НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ vsat-сетей

January 8, 2013 by admin Комментировать »

Ильченко м. Е. , Сундучков К. С., Волков С. Э., Яландин П. Н. Учебно-научный институт телекоммуникационных систем при Национальном техническом университете Украины «КПИ» Индустриальный пер.2, г. Киев, 03056, Украина e-mail: sunduchkov@ukrkosmos.kiev. иа

4  Аннотация – В работе приведены современные услуги VSAT сетей, новые возможности для передачи ТВ- программ связи с разработкой нового стандарта DVB-S2 и стандарта «сжатия» – «MPEG-4», а также новое решение IPTV (MPEGover IP over DVB-S2). Обсуждаются достоинства и недостатки новой технологии MPLS- технологии ядра магистрали как для наземных сетей, так и для спутниковых каналов связи. Заметное место отведено интерактивным VSAT станциям и их разновидности – земным станциям малых корпоративных спутниковых сетей связи. Особое внимание уделено освоению перспективных диапазонов частот.

I.                                       Введение

Признано, что существует пропасть между потенциальными возможностями и реальным использованием индустрии телекоммуникаций. Эта пропасть получила название «цифровой разрыв». Мостом через эту пропасть может стать спутниковая связь. Именно такой мост должен обеспечить пропуск самого разнотипного трафика и передачу информации различного вида, начиная от телефонии и данных корпоративных служб до доступа в Интернет, видео- конференц-связи (вкпючая такие ее приложения, как телемедицина и дистанционное обучение) и относительно коротких сообщений, которые используются службами спасения или контроля перевозок. Другими словами, спутниковой связи «по плечу» любые телекоммуникационные задачи, решение которых неразрывно связано с такими требованиями к сети, как надежность, гибкость и доступность по цене [1]. Самыми распространенными спутниковыми сетями стали VSAT-сети.

II.             История развития VSAT-сетей

Существует несколько типов земных станций VSAT. Их можно условно разделить на несколько поколений. Появление каждого нового поколения VSAT становилось возможным по мере появления новых технологий, создания более мощных спутников связи и освоения новых диапазонов частот.

1         поколение. VSAT первого поколения работали в С-диапазоне и использовались только в сетях вещательного типа, т. е. абонентские терминалы могли лишь принимать потоки данных. Сети вещательного типа до сих пор широко используются для распределения финансовой и деловой информации, биржевых сводок, передачи ТВ программ, газетных полос, в системах асимметричного доступа в Интернет. Например, широко известная система высокоскоростного доступа в Интернет DirecPC по существу является спутниковой вещательной сетью.

2         поколение. Второе поколение земных станций VSAT характеризуется тем, что они могут поддерживать двустороннюю (дуплексную) связь. Эти терминалы используются банковскими и финансовыми организациями в различных компьютерных сетях для обмена данными, сетями розничной и оптовой торговли, промышленными предприятиями для связи с филиалами и поставщиками. Также они нашли широкое применение для организации высокоскоростного двустороннего доступа в Интернет. VSAT станции используются для создания выделенных магистральных каналов. Большинство из них работает в Ки-диапазоне, хотя в некоторых странах в сетях по- прежнему используется С-диапазон.

3        поколение. Широкое распространение получили терминалы третьего поколения, с антеннами диаметром 1,2 м. и менее. Стоимость станции от 1 до 10 тыс. долларов, скорость передачи – до нескольких мегабит в секунду, услуги – мультимедийный сервис. Такие терминалы просты по конструкции, отличаются низкой ценой и работают исключительно в Ки-диапазоне.

4        поколение. В последние годы на рынке появилось четвертое поколение VSAT для мультимедийных приложений в Ки – и Ка -диапазонах. Наряду с традиционными методами доступа в них применяются все более сложные алгоритмы доступа и передачи информации, увеличивающие эффективность использования спутникового ресурса и повышающие качество и надежность связи. При этом размер их антенн (в Ка-диапазоне) составляет, примерно, 70 см, а цена находится в пределах 500- 1000 долларов [2].

