Системы спутниковой связи

 

Наряду со ставшими уже общедоступными средствами подвижной связи (персонального радиовызова и сотовыми), в последние годы в России все более активно внедряются современные системы персональной спутниковой связи. Сегодня и в обозримом будущем они призваны развить и дополнить существующие системы сотовой связи там, где она невозможна или недостаточно эффективна:

– при передаче информации в глобальном масштабе;

– в акваториях Мирового океана;

– в районах с малой плотностью населения;

– в местах разрывов наземной инфраструктуры и т.д.

Системы подвижной спутниковой связи рассчитаны на предоставление услуг следующим группам пользователей: абонентам сотовых сетей, которым необходим роуминг в масштабе всей страны (частным лицам, представителям бизнеса); абонентам, по роду своей деятельности нуждающимся в постоянной связи на всей территории (руководители верхнего звена, представители администрации).

В зависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи можно разделить на 3 основных класса:

1. Системы пакетной передачи данных (доставка циркулярных сообщений, автоматизированный сбор данных о состоянии различных объектов, в т.ч. транспортных средств и т.д.)

2. Системы речевой (радиотелефонной) связи

3. Системы для определения местоположения (координат) потребителей

системы пакетной передачи данных предназначены для передачи в цифровом виде любых данных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных данных и т.д.).

При радиотелефонной связи в спутниковых системах используют цифровую передачу сообщений, при этом обязательно должны выполняться общепринятые международные стандарты.

УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ СПУТНИКОВЫМИ СИСТЕМАМИ СВЯЗИ:

– Передача речи (телефонная связь);

– Передача факсимильных сообщений;

– Передача данных;

– Персональный радиовызов (пейджинг);

– Определение местоположения абонента;

– Глобальный роуминг.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ССС

1. По статусу системы

2. По типу орбит ИСС

3. По принадлежности системы к определенной радиослужбе

В зависимости от статуса ССС можно разделить на международные (глобальные, региональные), национальные и ведомственные.

По типу используемых орбит различают системы ИСС на геостационарной орбите (GEO) и на негеостационарной орбите:

– эллиптические (HEO);

– низкоорбитальные (LEO);

– средневысотные (MEO).

В соответствии с регламентом радиосвязи спутниковые системы связи могут принадлежать к одной из 3-х служб:

– фиксированная спутниковая служба;

– подвижная спутниковая служба;

– радиовещательная спутниковая служба.

 

СТРУКТУРА СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Система спутниковой связи состоит из двух базисных компонентов – космического и наземного сегментов.

Космический сегмент включает искусственные спутники связи (ИСС), выведенные на определенные орбиты (их еще называют космическими аппаратами – КА).

В наземный сегмент входит центр управления системой связи, Земные станции (ЗС), региональные станции (размещенные в регионах) и абонентские терминалы.

 

Рисунок 39 – Структурная схема спутниковой сети связи

 

Космический сегмент.

Включает в себя несколько спутников-ретрансляторов, которые размещаются на определенных орбитах и образуют космическую группировку.

Чтобы обеспечить связью абонентов не только в зоне видимости одного КА, но и на всей территории Земли, соседние спутники должны связываться между собой и передавать информацию по цепочке, пока она не дойдет до адресата. Эту задачу выполняют наземные шлюзовые станции, которые транслируют информацию с одного КА на другой.

Наземный сегмент.

Центр управления системой – осуществляет слежение за КА, расчет их координат, сверку и коррекцию времени, передачу служебной информации и т.д.

Центр запуска КА – определяет программу запуска, осуществляет сборку ракеты-носителя, ее проверку, а также установку полезной нагрузки (КА) и проведение предстартовых проверок и испытаний.

Центр управления связью – планирует исполнение ресурса спутника, координируя эту операцию с центром управления системой. Осуществляет через национальные шлюзовые станции анализ и контроль связи, а также управление.

Шлюзовые станции – состоят из нескольких приемо-передающих комплексов (³3), в каждом из которых имеется следящая параболическая антенна. Шлюзовые станции в своем составе имеют коммутационное оборудование (интерфейсы связи) для соединения с различными наземными системами связи. Основная задача шлюзовой станции – обеспечение дуплексной телефонной связи, передача факсимильных сообщений, а также данных больших объемов.

Персональный пользовательский сегмент.

Для организации спутниковой связи применяются переносные персональные спутниковые терминалы и мобильные терминалы. Они устанавливают связь между абонентами за 2с, как и в системе сотовой связи.

Существуют следующие типы спутниковых терминалов:

– портативные терминалы (спутниковые телефоны);

– переносные персональные терминалы;

– мобильные терминалы для автотранспортных, авиа- и морских средств;

– малогабаритные пейджинговые терминалы;

– терминалы для коллективного пользования.

Персональные спутниковые терминалы подвижной связи работают в диапазонах частот 137-900 и 1970-2520 МГц, которые практически не отличаются от диапазона частот сотовой связи (450-1800) МГц.

 

Контрольные вопросы по теме 4.3:

1. Что такое «мобильность»?

2. Что называется мобильной связью?

3. Как классифицируются системы связи с подвижными объектами?

4. Какова область применения транкинговых систем?

5. Каковы принципы организации транкинговой связи?

6. По каким признакам классифицируются транкинговые системы радиосвязи?

7. Что такое «пейджинг»?

8. Охарактеризуйте стандарты пейджинговой связи POCSAG, ERMES, FLEX.

9. Что такое «система сотовой связи»?

10. Что включает в себя система сотовой связи?

11. Поясните организацию эстафетной передачи.

12. Что называется роумингом? Виды роуминга.

13. Каковы особенности стандартов сотовой связи NMT-450 и AMPS?

14. Сравните цифровые стандарты сотовой связи D-AMPS и GSM-900/1800.

15. Что называется бесшнуровой телефонией?

16. Охарактеризуйте стандарты БАД: СТ-1, СТ-2, DECT.

17. Назначение и услуги систем спутниковой связи.

18. Как классифицируются спутниковые системы связи?

19. Что входит в состав спутниковой системы связи?

 

 

Тема 4.4 Информационные сети связи

Информационно-вычислительная сеть (возможное название - вычислительные сети) представляет собой систему компьютеров, объединенных каналами передачи данных.

Основное назначение информационно-вычислительных сетей (ИВС) – обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных услуг пользователям сети путем организации удобного и надежного доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

Информационные системы, построенные на базе ИВС, обеспечивают эффективное выполнение следующих задач:

– хранение данных;

– обработка данных;

– организация доступа пользователей к данным

– передача данных и результатов обработки данных пользователям.

Виды информационно-вычислительных сетей

Информационно-вычислительные сети (ИВС), в зависимости от территории, ими охватываемой, подразделяются на:

– локальные (ЛВС или LAN – Local Area Network);

– региональные (РВС или MAN – Metropolitan Area Network);

– глобальные (ГВС или WAN – Wide Area Network).

Локальная ИВС – это сеть, абоненты которой находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии друг от друга. ЛВС объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов, корпораций. Если такие ЛВС имеют абонентов, расположенных в разных помещениях, то они (сети) часто используют инфраструктуру глобальной сети Интернет и их принято называть корпоративными сетями или сетями интранет (intranet).

Региональные сети связывают абонентов города, района, области или даже небольшой страны. Обычно расстояния между абонентами региональной ИВС составляют десятки – сотни километров.

Глобальные сети объединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, часто расположенных в различных странах или на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, систем радиосвязи и даже спутниковой связи.

Топология – это способ организации физических связей при построении компьютерной сети. Под физическими связями понимается электрическое соединение компьютеров между собой.

По геометрии построения (топологии) ИВС могут быть:

– шинные (линейные, bus);

– кольцевые (петлевые, ring);

– радиальные (звездообразные, star);

– распределенные радиальные (сотовые, cellular);

– иерархические (древовидные, hierarchy);

– полносвязные (сетка, mesh);

– смешанные (гибридные).

Сети с шинной топологиейиспользуют линейный моноканал передачи данных, к которому все узлы подсоединены через интерфейсные платы посредством относительно коротких соединительных линий. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Информация поступает на все узлы, но принимает ее только тот, которому оно адресовано.

Шинная топология – одна из наиболее простых топологий. Такую сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам; она устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов. Сеть шинной топологии применяет широко известная сеть Ethernet. Пример шинной топологии показан на рисунке 40.

