какой основное преимущество сетевого варианта построения спутниковой сети по сравнению с лучевым
Преимущества и недостатки спутниковых сетей связи.
К основным преимуществам спутниковых сетей связи относятся следующие:
— большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи;
— обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;
— независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика);
— возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.
Недостатки спутниковых сетей связи:
— необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных «чужими» станциями;
— наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;
— возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;
— подверженность сигналов на участках Земля-спутник и спутник-Земля влиянию различных атмосферных явлений.
Для разрешения проблем с распределением частот в диапазонах 6/4 и 14/12 ГГц и размещением спутников на орбите необходимо активное сотрудничество многих стран, использующих технику спутниковой связи.
ГЛАВА 1. КОММУНИКАЦИИ
Коммуникационная система (служит для передачи информации) состоит из нескольких компонентов ( рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема коммуникационной системы:
канал– это среда, передающая сигналы от передатчика
Информационный поток может идти:
-в одном направлении – это симплексный метод передачи;
-с применением разделения частот одновременно в обоих направлениях – это дуплексный метод;
-попеременно в одном или в другом направлении – это полудуплексный метод.
Для передачи форма бинарно-кодированногосигналадолжна быть изменена. Возможна передача:
-модулированных сигналов (используется модем). Для передачи сигнала на большие расстояния применяются модуляционные каналы. Сигнал формируется путем модуляции одной или нескольких несущих частот. Применяются несколько каналов. Используется одновременная передача обычных сигналов, речи, звука, изображения;
-немодулированных сигналов. Сигнал формируется путём перекодировки бинарно-кодированного сигнала. Не используется четко установленная ограниченная полоса частот. Способ пригоден для передачи с использованием проводников, проложенных в зданиях и местности (не через телефонную сеть). С кабелем можно работать только в полудуплексном режиме.
В случае связи сигналы приемника и передатчика должны быть в одной фазе. Для соблюдения принципа используются два метода:
В первом случае передача данных происходит байт за байтом; передаются символы. Перед каждой передаваемой единицей данных посылается стартовый и после каждой переданной – стоп-бит; они образуют “рамку”. Синхронизация передатчик – приёмник проводится для короткого промежутка времени (передача символа).
Во втором случае данные передаются блоками по несколько сотен символов. Передаются фреймы (1500 байт в случае Ethernet и 4096 байт в случае Frame Relay). Приемник получает синхронизирующий такт из принимаемого сигнала, при этом различают:
-бит-синхронизацию – для формирования рамки используются однозначные последовательности битов на любом месте.
Обратное значение кратчайшего номинального расстояния между следующими друг за другом характерными (временными) точками модулированного сигнала – это скорость распространения(modulationsrate). Если время выражается в секундах, то единицей измерения скорости распространения являетсяBaud; Vs[бод].
Общее число бит, передаваемое в секунду, называется скоростью передачи(bitrate);Vy[бит/с].
Число бит, передаваемых за шаг, зависит от числа (для каждого метода передачи) характерных состояний (цифровой сигнал). Только для бинарной (два характерных состояния), последовательной передачи скорость передачи, измеряемой в бит/с равна скорости, измеряемой в бод.
При передаче данных с использованием модема при скорости равной или более 2400 бит/с должно быть сформировано более двух характерных состояний для того, чтобы не превысить заданную полосу. Скорость распространения меньше или равна скорости передачи. Справедливо выражение:
где b – число бит, переданных за один период;
n – число возможных характерных состояний.
Пример: для передачи 9600 бит/с (квадратная амплитудная модуляция) образуются 16 характерных состояний, при этом за один период передают четыре бита; ln16 = 4 (из четырех бит можно образовать 16 комбинаций). Но скорость распространения составляет только 0,25 скорости передачи и равна 2400 Bd.
Скорость передачи данных (data transfer rate) – это среднее число бит, символов, блоков, передаваемых в единицу времени. Она предполагает определенную скорость передачи (bit rate), предусматривает ошибки элементов передающих устройств и протоколы, используемые для распознавания и коррекции ошибок. При использовании протоколов, корректирующих ошибки, и обычной частоты появления ошибок справедливо следующее выражение:
data transfer rate = 0,5 bit rate.
Скорость передачи знаков (character rate) определяет число знаков, передаваемых в единицу времени (число бит на символ, паритет-бит, число стоп-бит).
Прозрачность определяется, как способность коммуникационной системы транспортировать поток данных независимо от применяемого кода, скорости передачи, соблюдения принципа одновременности или последовательности передаваемых бит.