III.        Современные возможности VSAT сетей

Сети на базе VSAT являются фрагментом фактически независимым от наземной телекоммуникационной инфраструктуры, они не нуждаются в постоянном техническом сопровождении и могут быть развернуты в кратчайшие сроки [3]. В действительности современные VSAT-терминалы благодаря своей функциональности и низкой стоимости позволяют, как никогда ранее, поддерживать широчайший спектр телекоммуникационных служб как для местной, так и для международной связи [1]: интернет через спутник; дистанционное обучение; сельская связь; телемедицина; 1Р-телефония; передача видео и цифровых данных; службы расширения инфраструктуры ТфОП; национальные и многонациональные сети; широкополосная передача данных; широковещательные службы, вкпючая службы рассылки новостей; службы корпоративных организаций:

–         правительственные с повышенной защитой информации;

–         передачи данных от банкоматов в центральный банк и обратно;

–         низкоскоростные со смешанным трафиком для малых корпоративных систем спутниковой связи (МКССС), для потребностей министерства чрезвычайных ситуаций (МЧС) и др.

Станции для приема спутникового телевидения сегодня являются самыми распространенными в мире спутниковыми станциями. Единственная их функция – прием телевизионных программ.

Стандарт DVB-S, принятый в 1994, определяет структуру транспортных пакетов, канальное кодирование и схемы модуляции при передаче по спутниковым каналам сетей непосредственного вещания (DTHDirect-to-Home). Основанный на использовании QPSK модуляции и удовлетворявший потребности цифровой спутниковой передачи на протяжении 90-х годов, сейчас уже не может удовлетворить возрастающие запросы поставщиков контента и вещателей [4].

Стандарт DVB-S2 обеспечивает значительно более высокую пропускную способность передачи. В сочетании со сжатием данных MPEG4, которое сжимает информацию больше примерно на 1/3 по сравнению с методом сжатия MPEG2, становится возможной эффективная передача HDTV (high definition television). Предусмотрены четыре возможных схемы модуляции. Первые две, QPSK и 8PSK, предназначены для использования в вещательных сетях. Более скоростные схемы модуляции, 16APSK и 32APSK, ориентированы на профессиональные сети.

Для защиты от помех в новом стандарте используется вместо сверточного кода – код с низкой плотностью проверок на четность (Low Density Parity Check Codes – LDCP). LDCP – один из вариантов «Турбо» кодов, изобретенный еще в 1960 году и получивший свое второе рождение в середине 1990-х.

Новое решение для передачи ТВ программ. Поток DVB может использоваться для передачи пакетов IP (DVB-IP), как вместо телевидения, так и вместе с ним.

В конце 2005 года в России организовано тестовое вещание цифрового телевидения по интернет- протоколу (IPTV). Формат вещания: MPEG4 over IP over DVB-S (DVB-S2). IPTV-контент формируется в едином техническом центре, откуда осуществляется трансляция 1Р-потока через спутник «Экспресс-АМ22». Использование стандарта MPEG-4AVC (Advanced Video Coding Η.264/Part 10) и применение способа обработки аудиоданных ААС (Advanced Audio Coding) позволяют уменьшить скорость потока одной телевизионной программы до 1,5 Мбит/с при высоком качестве изображения. Для кодирования контента используется технология CAS (Conditional Access System – система условного доступа), которая специально разработана для скремблирования на уровне 1Р-потока. Кроме телевизионных каналов, в пакет планируется включить и другие востребованные услуги, такие, как видео по запросу, передачу данных и интернет. Таким образом, 1Р-провайдеры получают готовое техническое решение по организации мультисервисного пакета самых современных услуг [5].

MPLS- технология ядра магистрали. «Массовое признание крупными операторами технологии коммутации информационных потоков по меткам, получившей название Multi-Protocol Label Switching (MPLS), как перспективного «транспортного средства» для магистральных сетей совпало с наступлением нового века. Именно в 2001 году в наиболее развитой части мира, а также в России начали строиться десятки MPLS-сетей. Ввод их в коммерческую эксплуатацию пришелся уже на 2002-й и продолжается до сих пор», пишет в своей работе [6] Евгений Евдокименко. Эта технология начала разрабатываться во второй половине 90-х годов прошлого века компаниями Ipsilon, Cisco и IBM в ожидании роста 1Р-трафика.

Затраты вычислительной мощности любого пакетного коммуникационного устройства, независимо от поддерживаемой им технологии, пропорциональны количеству обрабатываемых пакетов (кадров, ячеек), а не их размеру, поэтому коммутатору ATM приходится выполнять примерно в 100 раз большую работу, чем маршрутизатору IP, работающему с кадром размером в 4500-5500 байт.

Таким образом, стоимость продвижения одного и того же объема данных с равной скоростью по магистрали MPLS и магистрали ATM всегда различна. Относительно меньшие затраты вычислительной мощности приводят к тому, что магистраль MPLS оказывается экономичней.

Одним из достоинств технологии MPLS по сравнению с ATM является ее способность использовать практически любой формат кадров существующих технологий второго уровня – ATM, frame relay, РРР, Ethernet или любой иной, которая может появиться завтра. Поэтому она имеет несколько разновидностей: A-MPLS, F-MPLS, P-MPLS и E-MPLS; они, соответственно, используют ячейки ATM, frame relay, РРР или Ethernet. Если завтра какая-нибудь новая технология канального уровня, скажем X, будет способна работать на новых скоростях терабитного диапазона, то MPLS останется той же технологией с теми же функциональными возможностями, но только будет иметь новый формат кадра X и поддержку нового уровня скоростей. Такая протокольная независимость пары IP/MPLS обеспечивает ей высокую степень гибкости и масштабируемости, так необходимую при работе на магистрали.

Как ATM, так и MPLS обладают такими функциями: в ATM – это агрегирование отдельных виртуальных соединений VCC (Virtual Channel Connection) в общий путь VPC (Virtual Path Connection), а в MPLS – агрегирование разных пользовательских потоков в общий кпасс продвижения (Forwarding Equivalence Class, FEC) и передача их по общему пути LSP (label switched path). При этом механизмы агрегирования MPLS более гибки и поддаются автоматизации.

ATM сеть может контролировать параметры QoS «из конца в конец» для каждого отдельного виртуального соединения, обеспечивая высокую степень гранулированности соглашений об уровне услуг (SLA, Service Level Agreement). Неспособность MPLS поддерживать QoS подобным образом очень многие считают ее слабостью и главной причиной сохранения ATM на магистрали. Безусловно, проблемы с поддержкой QoS у сетей IP/MPLS существуют, но дело не в том, что MPLS не может поддерживать QoS также, как ATM. Сегодня отсутствует принятый IETF и другими органами стандарт, устанавливающий для MPLS способы поддержки QoS в соответствии с особой ролью технологии, предназначенной для ядра сети, а не для ее периферии.

В MPLS весь пользовательский трафик сводится всего к двум классам, так что, вместо информации о параметрах QoS тысяч виртуальных соединений (подход ATM), устройствам LSR (Label Switching Router – коммутатор-маршрутизатор MPLS) достаточно запоминать параметры только двух LSP по каждому интерфейсу – такое существенное сокращение обеспечивает высокую масштабируемость решения и сохраняет поддержку QoS.

При передаче трафика через высокоскоростные каналы 2,5-10 Гбит/с пульсации большого количества (несколько тысяч) отдельных пользовательских потоков в суммарном потоке настолько сглаживаются, что для их обработки достаточно простых методов работы с очередям: например, тех, которые развиваются в рамках механизмов DiffServ, применяемых в устройствах IP/MPLS. И тонкие методы поддержки QoS, как у ATM, в таких условиях просто излишни.

Нужно также отметить, что проблемы поддержки QoS на скоростных магистралях не очень интересуют многих операторов по другой причине – эти каналы недогружены, так что о 97 % загрузки их владельцам остается только мечтать.

IV.            Интерактивные VSAT-станции

Интерактивные VSAT-станции ориентированы только на передачу данных и имеют значительно более низкую стоимость. При этом использование современных спутников связи с высокими энергетическими параметрами при работе в сети с топологией «звезда» и с одной мощной центральной станцией позволяют применять интерактивные VSAT- терминалы с малой антенной, диаметр которой в большинстве случаев не превышает 1,2 м, а мощность передатчика составляет не более 1 Вт (максимум 2 Вт). Тем не менее при невысоких энергетических характеристиках интерактивные VSAT- терминалы обеспечивают скорость в обратном канале до 512 кбит/с, а в некоторых случаях и более. Таким образом, пользователи, подключенные к такой станции, получают доступ в Интернет со скоростью в несколько сотен килобит в секунду.

Интерактивные VSAT-сети развиваются очень высокими темпами во всех регионах мира. Среди 100 тыс. VSAT-станций, установленных за 2003 г., примерно 90 % относится именно к интерактивным VSAT типа DVB-RCS (Return Channel Satellite, стандарт ETSI ΕΝ 301 790). Основной движущей силой является развитие Интернета в сочетании с относительно низкой стоимостью интерактивной VSAT-станции (ниже полнофункциональной почти на порядок) [7].

IVIнoгocτaнциoнный доступ для обратного канала работает в режиме многочастотнго TDIVIA (IVIF-TDIVIA) и имеет два варианта. Первый вариант не предусматривает перескок частоты канала передачи абонентской станции при перегрузке общего потока формируемого при заданной скорости (например, 144 кбит/с), а второй имеет такую возможность (второй вариант обеспечивает большую пропускную способность по запросу). Полоса частот, выделяемая для обратных каналов, составляет 20IVIΓц (в этой полосе частот может быть организовано несколько частотных каналов TDIVIA).

Характерной особенность является использование для помехоустойчивого кодирования и Турбо кодов, что позволяет предельно снизить требуемое значение «сигнал/шум» (Eb/No).

Малые корпоративные спутниковые сети связи (IVIKCCC) являются разновидностью интерактивных VSAT-сетей с той особенностью, что в них применяется смешанный трафик (данные, голос, факс) и минимизированны эксплуатационные затраты, определяемые в первую очередь арендой полосы частот на космическом аппарате. Определение IVIKCCC и общая их характеристика приведена в работах [8, 9].

В работах [10, 11] показана эффективность протокола Frame Relay для МКССС по критерию меньшей вероятности необслуживания (потери пакета) при различных видах трафика (данные, речь, дан- ные+речь).

В результате анализа эксплуатационных расходов малой корпоративной спутниковой сети связи предложено отказаться от традиционных дорогостоящих универсальных периферийных ЗС и центральных НиВ-станций в пользу разработки специализированной программы управления сетью и создания отечественных специализированных ЗС спутниковой связи. При определении архитектуры МКССС в работе [12] предложено применить: вид модуляции DQPSK, вид помехоустойчивого кодирования – турбокоды, алгоритм сжатия речи в соответствии с рекомендацией ITU-T G.729, многостанционный доступ к ресурсу – TDMA с предоставлением каналов по требованию при четырех временных слотах, протокол формирования цифрового потока – Frame Relay с длинной пакета 1000 бит. При этом потребуется для обеспечения дуплексной связи полоса частот равная 33,34 кГц. Если предположить, что аренда спутникового ресурса стоит $5000 за 1 МГц в месяц, то в сети из 12 направлений при аренде полосы частот равной 33,34 кГц на спутнике, каждый абонент должен будет платить менее $14 в месяц.

V. Освоение перспективных диапазонов

Для того, что бы избежать перегруженности сантиметрового диапазона СВЧ и сделать доступной более широкую полосу частот в последнее время для беспроводного доступа был выделен диапазон частот 26-70 ГГц.

В системах спутниковой связи для передачи высокоскоростных потоков информации пока используются частоты 20-40 ГГц. Большие потери при распространении в атмосфере в миллиметровом диапазоне длин волн создают определенные трудности для построения систем передачи информации, и требуют для их разрешения проведения исследований.

Ведутся исследования в миллимеровом диапазоне длин волн в двух направлениях: исследование распространения радиоволн в атмосфере Земли, в волноводопроводящих структурах в миллиметровом диапазоне и проводят моделирование и проектирование НЕМТ и малошумящих усилителей для этих же диапазонов.

VI.                                  Заключение

Благодоря появлению новых технических решений, таких как DVB-S2, MPEG-4, IPTV и MPLS в недалеком будущем получат не менее широкое распространение спутниковые станции объединяющие в себе доступ в Интернет, интерактивное телевидение и набор новых сервисных функций (голосования, рейтинги и обсуждения фильмов и телепередач, электронная коммерция и т. д.).

Малые корпоративные спутниковые сети связи построенные на специализированных отечественных интерактивных VSAT- станциях обеспечат при малой нагрузке передачу смешанного трафика (данные, речь, факс) с минимальными эксплуатационными затратами.

Все виды и типы спутниковых телекоммуникационных сетей неизбежно будут продвигаться в миллиметровую область диапазона частот, исследования в которой ещё долгое время будут оставаться актуальными.

