Ільченко м Е, Сундучков К С, Волков С Е, Яландін П Н Навчально-науковий інститут телекомунікаційних систем при Національному технічному університеті України «КПІ» Індустріальний пер2, м Київ, 03056, Україна e-mail: sunduchkov@ukrkosmoskiev иа

4 Анотація – У роботі наведені сучасні послуги VSAT мереж, нові можливості для передачі ТБ-програм звязку з розробкою нового стандарту DVB-S2 і стандарту «стиснення» – «MPEG-4», а також нове рішення IPTV (MPEGover IP over DVB-S2) Обговорюються переваги і недоліки нової технології MPLS-технології ядра магістралі як для наземних мереж, так і для супутникових каналів звязку Помітне місце відведено інтерактивним VSAT станціям та їх різновиди – земним станціям малих корпоративних супутникових мереж звязку Особливу увагу приділено освоєнню перспективних діапазонів частот

I                                       Введення

Визнано, що існує прірва між потенційними можливостями і реальним використанням індустрії телекомунікацій Ця прірва отримала назву «цифровий розрив» Мостом через цю прірву може стати супутниковий звязок Саме такий міст повинен забезпечити пропуск самого різнотипного трафіку і передачу інформації різного виду, починаючи від телефонії та даних корпоративних служб до доступу в Інтернет, відео-конференц-звязку (вкпючая такі її додатки, як телемедицина та дистанційне навчання) і відносно коротких повідомлень, які використовуються службами порятунку або контролю перевезень Іншими словами, супутникового звязку «по плечу» будь-які телекомунікаційні завдання, вирішення яких нерозривно повязане з такими вимогами до мережі, як надійність, гнучкість і доступність за ціною [1] Найпоширенішими супутниковими мережами стали VSAT-мережі

II Історія розвитку VSAT-мереж

Існує кілька типів земних станцій VSAT Їх можна умовно розділити на кілька поколінь Поява кожного нового покоління VSAT ставало можливим у міру появи нових технологій, створення потужніших супутників звязку та освоєння нових діапазонів частот

1         покоління VSAT першого покоління працювали в С-діапазоні і використовувалися тільки в мережах віщального типу, тобто абонентські термінали могли лише приймати потоки даних Мережі віщального типу до цих пір широко використовуються для розподілу фінансової та ділової інформації, біржових зведень, передачі ТВ програм, газетних смуг, в системах асиметричного доступу в Інтернет Наприклад, широко відома система високошвидкісного доступу в Інтернет DirecPC по суті є супутникової віщальної мережею

2         покоління Друге покоління земних станцій VSAT характеризується тим, що вони можуть підтримувати двосторонню (дуплексну) звязок Ці термінали використовуються банківськими та фінансовими організаціями в різних компютерних мережах для обміну даними, мережами роздрібної та оптової торгівлі, промисловими підприємствами для звязку з філіями та постачальниками Також вони знайшли широке застосування для організації високошвидкісного двостороннього доступу в Інтернет VSAT станції використовуються для створення виділених магістральних каналів Більшість з них працює в Кі-діапазоні, хоча в деяких країнах в мережах і раніше використовується С-діапазон

3        покоління Широке поширення отримали термінали третього покоління, з антенами діаметром 1,2 м і менше Вартість станції від 1 до 10 тис доларів, швидкість передачі – до декількох мегабіт в секунду, послуги – мультимедійний сервіс Такі термінали прості по конструкції, відрізняються низькою ціною і працюють виключно в Кі-діапазоні

4        покоління В останні роки на ринку зявилося четверте покоління VSAT для мультимедійних додатків в Кі – і Ка-діапазонах Поряд з традиційними методами доступу в них застосовуються все більш складні алгоритми доступу та передачі інформації, що збільшують ефективність використання супутникового ресурсу і підвищують якість і надійність звязку При цьому розмір їх антен (в Ка-діапазоні) становить, приблизно, 70 см, а ціна знаходиться в межах 500 – 1000 доларів [2]