1. Прозрачной для кода является система, если в ней применение определенного кода не является безусловно необходимым.
2. Прозрачной в смысле скорости передачи является система, в которой скорость передачи может быть любой. Это в определённой мере справедливо для систем с асинхронным методом передачи.
3. Бит-прозрачная система. При синхронном методе передачи используется тактовый сигнал передатчика. Одновременность (приемник – передатчик) гарантируется только тогда, когда в приёмном сигнале содержится достаточно много требуемых состояний, чтобы гарантировать синхронизацию тактового генератора приемника. В противном случае принцип одновременности не соблюдается, и появляются ошибки передачи. В этом случае говорят об отсутствии бит-прозрачности.
Статьи к прочтению:
Преимущества и недостатки офсетных и …
Похожие статьи:
Топология типа “звезда” (Topology, Star) В сети построенной по топологии типа “звезда” (рис. 2.12), каждая рабочая станция подсоединяется к особому…
Появление спутниковых сетей связи вызвало такую же революцию в передаче информации, как революция, вызванная изобретением телефона. Первый спутник связи…
3.12. Преимущества и недостатки спутниковых систем и перспективы их использования
Основными достоинствами спутникового позиционирования являются всепогодность, глобальность, оперативность, точность и эффективность. Эти качества зависят от баллистического построения системы, высокой стабильности бортовых эталонов частоты, выбора сигнала и способов его обработки, а также от способов устранения и компенсации погрешностей. Параметры систем и их отдельных элементов, а также математическое обеспечение выбираются так, чтобы ошибка навигационных определений по координатам была не более 10 м, а по скорости до 0,05 м/с.
В качестве недостатка спутниковых систем можно отметить возникновение при их работе ошибки, вызываемой «многолучевостью», которая обусловлена многократными переотражениями сигнала со спутника от окружающих предметов и поверхностей до того, как он попадает в антенну приемника, а также дифракцией на мелких предметах, соизмеримых с длиной волны, находящихся на пути радиолуча. При этом радиолуч проходит по другому пути, что вызывает изменение его амплитуды и фазы. В приемной антенне происходит интерференция прямого и отраженного лучей и, следовательно, изменяются амплитуда и фаза результирующего поля, что, в свою очередь, ведет к искажению измеряемой дальности. Ошибки, вызванные многолучевостью, все время меняются, что вызвано движением спутников. Искажения в значительной степени можно компенсировать, если наблюдения длятся дольше периода изменения погрешностей, а накопленные измерения обрабатываются совместно.
Для уменьшения влияния этого эффекта в спутниковых приемниках применяются специальные антенны и усовершенствованная техника обработки сигналов.
Одним из факторов, ухудшающих результаты спутниковых измерений, могут также стать помехи от близко расположенных мощных источников радиоизлучений: локаторов, теле- и радиопередающих станций и т. п.
Важнейшей характеристикой качества спутниковых измерений является геометрический фактор, характеризующий потери точности из-за геометрии засечки, т. е. расположения наблюдаемых спутников. Установлено, что точность определений тем выше, чем больше объем треугольной пирамиды, в вершинах которой располагаются спутники. Поскольку параметры орбит спутников точно известны, можно заранее определить время, когда геометрия спутников будет наилучшей для измерений. Поэтому спутниковым наблюдениям всегда предшествует очень важный этап планирования работ. В измерения включают все видимые в данный момент спутники, максимальное число которых может достигать 12 – 13; это позволяет повысить точность определений на 15 – 20 %.
В настоящее время спутниковое геодезическое оборудование применяется для решения широкого круга геодезических задач, включая в первую очередь спутниковые координатные определения при создании геодезических сетей.
Как известно, государственная плановая геодезическая сеть состоит примерно из 350 тыс. геодезических пунктов, включая пункты триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов, которых около 164 тыс. Ошибки координат пунктов увеличиваются к востоку и северу относительно исходного пункта и достигают 10 – 15 м.
Применение спутниковых приемников для привязки центров фотографирования позволило в несколько раз снизить общую стоимость работ за счет уменьшения объемов полевых работ, связанных с привязкой аэрофотоснимков.
Широкое применение получили спутниковые измерения в режиме RTK, которые используются для плановой и высотной съемки открытых территорий, создания локальных сетей сгущения на небольших удаленных объектах, выносе в натуру проектов. Режим кинематики обычно используется при топографической съемке.