VII.                          Список литературы

[1] Дэвид Хартскорн «Преодолеть пропасть» По материалам Global VSAT Forum 2003 Directory, 13 июня 2003 г. http://www. iemag. ru/? ID=473717

[2] Валерий Кутуков «Системы VSAT» http://www. mteleport. ru/cgi-bin/mtsat? rz=020&sz=2

[3] Алексей Есауленко «Труднодоступные сети VSAT» http://www.vsat-tel.ru/seti-7-05.htm

[4] http://www.gs.ru/news_7119.html «Тестовое вещание в стандарте DVB-S2». Новости. 18.08.2005

[5] В. Берсон, А. Захаренков «IPTV MPEG4 вещание со спутника «Экспресс» 80° В. Д.» Теле-Спутник, Февраль 2006

[6]  Ε. Евдокименко Магистральная технология XXI века». Сетевой журнал № 4.2003 http://www. setevoi. ru/cgibin/text/pl/magazines/2003/4/70

[7]  Анпилогов В. Р. «Приближая будущее. Перспективы услуг на базе VSAT в России» Connect! Мир Связи,

№ 4/2005 http://www. connect, ru/article. asp? id=5553

[8]  Сундучков Κ. С., Когут А. П., Сунегин Д. Г., Сушко С. И. «Малая спутниковая корпоративная сеть передачи информации.» Материалы 13 Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» г. Севастополь, Крым, Украина, 8-12 сентября 2003 г., стр 303-304.

[9]  Сушко С. И., Сунегин Д. Г., Сундучков К. С., Лиман- скаяН. Ю. «Особенности спутникового модема для малых корпоративных сетей передачи информации». Труды 14 Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» г. Севастополь,

Крым, Украина, 13-17 сентября 2004 г., стр 254-255.

[10]          Ильченко М. Е., Сундучков К. С., Сушко С. И., Бойко И. В. «Исследование эффективности работы спутниковых корпоративных сетей Frame Relay». В1сник Державного ун1верситету 1нформац1Йно-комун1кац1Йних технолопй. ГУИКТ, г. Киев, 2005г. № 3-4, том 3, стр 34-37.

[11 ] Бойко И. В., Когут А. Я, Ляшевич В. С., Сундучков К. С., Сушко С. И. «Выбор технологи пакетной коммутации в малой корпоративной спутниковой сети связи». Прац| УНД1РТ, № 1 (41) 2005г., стр 7-11.

[12]          Сундучков К. С., А. А. Макаров, Сушко С. И., Когут А. Л., Бойко И. В. «Арх1тектура малой корпоративной спутниковой сети связи». «Радиотехника» ХНУРЭ, г. Харьков, 2005Г, вып. № 142, стр 21-29.

NEW RESOURCES FOR THE VSAT-NETWORKS

M. E. Ilchenko, K. S. Sunduchkov,

S.                           E. Volkov, P. N. Jalandin.

National Technical University of Ukraine «ΚΡΙ»

Abstract – Described in this paper are modern services of VSAT-networks, new abilities for telecommunication TV- programs broadcasting with developing of the new standard DVB-S2 and compression standard «MPEG-4», and the new solution IPTV (MPEG-4 over IP over DVB-S2). The advantages and disadvantages of the new technology MPLS – the technology of the backbone for both terrestrial and satellite communication links are discussed. The considerable passage is devoted to interactive VSAT-stations and, in particular, to the Earth terminal for small enterprise satellite communication networks. The special attention is paid to development of perspective frequency bands.

I.                                         Introduction

It is noted, that the satellite communication networks can solve the problem regarding the real use of telecommunication progress and remove the breakup between their potential abilities.

II.                                        Main Part

Four generations of VSAT-stations have been mentioned. Among the modern VSAT-networks, the network from STN (Satcom Networking Technology, Montreal, Canada) uses time- and-frequency resources most efficiently, and Russian firmware «Plenexis Flexinet» operates using «hierarchical star» without central HUB-station.

DVB-S2, MPEG-4 standards, MPLS, IPTV technologies as well as technologies of interactive VSAT-stations and their kinds for small enterprise satellite communication networks with mixed traffic (data, voice, fax) and small transferred volume are prospective.

III.                                       Conclusion

The new technologies appear, such as DVB-S2, MPEG-4, IPTV and MPLS, combining Internet access, interactive television, and the number of new functions (voting, rates, discussion films and TV-programs, e-business, etc.). That’s why satellite stations will become widespread.

Small enterprise satellite communication networks designed on the basis of special domestically produced interactive VSAT- stations, will provide mixed traffic transfer (data, voice, fax) with minimal operating costs.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты