A műholdas kommunikációs hálózatok evolúciója az scpc-ről a tdm-re
A műholdas kommunikációs rendszer "klasszikus" példája az SCPC csatorna (Egyetlen csatorna egy hordozóra). Az SCPC technológia egy dedikált pont-pont műholdas csatornát szervez. A műholdon két frekvenciasáv van elosztva: az egyik a "2" állomás felé az "1" állomásnál, a második a "2" állomásnál az "1" állomás felé. Egy ilyen rendszerben a csatornaalakító eszközök műholdas modemek: a soros adatokat rádiófrekvenciás jelekké alakítják át, és fordítva, valamint a továbbított adatok zajvédő kódolására. Az SCPC csatornákat aktívan használják, főként a "hagyományos" kommunikáció operátorai. Például a G.703 interfészekkel rendelkező modemek segítségével a mobilhálózat távoli bázisállomását a műholdon keresztül csatlakoztathatja.
1. ábra: Dedikált műholdas csatorna "pont-pont". Jobbra a műhold által elfoglalt frekvenciasávok szokásos módon jelennek meg.
Az SCPC technológia fő előnye a csatorna garantált sebessége és magas rendelkezésre állása. A műholdas sávszélességen "monopolisztikusan" felosztották egy pár modemet, így bármikor elérhetők az egész csatorna sávján. A hátrány az, hogy a műholdas erőforrás használata alacsony. Függetlenül attól, hogy jelenleg szükség van-e az átvitelre, a kiosztott frekvenciasávok az "1" és "2" állomások számára vannak fenntartva, és nem használhatók más felhasználók számára. A kommunikációs szolgáltató fizetni fogja a zenekarok bérlését a műholdon, függetlenül a csatorna tényleges letöltésétől. Ezért az üzemeltetők megpróbálják bérelni a legkisebb szükséges szélességű csíkokat. A keskeny sávú jelek kezeléséhez a berendezésnek meg kell felelnie a különleges követelményeknek, ezért elég drága. Ezenkívül a műholdon lévő minden bérelt sáv esetében az üzemeltetőnek frekvencia-hozzárendelést kell kapnia. Ennek eredményeképpen az SCPC megoldás "kulcsrakész alapon" a legnehezebb feladatokra 30-35 ezer dollárért lesz egy végére.
A valódi kommunikációs feladatok általában nem külön csatornák, hanem hálózatok építésével járnak. A hálózat legnépszerűbb topológiája a "csillag", mivel az leginkább az üzleti vagy kormányzati struktúrák irányítási struktúrájához igazodik: központi iroda, fióktelepek, irodaépítőhelyek, szolgáltatói előfizetők stb.
2. ábra: A "csillag" műholdas kommunikációs hálózat, amelyet dedikált SCPC csatornák alapján építettek.
Elvileg egy csillag-topológiával rendelkező műholdas hálózat építhető SCPC technológia segítségével pont-pont csatornák alapján. Az ilyen hálózatban az A1, A2 és A3 előfizetői állomások nem térnek el a fenti példában szereplő 1 és 2 állomásoktól. A központi állomáson egyetlen modem helyett egy modem-készletre van szükség - az egyik a kommunikáció minden irányára. Számos perifériás állomással több modemes szekrény is telepíthető a központi állomáson.
A ZSSSS rádiófrekvenciás eszközöket egyidejűleg minden irányból elérhető modemek használhatják. Azonban, mivel a központi állomáson az egységnyi időre továbbított információ mennyisége nagyobb, mint a periférián, a HSCH-nek nagyobb antennával kell rendelkeznie, és nagyobb adóteljesítményt kell biztosítania.
Egy ilyen hálózat akkor lesz hatékony, ha minden irányban egyenletesen és folyamatosan van betöltve.
