим широковещания (broadcast).

Протокол ODLC решает следующие задачи:

• установление и разъединение соединения между центральной ЗС и портом абонентской ЗС;

• передача пакетов данных пользователя в правильной последовательности;

• распознавание и исправление ошибок передачи;

• управление потоком данных.

При передаче данных по протоколу ODLC различают два режима: Protocol Processing Mode и Passthrough Mode.

В режиме Protocol Processing Mode сигналы протоколов наземных сетей в фазах установления соединения (например такие, как сигнал готовности к приему) не передаются через спутниковый канал. Эти протоколы как бы “вскрываются”, и подобная информация передается средствами ODLC (рис. 5). При таком подходе достигается компенсация задержки передачи данных в канале и более экономное использование частотного ресурса.

В режиме Passthrough Mode сигналы протоколов наземных сетей передаются через спутниковый канал независимо от их предназначения (рис. 6). Такой режим работы возможен, например, при передаче телефонного трафика. Переданные пакеты данных проверяются на наличие ошибок, однако их исправления средствами протокола ODLC не происходит. При этом сохраняется последовательность пакетов переданного сообщения.

В обоих режимах информация передается в форме пакетов различной длины (до 256 байт). Форматы пакетов предусматривают двухбайтовое адресное поле и однобайтовое поле для нумерации соединений на логическом уровне внутри пользовательской группы.

Пакеты протокола ODLC содержат также поле ARQ и контрольную сумму. Исправление ошибок осуществляется повторной передачей некорректно переданного пакета. Поле ARQ содержит номер полученного с ошибками пакета и/или управляющую информацию по установлению нового логического соединения (для Passthrough Mode байты с такой информацией отсутствуют, поэтому исправления ошибок не происходит).

Абонентская станция

Абонентская 3С состоит из внешнего модуля (OutDoor Unit), располагаемого на земле или крыше здания и представляющего собой антенну с подставкой и приемопередающее устройство, и внутреннего модуля (InDoor Unit), устанавливаемого в помещении, — цифрового блока c набором интерфейсных карт. Модули соединяются коаксиальным кабелем (длиной до 150 м), обеспечивающим одновременную передачу информации и сигналов управления, а также питание для внешнего модуля.

Внутренний модуль решает следующие задачи: преобразование и демодуляция сигнала промежуточной частоты ПЧ 1, принятого от внешнего модуля; модуляция сигналов портов данных и преобразование их в промежуточную частоту ПЧ 2; управление интерфейсами данных и телефонной связью; управление и наблюдение за высокочастотным блоком.

По числу установочных мест различают многослотовые и однослотовые внутренние модули. Однослотовые по функциональным возможностям подразделяются на приемные — PES 4000 и приемопередающие — PES 6000. Многослотовые приемопередающие модули — PES8000 — позволяют разместить до четырех интерфейсных карт пользователя.

В зависимости от задач, стоящих перед пользователем, он может выбрать либо одну из четырех следующих типов карт, либо их произвольную комбинацию:

* CPC (Compact Port Card) имеет два интерфейса RS 232/422 (возможно расширение до четырех);

* MPC (MultiPort Card) имеет до восьми интерфейсов RS 232/422 или V.35;

* TPC (TurboPort Card) поддерживает порты ЛВС Ethernet (10Base-2, 10Base-Т) и Token Ring;

* RVDPC предназначена для телефонной/факсимильной связи, имеет также два порта для передачи данных.

После монтажа абонентская ЗС при помощи переносного компьютера со специальным ПО программируется через специальный порт во внутреннем модуле.

Организация связи ЛВС

Система PES позволяет организовать связь между ЛВС Ethernet и Token Ring при использовании ЗС с соответствующими интерфейсами. В этом случае обмен данными между абонентскими ЗС также организуется через центральную ЗС. Однако может быть обеспечена более высокая пропускная способность (480 Кбит/с для исходящего и 128 Кбит/с для входящего потоков). При организации связи ЛВС система работает в режиме Passthrough Mode.

Шифрование информации

Система PES дает возможность пересылать данные через спутниковый канал в зашифрованной форме. Шифрование данных может быть проведено как для входящих, так и для исходящих потоков. Данные шифруются при помощи случайно генерируемого ключа. Причем каждое соединение шифруется собственным ключом, который меняется автоматически через интервалы времени, выбранные пользователем.