С созданием спутникового геодезического оборудования значительно расширились возможности изучения вертикальных движений земной коры на больших территориях, вызванных движением материковых плит, наблюдений за деформациями земной поверхности, вызываемыми осадками (снегом, дождем, изменением барометрического давления и т. д.), а также изучения деформаций земной поверхности, вызываемых техногенными факторами.
Благодаря достоинствам спутниковых технологий Федеральной службой геодезии и картографии России принята концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений. Согласно этой концепции дальнейшее развитие государственной геодезической сети будет выполняться исключительно спутниковыми методами.
Одним из важнейших направлений совершенствования и развития спутниковой радионавигации является совместное использование сигналов ГЛОНАСС и GPS, а в будущем – Galileo. Основные цели этого процесса – повышение точности и надежности (доступности, непрерывности обслуживания и целостности) навигационных определений.
Концепция развития главной геодезической основы в соответствии с Основными положениями о государственной геодезической сети предусматривает на ближайшую перспективу развитие высокоточных геодезических сетей, ориентированное на широкое использование спутниковых технологий.
Современные спутниковые методы, основанные на применении спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами геодезических измерений. К основным из них относятся следующие:
возможность оперативной и точной передачи координат на большие расстояния;
отсутствие необходимости обеспечения взаимной видимости между смежными опорными пунктами. Это позволяет располагать пункты в местах, благоприятных для их долговременной сохранности и удобных для последующего использования; при этом отпадает необходимость сооружения дорогостоящих наружных геодезических знаков;
снижение требований к плотности исходной геодезической основы, позволяющее резко сократить число опорных пунктов;
простота организации и высокий уровень автоматизации работ, возможность выполнения работ в любое время суток и при любых погодных условиях;
возможность объединения на базе единой технологии плановой и высотной геодезических основ, совмещения пунктов носителей плановых координат и высот и связи существующих плановых и высотных сетей.
Согласно новой концепции и программе перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений предусматривается построение сетей высшего класса точности, связанных между собой по принципу перехода «от общего к частному». К таким геодезическим сетям относятся:
1. Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС), являющаяся высшим звеном координатного обеспечения. ФАГС реализует общеземную геоцентрическую систему координат ПЗ-90 при решении задач координатно-временного обеспечения территории страны.
ФАГС представляет собой систему равномерно распределенных по территории страны пунктов, удаленных друг от друга на 800 – 1000 км. Число таких пунктов составит 50 – 70, из которых 10 – 15 пунктов будут постоянно действующими, а остальные – переопределяться группами через определенные промежутки времени в зависимости от динамической активности региона.
Пространственное положение пунктов ФАГС определяется в общеземной системе координат с максимально возможной точностью, которая может быть обеспечена использованием всего комплекса существующих методов космических измерений (радиоинтерферометрических, лазерных др.). При этом средние квадратические погрешности взаимного положения пунктов не должны превышать 2 см в плане и 3 см по высоте.
2. Высокоточная геодезическая сеть (ВГС), которая представляет собой однородное по точности пространственное геодезическое построение, состоящее из системы пунктов, расположенных на расстоянии 150 – 300 км друг от друга. Основными функциями ВГС являются распространение на всю территорию страны общеземной геоцентрической системы координат, обеспечение ее связи с референцной системой геодезических координат СК-95, объединение плановой и высотной геодезических основ. Положение пунктов ВГС определяется относительными методами космической геодезии со средними квадратическими погрешностями не более 10 – 18 мм в плане и 15 – 25 мм по высоте.
3. Спутниковая геодезическая сеть I класса (СГС-1) состоит из системы легкодоступных пунктов, удаленных друг от друга на 25 – 35 км; в экономически развитых районах плотность пунктов может быть повышена. Такая плотность пунктов сети должна обеспечивать оптимальные условия для использования методов спутниковой системы позиционирования.
Положение пунктов СГС-1 определяется относительными методами космической геодезии со средними квадратическими погрешностями не более 10 – 12 мм в плане и 15 – 18 мм по высоте; в динамически активных районах точность определения координат пунктов должна быть повышена до 5 – 6 мм в плане и 10 – 12 мм по высоте.
Указанные выше классы сетей строго связаны между собой: ФАГС является основой для развития ВГС, а ВГС – для СГС-1. При построении ФАГС, ВГС и СГС-1 предусматривается привязка к высшему классу спутниковой сети пунктов существующей государственной геодезической сети, т. е. последняя станет играть роль сети сгущения.