	Рабочая станция С		Сервер

 

 

 

Рисунок 40 – Сеть с шинной топологией

 

В сети с кольцевой топологией все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналами связи. Выход одного узла сети соединяется с входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу, и каждый узел ретранслирует посланное сообщение. В каждом узле для этого имеется своя интерфейсная и приемо-передающая аппаратура, позволяющая управлять прохождением данных в сети. Передача данных по кольцу с целью упрощения приемо-передающей аппаратуры выполняется только в одном направлении. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Ввиду своей гибкости и надежности работы сети с кольцевой топологией также получили широкое распространение на практике (например, сеть Token Ring). Условная структура такой сети показана на рисунке 41.

 

 

 

Рисунок 41 – Сеть с кольцевой топологией

 

Основу последовательной сети с радиальной топологией составляет специальный компьютер – сервер, к которому присоединяются рабочие станции, каждая по своей линии связи. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

В качестве недостатков такой сети можно отметить:

– большую загруженность центральной аппаратуры;

– полную потерю работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры;

– большую протяженность линий связи;

– отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации.

Последовательные радиальные сети используются в офисах с явно выраженным централизованным управлением.

Условная структура радиальной сети показана на рисунке 42.

 

 

Рисунок 42 – Сеть с радиальной топологией

 

В структуре сети можно выделить коммуникационную и абонентскую подсети.

Коммуникационная подсеть является ядром вычислительной сети, связывающим рабочие станции и серверы друг с другом. Звенья коммуникационной подсети (в данном случае – узлы коммутации) связаны между собой магистральными каналам связи, обладающими высокой пропускной способностью. В больших сетях коммуникационную подсеть часто называют сетью передачи данных.

Звенья абонентской подсети (хост-компьютеры, серверы, рабочие станции) подключаются к узлам коммутации абонентскими каналами связи – обычно это среднескоростные телефонные каналы связи.

В зависимости от используемой коммуникационной среды сети делятся на сети с моноканалом; иерархические, полносвязные сети и сети со смешанной топологией.

В сетях с моноканалом данные могут следовать по одному и тому же пути; в них доступ абонентов к информации осуществляется на основе селекции (выбора) передаваемых кадров или пакетов данных по адресной части последних. Все пакеты доступны всем пользователям сети, но «вскрыть» пакет может только тот абонент, чей адрес в пакете указан. Такие сети иногда называют сетями с селекцией информации.

Иерархические, полносвязные и сети со смешанной топологией в процессе передачи данных требуют маршрутизации последней, то есть выбора в каждом узле пути дальнейшего движения информации. Такие сети называются сетями с маршрутизацией информации.

 

МЕТОДЫ ДОСТУПА

 

Существует два метода доступа к каналам в ЛКС: CSMA/CD и маркерный.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (коллизий) получил название CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Этот стандарт базируется на локальной сети Ethernet , разработанной фирмой Xerox, а имена Ethernet и CSMA/CD часто рассматриваются как синонимы. Впрочем, хотя между ними много общего, но все же они не в точности одинаковы

CSMA/CD-сети используют шинную топологию и так называемое манчестерское кодирование. Физическая среда передачи таких сетей строится по следующим стандартам:

· 10Base-5 – «толстый» коаксиальный кабель с линейной скоростью 10 Мбит/с. Это оригинальная версия Ethernet с максимальной длиной сегмента 500 м;

· 10Base-2 – «тонкий» коаксиальный кабель с линейной скоростью 10 Мбит/с. Такую сеть часто называют Cheapernet. Она имеет максимальную длину сегмента 185 м;

· 1Base-5 – витая пара с линейной скоростью 1 Мбит/с и топологией физической звезды, но логически она действует как шина;

· 10Base-T – витая пара с линейной скоростью 10 Мбит/с и топологией физической звезды;

· 10Base-F – оптоволокно с линейной скоростью 10 Мбит/с и звездной топологией.

 

В сетях с маркерным методом доступа для того, чтобы обеспечить доступ станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения – маркер. Передачу данных станция всегда осуществляет своему ближайшему соседу вниз по потоку данных. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции.

Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передаче своих данных.

Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с. Маркерный метод доступа применяется также в сетях FDDI, Arc Net, MAP.