3. ábra MCPC / SCPC műholdas hálózat és műholdas sávok
A probléma egy része MCPC / SCPC technológiával megoldható. (MCPC - Többszöröző csatornák hordozónként - több csatorna egy hordozóra). Egy ilyen hálózatban a központi állomás egyetlen hordozót használ a hálózat összes előfizetői állomásának továbbítására. A különböző előfizetői állomásokra szánt adatok elválasztása nem gyakorisággal, hanem idővel történik. A GPRS az összes előfizetői állomást egyetlen digitális adatfolyamban továbbítja. Minden egyes előfizetői állomás átveszi az egész adatfolyamot, és saját adatait nem fizikai szinten, hanem adatszintben választja ki a szolgáltatás fejlécén. Egy ilyen rendszerben lehetővé válik a központtól a perifériáig történő továbbításra szánt sáv hatékonyabb felhasználása: a központi állomás dinamikusan újraeloszthatja azt egy adott előfizetői állomás igényeinek megfelelően. Azonban a modemek sorozata megőrzi a GPRS-hez tartozó útvonalak számát, minden egyes előfizetői állomásnak új dedikált sávra van szüksége a műholdon, és ezeket a sávokat még mindig nem megfelelően használják. MCPC / SCPC hálózat használható olyan esetekben, amikor kis mennyiségű perifériális állomások fogyasztanak nagy és kiszámíthatatlan (pulzáló) forgalom és visszirányú forgalom ezekből állomások kicsi és többé-kevésbé stabil.
Valódi példa a DVB-S2 / SCPC hálózatok az Advantech berendezéseken. Minden egyes előfizetői állomás egy közös időben megosztott DVB-S2 csatornán (egy adott MCPC) fogad adatokat, de "személyes" dedikált SCPC csatornán továbbítja. Platform Advantech jó, mert lehetővé teszi, hogy gyorsan és viszonylag olcsón építeni egy kis vállalati hálózat, valamint a növekvő számú vevő költsége minimális, hogy megy a „valódi VSAT« - TDM / MF-TDMA.
A csillag alakú "hálózatok" technológiák továbbfejlesztése a TDM / TDMA műholdas erőforrás elválasztásának elvét eredményezte. TDM - Időosztásos multiplexelés, időosztásos. Időosztásos többszörös hozzáférés - többszörös hozzáférés időosztással vagy egyszerűen egymás utáni hozzáféréssel. A hálózat TDM / TDMA számától függetlenül előfizetői állomás (terminálok) felhasználása csak két frekvencián való átjátszás TSZSSS a felhasználói terminálok és az átviteli minden előfizető terminál a központi állomásra. Az MSCC átvitele ugyanúgy történik, mint az MCPC / SCPC hálózatban - az összes előfizetőre vonatkozó adatokat egyetlen hordozóra továbbítják egyetlen digitális adatfolyamban időmegosztással. Annak érdekében, hogy az előfizetői állomások "ne keverjenek", ahol az adatok, az áramlás blokkokba van osztva, amelyek mindegyikének "személyes" fejlécét tartalmazzák. A recepción kicsit bonyolultabb. Két előfizetői állomás egyidejűleg egyetlen frekvenciaátvitellel nem működhet - ilyen jelet nem lehet fogadni és dekódolni. Ezért az előfizetői terminálok egymás után, nem tartósan, hanem külön csomagokban továbbítják "villognak". Ezt az átviteli módot burst módnak nevezik (a burst - flash szóról). A különböző terminálok "villogása" nem időben egyeznek meg, mindegyikük nemcsak akkor, ha történik, hanem csak a személyes "időintervallumokra" - a hozzá tartozó időrésekre. Mivel a TDM / TDMA hálózatban lévő előfizetői terminálok "nem látják egymást", az átvitelük megszervezése a ZSSSS-ben történik. A "személyes" információ mellett az előfizetői terminálokhoz időszinkronizáló jeleket és parancsokat továbbít, amelyek bizonyos időréseket hozzárendelnek egy adott állomáshoz. A különböző állomásokhoz több vagy kevesebb időrés van hozzárendelve az egyes keretekhez, a hub rugalmasan újraeloszt az előfizetői állomások között mind a vételi sávot, mind az átviteli sávot. Ha egy előfizetőnek szüksége van egy dedikált csatornára, rögzített számú időrést lehet tárolni az egyes képkockákban. A dedikált csatornákból hátralévő időrészletek újraelosztásra kerülnek olyan állomások között, amelyek nem igényelnek garantált sebességet. Ezek az előfizetők olyan sebességet kapnak, amely fordítottan arányos a csatorna pillanatnyi letöltésével. Ha a terminál ki van kapcsolva, akkor a "teljes" időrését a többiek kapják. Az újonnan kapcsolt előfizetői állomásokra speciális "üres" időrések vannak kijelölve bizonyos időközönként. Ha a terminál be van kapcsolva, akkor az MSCC-től fogadja a szinkronizációs jeleket, és egy ilyen "bemeneti" időrésen üzenet jelenik meg a hálózaton való jelenlétéről. A ZSSSS "megjegyzi" egy új állomást, és már "személyes" időkereteket rendel hozzá annak státuszának megfelelően. Bizonyos valószínűséggel előfordulhat, hogy két vagy több előfizetői állomás megpróbál egyidejűleg bejutni a hálózathoz egy "bemeneti" időrés segítségével. Ezután a hub nem fog látni, és egyikük sem hagyja a hálózatot. A következő kísérlet ezekre az állomásokra való belépéshez nem fog azonnal megtörténni, de kihagyja a véletlen számú egymást követő "bemeneti" időrést, hogy csökkentse az egyidejű átvitel valószínűségét. Hasonló ütközésfeloldási elvet alkalmaztak a "klasszikus" Ethernet (CDMA / CD vagy "aloha" néven ismert).