Области применения

Система передачи данных PES может использоваться, например, в межбанковских коммуникациях для связи филиалов с центральным офисом и между собой, для связи банков с биржами, верификации кредитных карт, для доступа к базам данных и информационным сетям (например Internet), для организации корпоративных информационных сетей, сетей сбора информации о товарных запасах с удаленных объектов ( таких, например, как бензоколонки, склады, магазины, компрессорные станции на нефте- и газопроводах).

Стоимостные параметры

Поскольку боўльшая часть аппаратного и программного обеспечения сосредоточена на центральной ЗС, то на нее приходится и основная доля стоимости системы. При минимальной конфигурации ее цена составляет порядка 700 тыс. дол. (только за оборудование и программное обеспечение). Включение расходов на аренду здания, установку системы, обучение персонала, регистрацию частот в государственных органах и т. п. повышает стоимость до 1 млн дол. Сами же абонентские ЗС, напротив, достаточно дешевы. Цена одной такой станции в минимальной конфигурации составляет около 8 — 9 тыс. дол.

Правовые вопросы использования спутниковых сетей передачи данных

Любые станции спутниковой связи, включая и описанные выше, являются источниками радиоизлучения и подлежат обязательной регистрации в государственных органах. Организацией, уполномоченной со стороны государства (Российская Федерация. — Прим. ред.) в лице Министерства связи заниматься выдачей разрешений на ввоз, установку и эксплуатацию различных средств спутниковой связи, является Государственная служба надзора за связью — Госсвязьнадзор (бывшая Государственная инспекция электросвязи — ГИЭ). При разработке и создании сети спутниковой связи необходимо согласовать ее технические характеристики и частотный диапазон с межведомственной Государственной комиссией по радиочастотам. Деятельность по предоставлению различных услуг связи осуществляется на основе лицензии, выдаваемой предприятию Министерством связи Российской Федерации.

Указанные выше обстоятельства заставляют пользователя весьма серьезно подходить к выбору оборудования и сети спутниковой связи, в которой он планирует работать. В противном случае, пользователь может столкнуться со следующими обстоятельствами: невозможностью таможенного оформления станции спутниковой связи, ввозимой им из-за рубежа (на ввоз источников радиоизлучения требуется специальное разрешение Госсвязьнадзора); отказом в установке и эксплуатации своей спутниковой станции, в том случае, если она не прошла сертификационных испытаний в Министерстве связи (сертификаты Госстандарта РФ, также как и международные сертификаты соответствия для источников радиоизлучения, на территории России не действительны); выключением и запрещением эксплуатации приобретенного терминала органами Госсвязьнадзора, если организация, занимающаяся предоставлением таких услуг, не имеет соответствующей лицензии или не полностью оформила документы, необходимые для установки (проект установки, анализ электромагнитной обстановки, санитарный паспорт и т. д.).

***

На сегодняшний день можно назвать две эксплуатируемые в России коммерческие спутниковые системы типа описанной выше3. Одна из них — система БАНКНЕТ с центральной станцией в г. Будапеште, работающая через спутник Eutelsat, зона освещения которого захватывает часть Урала. Другая — система ROMANTIS DATA с центральной ЗС в Москве, работающая через спутник Intelsat с зоной освещения восточным лучом (см. рис.1).


распечатать статью




  
3 '1996
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Как заработать миллион

локальные сети

• Слишком много справочников

• Жесткие диски большой емкости для серверов

• Проблема сертификации кабелей

• Виртуальные ЛВС: мифы и реальность

• NDS - совместимое клиентское ПО для Windows 95

корпоративные сети

• Технология АТМ

• Сетевые технологии XXI века

• Суперсервер в сети NetWare

• Программные средства удаленного доступа

• Задержки при передаче файлов

услуги сетей связи

• Спутниковая сеть ТЕЛЕПОРТ-ТП: технология DAMA на российском рынке

• Компьютерная телефония снова в пути

• Спутниковая система передачи данных ROMANTIS DATA

приложения клиент-сервер

• Системы обмена электронными сообщениями

интернет и интрасети

• Windows 95: окно в Internet

• Парад программ просмотра

защита данных

• Защита от электронного шпионажа

• Защищайтесь, а не то ...

новые продукты

• Новая версия Back Offise, Система хранения данных SPANStor-Mag, IWare облегчает работу по TCP/IP в сети NetWare, Концентраторы TigerStack



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх