Телекоммуникационные информационные системы

Обеспечение связи  абонента, находящегося в зоне видимости  одного спутника, с абонентом, находящимся в зоне видимости другого спутника, организуется посредством связи между спутниковыми ретрансляторами (по цепочке, пока информация не дойдёт до спутникового ретранслятора второго абонента). В некоторых системах эту функцию выполняют шлюзовые станции, транслирующие информацию с одного спутника на другой.

Наземный сегмент  включает:

• центр управления системой;
• центр запуска КА;
• центр управления связью;
• шлюзовые станции.

Центр управления системой осуществляет слежение за КА, расчёт их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику  бортовой аппаратуры, передачу командной информации и т.д. функции управления осуществляются на основе телеметрической информации, получаемой от каждого КА группировки. Благодаря использованию территориально разнесённых контрольно-измерительных станций центр управления системой с достаточно высокой оперативностью выполняет: контроль запуска и точность вывода КА на заданную орбиту, контроль состояния каждого КА, контроль и управление орбитой каждого КА, разрешение нештатных ситуаций, вывод КА из состава орбитальной группировки.

Центр запуска  КА определяет программу запуска, осуществляет сборку ракеты-носителя, установку  полезной нагрузки КА, предстартовую  проверку; после запуска ракеты-носителя  - траекторные измерения на активном участке полёта, которые передаёт в центр управления системой для корректировки последующей траектории.

Центр управления связью планирует использование  ресурса спутника, посредством шлюзовых станций контролирует и управляет  связью. В нормальных условиях работы орбитальной группировки связь со шлюзовой станцией и пользовательскими терминалами осуществляется автономно. В нештатных ситуациях (неработоспособность КА, оборудования спутникового ретранслятора или шлюзовой станции) центр переходит в режим поддержания связи  с повышенной нагрузкой, или проводит реконфигурирование сети.

Абонентский сегмент  определяется номенклатурой предоставляемых  спутниковой системой связи услуг: связь абонентов спутниковой  сети с абонентами спутниковой сети, ТфОП, пейджинговых и сотовых сетей, определение местоположения (координат) абонентов.

Абонентское оборудование разделяют на переносные спутниковые  терминалы (весом до 700 г) и мобильные  терминалы (весом порядка 2,5 кг). Спутниковые  телефоны оборудованы антенной, не требующей ориентации на спутниковый ретранслятор. При установлении связи (что занимает порядка 2 с) система автоматически определяет свободный канал и закрепляет его за абонентом на период сеанса связи. Как правило, в телефонах используется временное или частотное уплотнение каналов, хорошо зарекомендовавшее себя в сотовой связи. Некоторые спутниковые телефоны способны работать с сотовыми сетями связи (устанавливается соответствующая SIM-карта).

Краткий обзор спутниковых  систем мобильной связи

Teledesic

Teledesic - широкополосной  низкоорбитальной спутниковой коммуникационной  системе -  выделены две полосы  по 500 МГц в Ка-диапазоне (20-30 ГГц). Up-link: 28,6-29,1 ГГц; down-link: 18,8-19,3 ГГц.

Система состоит  из 288 спутников на 12 орбитах. Все эти спутники, связанные в единую сеть, должны организовать систему "космического Интернета" (Internet in the sky). В пределах зоны радиусом 100 км система сможет поддерживать скорость 500 Мбит/с на и от пользователя. Большинство пользовательских терминалов способны поддерживать скорость 64 Мбит/с в обоих направлениях.  Базовым режимом, то есть наиболее массовым, по оценкам экспертов компании, будет режим c up-link скоростью 2 Мбит/с и down-link скоростью 64 Мбит/с.

Celestri

Особенность этой системы заключается в совместном использовании низкоорбитальных и геостационарных спутников. Спутники, находящиеся на низких орбитах, будут осуществлять региональную трансляцию, геостационарные спутники — глобальную. Эта система является "второй серией", которую решила продемонстрировать компания Motorolla вслед за уже широко известным Iridium'ом. Если Iridium осуществляет телефонную и пейджинговую связь, то система Celestri должна предоставить своим пользователям полный набор мультимедийных услуг.

 Низкоорбитальная  группировка будет состоять из 63 спутников, расположенных на 7 орбитах. Высота орбиты - 1400 км, наклонение - 48°, период обращения - 1,9 часа. Каждый спутник будет общаться с пользователями со скоростью 80 Гбит/с. Минимальный срок службы каждого аппарата - 8 лет.  Частотный диапазон: Up-link 28,6-29,1 и 29,5-30,0 ГГц;  Down-link 18,8-19,3 и 19,7-20,2 ГГц;  скорость межспутниковой связи 4,5 Гбит/с.

Геостационарная группировка состоит из девяти спутников, каждый из которых будет формировать 4 широких луча и 84 узких. Скорость связи в каждом луче - 2,8 Гбит/с. Набор пользовательской аппаратуры предусматривает терминалы со скоростями от 64 Кбит/с до 155 Мбит/с. Стоимость самого дешевого комплекта оборудования не должна превышать 750 долларов.