Следует отметить, что наряду с очевидными преимуществами спутниковые методы определения координат имеют ряд недостатков. Поэтому их применение не всегда позволяет обеспечить оптимальное решение геодезических задач. Следовательно, наряду со спутниковыми методами необходимо использовать и традиционные технологии геодезических работ.
Преимущества и недостатки спутниковых сетей связи.
К основным преимуществам спутниковых сетей связи относятся следующие:
— большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи;
— обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;
— независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика);
— возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.
Недостатки спутниковых сетей связи:
— необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных «чужими» станциями;
— наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;
— возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;
— подверженность сигналов на участках Земля-спутник и спутник-Земля влиянию различных атмосферных явлений.
Для разрешения проблем с распределением частот в диапазонах 6/4 и 14/12 ГГц и размещением спутников на орбите необходимо активное сотрудничество многих стран, использующих технику спутниковой связи.
ГЛАВА 1. КОММУНИКАЦИИ
Принципы передачи
Коммуникационная система
Коммуникационная система (служит для передачи информации) состоит из нескольких компонентов ( рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема коммуникационной системы:
канал– это среда, передающая сигналы от передатчика
Информационный поток может идти:
-в одном направлении – это симплексный метод передачи;
-с применением разделения частот одновременно в обоих направлениях – это дуплексный метод;
-попеременно в одном или в другом направлении – это полудуплексный метод.
Для передачи форма бинарно-кодированногосигналадолжна быть изменена. Возможна передача:
-модулированных сигналов (используется модем). Для передачи сигнала на большие расстояния применяются модуляционные каналы. Сигнал формируется путем модуляции одной или нескольких несущих частот. Применяются несколько каналов. Используется одновременная передача обычных сигналов, речи, звука, изображения;
-немодулированных сигналов. Сигнал формируется путём перекодировки бинарно-кодированного сигнала. Не используется четко установленная ограниченная полоса частот. Способ пригоден для передачи с использованием проводников, проложенных в зданиях и местности (не через телефонную сеть). С кабелем можно работать только в полудуплексном режиме.
Принцип одновременности
В случае связи сигналы приемника и передатчика должны быть в одной фазе. Для соблюдения принципа используются два метода:
В первом случае передача данных происходит байт за байтом; передаются символы. Перед каждой передаваемой единицей данных посылается стартовый и после каждой переданной – стоп-бит; они образуют “рамку”. Синхронизация передатчик – приёмник проводится для короткого промежутка времени (передача символа).
Во втором случае данные передаются блоками по несколько сотен символов. Передаются фреймы (1500 байт в случае Ethernet и 4096 байт в случае Frame Relay). Приемник получает синхронизирующий такт из принимаемого сигнала, при этом различают:
-бит-синхронизацию – для формирования рамки используются однозначные последовательности битов на любом месте.
Понятия скоростей
Обратное значение кратчайшего номинального расстояния между следующими друг за другом характерными (временными) точками модулированного сигнала – это скорость распространения(modulationsrate). Если время выражается в секундах, то единицей измерения скорости распространения являетсяBaud; Vs[бод].
Общее число бит, передаваемое в секунду, называется скоростью передачи(bitrate);Vy[бит/с].
Число бит, передаваемых за шаг, зависит от числа (для каждого метода передачи) характерных состояний (цифровой сигнал). Только для бинарной (два характерных состояния), последовательной передачи скорость передачи, измеряемой в бит/с равна скорости, измеряемой в бод.
При передаче данных с использованием модема при скорости равной или более 2400 бит/с должно быть сформировано более двух характерных состояний для того, чтобы не превысить заданную полосу. Скорость распространения меньше или равна скорости передачи. Справедливо выражение:
где b – число бит, переданных за один период;
n – число возможных характерных состояний.
Пример: для передачи 9600 бит/с (квадратная амплитудная модуляция) образуются 16 характерных состояний, при этом за один период передают четыре бита; ln16 = 4 (из четырех бит можно образовать 16 комбинаций). Но скорость распространения составляет только 0,25 скорости передачи и равна 2400 Bd.
Скорость передачи данных (data transfer rate) – это среднее число бит, символов, блоков, передаваемых в единицу времени. Она предполагает определенную скорость передачи (bit rate), предусматривает ошибки элементов передающих устройств и протоколы, используемые для распознавания и коррекции ошибок. При использовании протоколов, корректирующих ошибки, и обычной частоты появления ошибок справедливо следующее выражение:
data transfer rate = 0,5 bit rate.