III Сучасні можливості VSAT мереж

Мережі на базі VSAT є фрагментом фактично незалежним від наземної телекомунікаційної інфраструктури, вони не потребують постійного технічному супроводі і можуть бути розгорнуті в найкоротші терміни [3] Насправді сучасні VSAT-термінали завдяки своїй функціональності і низької вартості дозволяють, як ніколи раніше, підтримувати найширший спектр телекомунікаційних служб як для місцевої, так і для міжнародного звязку [1]: інтернет через супутник дистанційне навчання сільський звязок телемедицина 1Р-телефонія передача відео і цифрових даних служби розширення інфраструктури ТфОП національні та багатонаціональні мережі широкосмугова передача даних широкомовні служби, вкпючая служби розсилки новин служби корпоративних організацій:

– урядові з підвищеним захистом інформації

– передачі даних від банкоматів в центральний банк і назад

– низькошвидкісні зі змішаним трафіком для малих корпоративних систем супутникового звязку (МКССС), для потреб міністерства надзвичайних ситуацій (МНС) та ін

Станції для прийому супутникового телебачення сьогодні є найпоширенішими у світі супутниковими станціями Єдина їх функція – прийом телевізійних програм

Стандарт DVB-S, прийнятий в 1994, визначає структуру транспортних пакетів, канальне кодування та схеми модуляції при передачі по супутникових каналах мереж безпосереднього мовлення (DTHDirect-to-Home) Заснований на використанні QPSK модуляції і удовлетворявший потреби цифрової супутникової передачі протягом 90-х років, зараз вже не може задовольнити зростаючі запити постачальників контенту і мовників [4]

Стандарт DVB-S2 забезпечує значно більш високу пропускну здатність передачі У поєднанні зі стисненням даних MPEG4, яке стискає інформацію більше приблизно на 1/3 в порівнянні з методом стиснення MPEG2, стає можливою ефективна передача HDTV (high definition television) Передбачено чотири можливих схеми модуляції Перші дві, QPSK і 8PSK, призначені для використання в мовних мережах Більш швидкісні схеми модуляції, 16APSK і 32APSK, орієнтовані на професійні мережі

Для захисту від перешкод в новому стандарті використовується замість згортальної коди – код з низькою щільністю перевірок на парність (Low Density Parity Check Codes – LDCP) LDCP – один з варіантів «Турбо» кодів, винайдений ще в 1960 році і отримав своє друге народження в середині 1990-х

Нове рішення для передачі ТВ програм Потік DVB може використовуватися для передачі пакетів IP (DVB-IP), як замість телебачення, так і разом з ним

Наприкінці 2005 року в Росії організовано тестове мовлення цифрового телебачення по інтернет-протоколу (IPTV) Формат мовлення: MPEG4 over IP over DVB-S (DVB-S2) IPTV-контент формується в єдиному технічному центрі, звідки здійснюється трансляція 1Р-потоку через супутник «Експрес-АМ22» Використання стандарту MPEG-4AVC (Advanced Video Coding Η264/Part 10) та застосування способу обробки аудіоданих ААС (Advanced Audio Coding) дозволяють зменшити швидкість потоку однієї телевізійної програми до 1,5 Мбіт / с при високій якості зображення Для кодування контенту використовується технологія CAS (Conditional Access System – система умовного доступу), яка спеціально розроблена для скремблірованіе на рівні 1Р-потоку Крім телевізійних каналів, в пакет планується включити й інші затребувані послуги, такі, як відео за запитом, передачу даних та інтернет Таким чином, 1Р-провайдери отримують готове технічне рішення з організації мультисервисного пакета найсучасніших послуг [5]

MPLS-технологія ядра магістралі «Масове визнання великими операторами технології комутації інформаційних потоків по мітках, що отримала назву Multi-Protocol Label Switching (MPLS), як перспективного «Транспортного засобу» для магістральних мереж збіглося з настанням нового століття Саме в 2001 році в найбільш розвиненої частини світу, а також у Росії почали будуватися десятки MPLS-мереж Введення їх у комерційну експлуатацію припав вже на 2002-й і продовжується до цих пір », пише у своїй роботі [6] Євген Євдокименко Ця технологія почала розроблятися в другій половині 90-х років минулого століття компаніями Ipsilon, Cisco і IBM в очікуванні зростання 1Р-трафіку

Витрати обчислювальної потужності будь-якого пакетного комунікаційного пристрою, незалежно від підтримуваної їм технології, пропорційні кількості оброблюваних пакетів (кадрів, осередків), а не їх розміром, тому комутатора ATM доводиться виконувати приблизно в 100 разів більшу роботу, ніж маршрутизатора IP, що працює з кадром розміром в 4500-5500 байт

Таким чином, вартість просування одного і того ж обсягу даних з рівною швидкістю по магістралі MPLS і магістралі ATM завжди різна Щодо менші витрати обчислювальної потужності призводять до того, що магістраль MPLS виявляється економічніше

Одним з достоїнств технології MPLS в порівнянні з ATM є її здатність використовувати практично будь-який формат кадрів існуючих технологій другого рівня – ATM, frame relay, РРР, Ethernet або будь інший, яка може зявитися завтра Тому вона має кілька різновидів: A-MPLS, F-MPLS, P-MPLS і E-MPLS вони, відповідно, використовують комірки ATM, frame relay, РРР або Ethernet Якщо завтра небудь нова технологія канального рівня, скажімо X, буде здатна працювати на нових швидкостях терабітних діапазону, то MPLS залишиться тією ж технологією з тими ж функціональними можливостями, але тільки матиме новий формат кадру X і підтримку нового рівня швидкостей Така протокольна незалежність пари IP / MPLS забезпечує їй високу ступінь гнучкості і масштабованості, так необхідну при роботі на магістралі

Як ATM, так і MPLS володіють такими функціями: в ATM – це агрегування окремих віртуальних зєднань VCC (Virtual Channel Connection) у спільний шлях VPC (Virtual Path Connection), а в MPLS – агрегування різних користувальницьких потоків до загального кпасс просування (Forwarding Equivalence Class, FEC) і передача їх по загальному шляху LSP (label switched path) При цьому механізми агрегування MPLS більш гнучкі й піддаються автоматизації

ATM мережа може контролювати параметри QoS «з кінця в кінець» для кожного окремого віртуального зєднання, забезпечуючи високий ступінь гранулювання угод про рівень послуг (SLA, Service Level Agreement) Нездатність MPLS підтримувати QoS подібним чином дуже багато хто вважає її слабкістю і головною причиною збереження ATM на магістралі Безумовно, проблеми з підтримкою QoS у мереж IP / MPLS існують, але справа не в тому, що MPLS не може підтримувати QoS також, як ATM Сьогодні відсутня прийнятий IETF та іншими органами стандарт, що встановлює для MPLS способи підтримки QoS відповідно з особливою роллю технології, призначеної для ядра мережі, а не для її периферії

У MPLS весь призначений для користувача трафік зводиться всього до двох класів, так що, замість інформації про параметри QoS тисяч віртуальних зєднань (підхід ATM), пристроїв LSR (Label Switching Router – комутатор-маршрутизатор MPLS) досить запамятовувати параметри тільки двох LSP по кожному інтерфейсу – таке істотне скорочення забезпечує високу масштабованість рішення і зберігає підтримку QoS

При передачі трафіку через високошвидкісні канали 2,5-10 Гбіт / с пульсації великої кількості (кілька тисяч) окремих користувальницьких потоків в сумарному потоці настільки згладжуються, що для їх обробки досить простих методів роботи з чергам: наприклад, тих, які розвиваються в рамках механізмів DiffServ, що застосовуються в пристроях IP / MPLS І тонкі методи підтримки QoS, як у ATM, в таких умовах просто зайві

Потрібно також відзначити, що проблеми підтримки QoS на швидкісних магістралях не надто цікавлять багатьох операторів з іншої причини – ці канали недовантажені, так що про 97% завантаження їх власникам залишається тільки мріяти

IV Інтерактивні VSAT-станції

Інтерактивні VSAT-станції орієнтовані тільки на передачу даних і мають значно нижчу вартість При цьому використання сучасних супутників звязку з високими енергетичними параметрами при роботі в мережі з топологією «зірка» і з однієї потужної центральною станцією дозволяють застосовувати інтерактивні VSAT-термінали з малою антеною, діаметр якої в більшості випадків не перевищує 1,2 м, а потужність передавача становить не більше 1 Вт (максимум 2 Вт) Проте при невисоких енергетичних характеристиках інтерактивні VSAT-термінали забезпечують швидкість в зворотному каналі до 512 кбіт / с, а в деяких випадках і більше Таким чином, користувачі, підключені до такої станції, отримують доступ в Інтернет зі швидкістю в кілька сотень кілобіт на секунду

Інтерактивні VSAT-мережі розвиваються дуже високими темпами у всіх регіонах світу Серед 100 тис VSAT-станцій, встановлених за 2003 р, приблизно 90% належить саме до інтерактивним VSAT типу DVB-RCS (Return Channel Satellite, стандарт ETSI ΕΝ 301790) Основною рушійною силою є розвиток Інтернету в поєднанні з відносно низькою вартістю інтерактивної VSAT-станції (нижче повнофункціональної майже на порядок) [7]

IVIнoгocτaнціoнний доступ для зворотного каналу працює в режимі многочастотнго TDIVIA (IVIF-TDIVIA) і має два варіанти Перший варіант не передбачає перескок частоти каналу передачі абонентської станції при перевантаженні загального потоку формованого при заданій швидкості (наприклад, 144 кбіт / с), а другий має таку можливість (другий варіант забезпечує більшу пропускну здатність на вимогу) Смуга частот, що виділяється для зворотних каналів, становить 20IVIΓц (у цій смузі частот може бути організовано декілька частотних каналів TDIVIA)

Характерною особливість є використання для завадостійкого кодування і Турбо кодів, що дозволяє гранично знизити необхідну значення «сигнал / шум» (Eb / No)

Малі корпоративні супутникові мережі звязку (IVIKCCC) є різновидом інтерактивних VSAT-мереж з тією особливістю, що в них застосовується змішаний трафік (дані, голос, факс) і минимизирования експлуатаційні витрати, що визначаються в першу чергу орендою смуги частот на космічному апараті Визначення IVIKCCC і загальна їх характеристика наведена в роботах [8, 9]

У роботах [10, 11] показано ефективність протоколу Frame Relay для МКССС за критерієм меншою ймовірності необслуговування (втрати пакета) при різних видах трафіку (дані, мова, дан-ні + мова)

У результаті аналізу експлуатаційних витрат малої корпоративної супутникової мережі звязку запропоновано відмовитися від традиційних дорогих універсальних периферійних ЗС та центральних Нив-станцій на користь розробки спеціалізованої програми управління мережею і створення вітчизняних спеціалізованих ЗС супутникового звязку При визначенні архітектури МКССС в роботі [12] запропоновано застосувати: вид модуляції DQPSK, вид завадостійкого кодування – турбокоди, алгоритм стиснення мови відповідно до рекомендації ITU-T G729, багатостанційний доступ до ресурсу – TDMA з наданням каналів на вимогу при чотирьох тимчасових слотах, протокол формування цифрового потоку – Frame Relay з довгою пакета 1000 біт При цьому буде потрібно для забезпечення дуплексної звязку смуга частот рівна 33,34 кГц Якщо припустити, що оренда супутникового ресурсу коштує $ 5000 за 1 МГц на місяць, то в мережі з 12 напрямків при оренді смуги частот рівний 33,34 кГц на супутнику, кожен абонент повинен буде платити менше $ 14 на місяць

V Освоєння перспективних діапазонів

Для того, що б уникнути перевантаженості сантиметрового діапазону НВЧ і зробити доступною більш широку смугу частот останнім часом для бездротового доступу був виділений діапазон частот 26-70 ГГц

У системах супутникового звязку для передачі високошвидкісних потоків інформації поки використовуються частоти 20-40 ГГц Великі втрати при поширенні в атмосфері в міліметровому діапазоні довжин хвиль створюють певні труднощі для побудови систем передачі інформації, і вимагають для їх вирішення проведення досліджень

Ведуться дослідження в міллімеровом діапазоні довжин хвиль у двох напрямках: дослідження розповсюдження радіохвиль в атмосфері Землі, в волноводопроводящіх структурах в міліметровому діапазоні і проводять моделювання та проектування НЕМТ і малошумні підсилювачів для цих же діапазонів

VI                                  Висновок

Благодоря появі нових технічних рішень, таких як DVB-S2, MPEG-4, IPTV і MPLS в недалекому майбутньому отримають не менш широке поширення супутникові станції обєднують в собі доступ в Інтернет, інтерактивне телебачення і набір нових сервісних функцій (голосування, рейтинги та обговорення фільмів і телепередач, електронна комерція і т д)

Малі корпоративні супутникові мережі звязку побудовані на спеціалізованих вітчизняних інтерактивних VSAT-станціях забезпечать при малому навантаженні передачу змішаного трафіку (дані, мова, факс) з мінімальними експлуатаційними витратами

Всі види і типи супутникових телекомунікаційних мереж неминуче будуть просуватися в міліметрову область діапазону частот, дослідження в якої ще довгий час будуть залишатися актуальними

VII                          Список літератури

[1] Девід Хартскорн «Подолати прірву» За матеріалами Global VSAT Forum 2003 Directory, 13 червня 2003 http://www iemag ru / ID = 473717

[2] Валерій Кутуков «Системи VSAT» http://www mteleport ru / cgi-bin / mtsat rz = 020 & sz = 2

[3] Олексій Єсауленко «Важкодоступні мережі VSAT» http://wwwvsat-telru/seti-7-05htm

[4] http://wwwgsru/news_7119html «Тестове мовлення в стандарті DVB-S2» Новини 18082005

[5] В Берсон, А Захаренков «IPTV MPEG4 мовлення з супутника« Експрес »80 ° В Д» Теле-Супутник, лютий 2006

[6] Ε Євдокименко Магістральна технологія XXI століття » Мережевий журнал № 42003 http://www setevoi ru/cgibin/text/pl/magazines/2003/4/70

[7] Анпілогов В Р «Наближаючи майбутнє Перспективи послуг на базі VSAT в Росії »Connect Світ Звязку,

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

[8] Сундучков Κ С, Когут А П, Сунегін Д Г, Сушко С І «Мала супутникова корпоративна мережа передачі інформації» Матеріали 13 Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології »м Севастополь, Крим, Україна, 8-12 вересня 2003, стр 303-304

[9] Сушко С І, Сунегін Д Г, Сундучков К С, Лиман-ська Ю «Особливості супутникового модему для малих корпоративних мереж передачі інформації» Праці 14 Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка та телекомунікаційні технології »м Севастополь,

Крим, Україна, 13-17 вересня 2004 р, стор 254-255

[10] Ільченко М Є, Сундучков К С, Сушко С І, Бойко І В «Дослідження ефективності роботи супутникових корпоративних мереж Frame Relay» В1снік Державного ун1версітету 1нформац1Йно-комун1кац1Йніх технолопй ДУІКТ, м Київ, 2005р № 3-4, том 3, стор 34-37

[11] Бойко І В, Когут А Я, Ляшевич В С, Сундучков К С, Сушко С І «Вибір технологи пакетної комутації в малій корпоративної супутникової мережі звязку» Прац | УНД1РТ, № 1 (41) 2005р, Стр 7-11

[12] Сундучков К С, А А Макаров, Сушко С І, Когут А Л, Бойко І В «Арх1тектура малої корпоративної супутникової мережі звязку» «Радіотехніка» ХНУРЕ, м Харків, 2005р, вип № 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р