Mivel az előfizetői állomások egy nagy területen vannak elosztva, a távolság a műholdról jelentősen eltérhet, így a jelek különböző késéssel érkeznek. Ennek megakadályozása érdekében az összes előfizetői terminál pontos helyét be kell jegyezni a központi vezérlőrendszerbe. A rendszer kiszámítja az egyes állomásoknak a szükséges átviteli várakozás mennyiségét, és jelentést tesz az egyes állomásokra.
4. ábra TDM / TDMA műholdas kommunikációs hálózat. A jobb oldalon a műholdon lévő központi és előfizetői állomások által elfoglalt frekvenciasávok szokásos módon vannak ábrázolva, az alábbiakban a "csökkenő" és "növekvő" digitális áramok időbeli szerkezete látható.
A TDM / TDMA hálózatok számos előnnyel rendelkeznek. Először is, az erősen intelligens központi állomás ("hub") miatt a kicsi, gyenge és viszonylag egyszerű (így olcsó) előfizetői terminálok használhatók a periférián. Másodszor, minden egyes előfizetőnek nem kell külön frekvencia-hozzárendelést fogadnia és külön sávot kell bérbe vennie a műholdon. Végül a rendszer lehetővé teszi ugyanazokkal a készülékekkel rendelkező előfizetők számára különböző sebességű és különböző minőségű csatornák vételét: rögzített sebességgel (dedikált csatorna), garantáltan nem nulla minimális sebességgel vagy garantált sebesség nélkül. A TDM / TDMA hálózat üzemeltetéséhez azonban 7-12 méteres antennával rendelkező hubot, erős adót és megbízható nagy teljesítményű vezérlőt kell használni. Mindez nagyon drága, így a TDM / TDMA hálózatok csak az előfizetői állomások számától függenek, több tízezredtől ezerig. A rendszerben lehetőség van garantált sebességű csatornák megszervezésére, de készenléti állapota alacsonyabb, mint az SCPC esetében - az átvitel szükségessége nem valósítható meg azonnal.
Ráadásul a TDM / TDMA technológia "tiszta formában" "még egy komoly hátránya van: az előfizetői állomások erőteljesebb követelményei. Amint a terminál burst üzemmódban működik, a "vaku" alatt többszörös sebességgel kell továbbítani, mint ha folyamatosan továbbítja. Az antenna mérete és az adó teljesítménye ugyanolyan mértékben megnövekedett. A probléma megoldásához a TDM / MF-TDMA technológia - többfrekvenciás TDMA, többfrekvenciás alternatív hozzáférést hoztak létre. Néha a TDM / FTDMA jelölést használják. A TDM / MF-TDMA esetében az előfizetői terminálokról a PCMC-re történő átvitelre szánt teljes "fordított" csatorna több keskeny "csatornára" oszlik. Több előfizetői állomás egyidejűleg működhet különböző "csatornákon". Ebben az esetben az átviteli sebesség az ilyen "csatornák" számával arányosan csökken. Sajnálatos módon semmi hihetetlenné vált a technológia területén - az előfizetői terminálok energiaigényének csökkentése érdekében meg kellett növelnünk a berendezés "intelligenciáját". Először is, a hub rendelkezésére állt, már nem volt "egydimenziós"&lraquo; keret, »kétdimenziós táblázat«: »vízszintesen« - a keret időbeli rései, »függőlegesen« - »frekvencia« csatornák ». És most már nincs több időrés, hanem táblázatcellák "időrés - frekvencia". Másodszor: "az előfizető terminálja bölcsebb lett: meg kellett tanulnia, hogyan gyorsabban ugorjon az egyik frekvenciából a másikba a vakutól a vakuig."