Скорость передачи знаков (character rate) определяет число знаков, передаваемых в единицу времени (число бит на символ, паритет-бит, число стоп-бит).
Прозрачность
Прозрачность определяется, как способность коммуникационной системы транспортировать поток данных независимо от применяемого кода, скорости передачи, соблюдения принципа одновременности или последовательности передаваемых бит.
1. Прозрачной для кода является система, если в ней применение определенного кода не является безусловно необходимым.
2. Прозрачной в смысле скорости передачи является система, в которой скорость передачи может быть любой. Это в определённой мере справедливо для систем с асинхронным методом передачи.
3. Бит-прозрачная система. При синхронном методе передачи используется тактовый сигнал передатчика. Одновременность (приемник – передатчик) гарантируется только тогда, когда в приёмном сигнале содержится достаточно много требуемых состояний, чтобы гарантировать синхронизацию тактового генератора приемника. В противном случае принцип одновременности не соблюдается, и появляются ошибки передачи. В этом случае говорят об отсутствии бит-прозрачности.
Сети спутниковой связи: оборудование, технологии, топологии
Что такое сети связи
Оборудование сетей спутниковой связи
Космический сегмент
Состоит из группы спутников, включающей несколько ретрансляторов, которые равномерно распределены по орбите.
Космические аппараты представлены:
● Радиоэлектронным оборудованием, находящемся на борту комплекса, отвечающего за радиотрансляции;
● Системами стабилизации, ориентации;
● Солнечными батареями, аккумуляторами, объединенными в систему электропитания.
Количество размещенных на орбите спутников зависит от протяженности обслуживаемой территории, которую необходимо полностью охватить, и определяется отношением периода обращения спутника вокруг Земли к временному промежутку нахождения его в зоне видимости.
Земной сегмент
Представлен сетью абонентских спутниковых станций (подвижных или стационарных), устанавливаемых пользователями, а также включает:
● Управляющий системой центр
Производит слежение за космическими аппаратами, рассчитывает их координаты, сверяет и корректирует время, осуществляет диагностику находящейся на борту аппаратуры. Центр также контролирует состояние каждого аппарата, отвечает за контроль его ввода на орбиту и вывода из состава группы спутников.
● Центр запуска космических аппаратов
Определяет программу запуска, производит сборку ракеты-носителя, осуществляет ее проверку перед стартом. После запуска производит измерения траектории полета с последующей ее корректировкой и передачей к центру управления.
● Станцию управления связью
Планирует применение спутникового ресурса. При возникновении аварийной ситуации центр включается в режим связи, имеющий повышенную нагрузку.
Посредством данного сегмента осуществляется контроль связи через управляющий центр.
● Наземное спутниковое оборудование
Диапазоны частот сетей связи
● Африка, Россия, Монголия, Европа, страны СНГ — 1 район;
● Северная, Южная Америка — 2 район;
● Южная Азия, островные государства Тихоокеанского региона, Юго‑Восточная Азия, Австралия — 3 район.
Согласно регламенту для спутниковых систем связи определены следующие частотные диапазоны:
C-диапазон
Ku-диапазон
L-диапазон
Ka-диапазон
S-диапазон
X-диапазон
K-диапазон
Топологии спутниковых сетей связи
По конфигурации трафика
С учетом конфигурации трафика спутниковые сети связи функционируют в нескольких режимах.
Обеспечивает дуплексную прямую связь по выделенным каналам между двумя удаленными друг от друга абонентскими станциями, не требуя системы управления. Подобная схема эффективно используется при большой загруженности каналов (30−40%). Основные преимущества — легкость организации каналов связи, а также прозрачность для обменных протоколов разных типов.
Чаще всего применяется для построения спутниковых систем VSAT. Обеспечивает радиальный многонаправленный трафик между удаленными терминалами и центральной земной станцией. Функции контроля, управления подобной архитектуры замыкаются на центральной управляющей станции. Главный недостаток схемы — двойной скачок связи, возникающий при взаимодействии между сетевыми терминалами, что вызывает задержки сигнала.
Благодаря этой схеме обеспечиваются прямые соединения между различными абонентскими станциями. При этом число требуемых дуплексных каналов радиосвязи равно N x (N — 1), где N — число присутствующих в сети абонентских станций. Подобная схема используется для телефонных сетей, формируемых в удаленных или труднодоступных районах, а также для сетей, которые располагают относительно небольшим количеством удаленных терминалов.