Ellipso

Ellipso является гибридной системой, включающей  17 спутников в двух группировках: средне- и низко-орбитальной.

 Создатели  системы поставили себе задачу  минимизировать стоимость одной   минуту, для чего они пошли  по пути достижения максимальной  эффективности системы минимальными средствами. То есть сделали так, чтобы спутники обслуживали заселенные области, а время пролета над малонаселенными областями было минимизировано.

 Спутниковая  группировка разделена на две  половины: Ellipso-Boreal и Ellipso-Concordia. Первая предназначена для обслуживания Северного полушария, вторая - южного. В системе Ellipso-Boreal - 10 спутников, выведенных на эллиптические орбиты (апогей - 7846 км, перигей - 520 км, наклонение - 116,5°, период обращения - 3 часа). Апогей орбиты находится в северном полушарии, таким образом, большую часть периода спутник обслуживает северное полушарие. Система Ellipso-Concordia состоит из шести спутников, находящихся на круговых экваториальных орбитах высотой 8040 км. Эта система будет обслуживать южное полушарие, причем только до 47° ю.ш. Все территории, находящиеся южнее, по замыслу создателей, не заселены и в мобильной связи не нуждаются. Кстати, на эту орбитальную схему создателями получен патент. По их словам, данное расположение орбит повышает эффективность системы чуть ли не на 20 % по сравнению с системой, расположенной на круговых орбитах.

Globalstar

Система состоит  из 56 спутников на восьми орбитах. При  этом шесть спутников на каждой орбите являются рабочими, а по одному - резервными. Высота орбиты - 1414 км, наклонение - 52°. Масса каждого спутника - 450 кг, минимальный срок службы - 7,5 лет.

 Особенность  Globalstar заключается в том, что  при запросе пользователя сначала  будет сделана попытка соединить  пользователя через местную сотовую  сеть. При невозможности сделать это, сигнал будет отправлен на спутник, с которого - на узловую станцию (Gateway), и далее - в местные коммуникационные сети. Таким образом, Globalstar является не альтернативой традиционным методам связи, а только дополнением. В проект всех остальных систем тоже заложена совместимость с наземными сетями, однако, "врастание" в такой сильной степени характерно только для Globalstar.

Рабочие частоты Globalstar:

• 1610-1621,35 МГц  - Up-link  - связь пользователь-спутник
• 2483,5-2500 МГц  - down-link  - связь спутник-пользователь
• 5091-5250 МГц  - feeder up-link  - связь gateway-спутник
• 6875-7055 МГц  - feeder down-link  - связь спутник-gateway

Sky Bridge

Спутниковая группировка Sky Bridge включает  64 спутника на низких орбитах, обеспечивая пользователей всем "джентльменским набором" мультимедийных услуг: передача данных, корпоративная связь, выход в Интернет, игры. Каждый спутник формирует 45 лучей, каждый из которых обслуживает область радиусом 350 км. Масса спутника - 800 кг, минимальный срок службы - 8 лет. Пользовательский терминал обеспечивает скорость 64 Мбит/с на линии "спутник-Земля" и 2 Мбит/с на линии "Земля-спутник". Предполагается создать около 200 узловых трансляционных станций, обеспечивающих связь Sky Bridge c местными коммуникационными сетями. Эти же станции будут обеспечивать переключение пользователя со спутника, выходящего из зоны видимости.

ORBICOMM

В 1995 г. на орбиту были выведены два экспериментальных спутника. В настоящее время идет разворачивание системы из 28 КА. Система осуществляет слежение за передвижными объектами (аналогично системе Euteltraks), автоматический сбор информации (пожарные службы, радиационный контроль и др.), корпоративную и персональную связь. Спутники находятся на орбите высотой 825 км. Для трансляции "Земля-спутник" используется диапазон 137-138 МГц и 400 МГц, для трансляции "спутник-Земля" — 148-150 МГц.

Спутниковый Internet

Рекомендуемое использование  высокоскоростного спутникового Интернета - подключение групп пользователей: корпоративные структуры, небольшой город с медленной телекоммуникационной магистралью. Обычно используется выделенная линия небольшого (32-64 кбит/с) объема; при такой линии и возрастании числа пользователей «всё начинает тормозить». Подключение к высокоскоростному спутниковому Интернету позволяет резко повысить скорость и улучшить качество приема при незначительном увеличении расходов.

Следует отметить, что  посредством спутникового Internet принципиально невозможна IP-телефония, поскольку сервер обрабатывает только ftp- и http-протоколы.

НТВ Internet

В предоставляемом НТВ-Интернет сервисе (сайт www.ntvi.ru) используется стандартная схема посылки запроса и получения ответа, которая отражена на рисунке 5.2. Работа портала НТВ-Интернет основана на PROXY-сервере, расположенном в Москве.

Для  предоставления данного сервиса работает один транспондер спутника "Бонум" на частоте 12 297 МГц. Ширина транспондера 36 МГц. Не вдаваясь в точные расчеты, ориентировочно можно сказать, что при гарантированной скорости 365 кбит/с одновременно около сотни пользователей могут непрерывно качать информацию. Понятно, что такого не бывает: во-первых, не все одновременно, во-вторых, не все время качают файлы. У сервиса EON на настоящий момент порядка 15 000 пользователей. Но при этом уже задействовано 4 или 5 транспондеров спутника "Астра". Предполагается подключить ещё 3 транспондера. Очевидно, с возрастанием количества пользователей компания НТВ-Интернет будет предпринимать всякого рода шаги для обеспечения качества: от ограничения количества пользователей или скорости передачи до ввода новых мощностей. На этот случай резервы у компании есть: еще далеко не все транспондеры спутника используются на полную мощность.

Абонентское оборудование для высокоскоростного доступа в Интернет с возможностью приема телевизионных каналов:

• компьютер;
• "тарелка" НТВ-Плюс;
• DVB-карта (двойного назначения: Internet и телевещание);
• CD-ROM с соответствующим программным обеспечением.

DVB-карта - со встроенным MPEG-2 декодером и тюнером - предназначена для приема данных Интернет и приема некодируемых телевизионных программ НТВ-Плюс (НТВ, ТНТ и др.); просмотр программ возможен, как на экране компьютерного монитора, так и на экране обычного телевизора. Эта карта комплектуется также выходом высококачественного стереофонического звукового сигнала.

Перечисленное оборудование предоставляет следующие функции:

• прием и декодирование Интернет-трафика со спутника;
• обработка push-потоков;
• организация обратного потока от пользователя;
• просмотр на экране компьютерного монитора в полностью масштабируемом окне телевизионных программ НТВ-Плюс;
• запись телевизионных программ на дисковые накопители компьютера -  программный видеомагнитофон.

Следует отметить, что  такого сервиса, как одновременный прием в компьютер телевидения и Интернет оборудование не предоставляет.

Гарантированная скорость Интернет-трафика составляет 365 кбит/с. Однако, эксперементально было определено: при подключении одного, двух, трех и более файлов наблюдается возрастание скорости скачки (920 кбит/с); особой разницы между скоростями закачки файлов по FTP и HTTP не замечено. Иногда скорость стабильно держалась (для 10 ftp соединений около 1800-2000 кбит/с.

EuropeOnline Internet

EuropeOnline стартовала немного раньше, чем НТВ-Интернет, возможно поэтому он сейчас несколько более распространен. На этот сервис работает пять транспондеров спутника "Астра". Для приёма, благодаря "московскому" лучу, достаточно 90-сантиметровой "тарелки". Скорость получения информации гарантирована на уровне 370 кбит/с.

Схема предоставления сервиса  представлена на рисуноке 5.2. Несмотря на некоторые различия, по сравнению  со схемой предоставления услуг компанией  НТВ-Интернет, принцип у них одинаков. Программное обеспечение формирует  и отсылает запросы к локальному Интернет-провайдеру, откуда они передаются на PROXY-сервер спутникового Интернет-провайдера, расположенный в Люксембурге. Все ответы на запросы, приходящие на сервер от пользователя, транслируются на спутник, а со спутника на компьютер пользователя. По сведениям сайта www.itelsat.com.ua, сервер работает как шлюз с Интернет через канал 622 Мбит (по сведениям из другого сайта www.omicom.ru  -  650 Мбит).

Необходимое оборудование такое же, как и у НТВ-Интернет, за исключением спутниковой карты - EuropeOnline предлагает две платы:

• SkyStar 1 со встроенным MPEG-2 декодером и тюнером (помимо Internet);
• SkyStar 2 (только Internet).

Web-серфинг и ftp-закочка  принципиально отличаются тем, что при web-серфмнге абонент часто посылает запросы, и соотношение времени 1/8 - 1/10 между запросом и получением ответа начинает играть существенную роль. Одно дело один раз подготовить информацию и долго ее передавать (ftp-закачка), другое дело - прыгать со странички на страничку в поисках какой-либо информации. Уже из принципа передачи (короткий запрос по медленному телефонному каналу и длинный ответ через спутниковый канал) ясно, что ftp-закачка предпочтительней web-серфинга.

Различий в скорости закачки по FTP- и HTTP-протоколам не замечено. Так, один из файлов, закачиваемых по FTP-протоколу, в розные промежутки времени показывал различную скорость закачки: иногда скорость была выше, чем при закачке по HTTP-протоколу, иногда ниже. Чаще всего оказывается, что no FTP качаются большие файлы, о свойство IP-протокола такое, что скорость наращивается постепенно, и чем длиннее файл, тем выше будет скорость к концу его закачки (поднимется до максимума). Файлы HTTP-протокола обычно меньше размером, поэтому, скорее всего, скорость просто не успевает подняться до максимальной. Скорость устойчиво возрастает при подключении дополнительных файлов, но с какого-то момента перестает расти: скорости выше 950 кбит/с зафиксировать не удавалось.