5. ábra VSAT műholdas kommunikációs hálózat (TDM / MF-TDMA). A műhold által elfoglalt frekvenciasávok a központi állomás és az előfizetői állomások továbbításával. A központi állomás által továbbított TDM jel időstruktúrája. A frekvenciacsatornák / időrések elosztásának elve az előfizetői állomás átviteléhez (az egyszerűség kedvéért, a villogások közötti megszakítások nem jelennek meg).
Más gyártók (Gilat, iDirect, Hughes) a berendezés megvalósult ugyanazt a modulációs sémát, és a biztonsági kódok, mint a DVB azonban bizonyos módosításokkal, jelentősen javítani fogja sávszélesség. Az ilyen berendezések nem kompatibilisek a fogyasztói adatvevõkkel, az ilyen platformokon az "egyirányú" hozzáférés a VSAT hálózatokhoz nem biztosított.
A műholdas TV DVB és a TDM / MF-TDMA műholdas kommunikáció technológiája "Crossing" lehetővé teszi, hogy az előfizetői terminál még kompaktabb és még olcsóbb legyen. Újra nem szabad. A nagy teljesítményű zajvédelmi kódok a továbbított információk nagy redundanciáját feltételezik - a hasznos adatokon kívül speciális vezérlőbiteket is továbbítanak, amelyek hibákat észlelnek és javítanak. A VSAT hálózatok redundanciája a sáv 17% -át teszi ki. Ezért a VSAT kevéssé alkalmas a nagy forgalmú fogyasztók - internetszolgáltatók és távközlési szolgáltatók számára. Az SCPC megoldások jobban megfelelnek a feladataiknak. Jobb, ha egy nagy fogyasztó havonta egyszer megvásárolja a drága felszerelést, mint havi díjfizetést fizetni a forgalomért.
6. ábra: Teljesen hálós hálózat (Mesh) a VSAT műholdas kommunikációs hálózaton keresztül. A rendszerben az A3 állomás csak Star, A1 és A2 állomáson működik Star és Mesh alatt.
A modern VSAT hálózatok támogatják mind a "csillag", mind a teljesen összekapcsolt topológiát (Mesh). A VSAT előfizetői állomás által továbbított adatok a műholdra esnek, és a műhold visszajuttatja őket a teljes szolgáltatási területre - nem tudja, hogyan. Vagyis fizikailag ez az adat továbbításra kerül a hálózat összes előfizetői állomásán. De „nem hallja” egymást, mert a „hallgat”, a központi pályaudvar és egy másik frekvencián egy másik módot: „hub” folyamatosan továbbítja egyetlen hordozó, és az előfizetői állomás - „villog” egy sor frekvencia csatornák. Annak érdekében, hogy egy előfizetői állomás "hallja" a másikat, két feltétel teljesülése szükséges. Először is, a felhasználói terminál kell két vevőkészülék, az egyik befogadására TDM hordozót a TSZSSS és második - fogadására „villog« MF-TDMA VSAT más előfizetői állomások. Az ilyen vevőkészüléknek képesnek kell lennie arra, hogy gyorsan újjáépíteni tudja a "frekvencia-ugrató" VSAT adóegységeket. Technikailag a második vevőkészülék opcionálisan blokkolható az alap terminálhoz (például a Gilat SkyEdge PRO berendezéshez). Más gyártók különböző modelljei terminálok - egyszerű és olcsó csak Star és drágább és nehezebb Star / Mesh (például Viasat van LinkStar terminálok és Linkway már iDirect - illetve a modell 3100 és 5300). A második feltétel: energia előfizetői állomások magasabb lesz, mint az állomások, amelyek csak a „csillag”, mert nem működnek a hatalmas „hub”, és egymással. A VSAT Mesh terminálok általában 2,4 m-es (ritkábban 1,8 m-es) antennákkal és 4W-os adókkal vannak felszerelve.
Így a VSAT hálózat üzemeltetője egy hardverplatformon keresztül biztosítja a Star szolgáltatások (távoli objektumok kapcsolata a globális hálózatokhoz) és a Mesh szolgáltatásokat (távoli objektumok közötti kommunikációs csatornák). „Hub” biztosítja az egyenletes időzítésszinkronizálást valamennyi előfizetői állomás dinamikusan rendeli közötti előfizetői állomások álló erőforrás „közvetlen” csatorna, bármilyen és minden csatlakozás rendel gyakorisága és időrés továbbítására, valamint a Mesh terminálok - adás és vétel (a második vevő).