Сети спутниковой связи Лектор ст преп Зарипова Эльвира

Сети спутниковой связи Лектор ст. преп. Зарипова Эльвира Ринатовна

Определения • Спутниковая связь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. Пассивные и активные ретрансляторы-спутники • Пассивные – только отражают сигнал (в виде полимерной сферы с металлическим напылением), без приемопередающего оборудования на борту (не получили распространения). • Активные спутники оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Все современные спутники связи являются активными. 2

История создания • Проектирование в области гражданской спутниковой связи началось в 1950 м году из-за необходимости в трансатлантической телефонной связи. Радиосигнал к спутнику и обратно распространяется со скоростью 300 тысяч км/с. • 6 апреля 1965 года успешно запущен спутник Early Bird (обеспечивал 240 телефонных каналов) международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization). В организацию входили США, Бразилия, Аргентина, Мексика, Перу, Венесуэла и др страны, не входил СССР. В настоящее время Intelsat является крупнейшей спутниковой компанией в мире и состоит из 55 спутников (актуально на дату 1 октября 2013 года ). • 23 апреля 1965 года успешно запущен советский спутник Молния-1, разработанный по собственной программе развития спутниковой связи в СССР. Долгое время спутниковая связь развивалась только в интересах Министерства обороны СССР. В 1971 году подписано соглашение между 9 странами (СССР, Польша, Чехословакия, ГДР, Венгрия, Румыния, Болгария, Монголия и Куба) о развитии гражданской спутниковой связи и создании системы связи Интерспутник (международная межправительственная организация по предоставлению услуг спутниковой связи). 3

Использование спутниковой связи • Гражданская спутниковая связь. Обслуживание пассажирского воздушного и морского транспорта • Широковещание (стоимость передачи на одну станцию = стоимости передачи на 100 станций). Широковещание (англ. broadcasting) — метод передачи данных в сетях, при котором поток данных (каждый переданный пакет в случае пакетной передачи) предназначен для приёма всеми участниками сети. 4

Возможности сетей спутниковой связи 1/2 1. Высокая скорость передачи данных оборудованием пользователя: до 8 Мбит/с на передачу и до 45 Мбит/с на прием. 2. Высокая надежность системы 3. Высокое качество передаваемой информации, т. к. каналы спутниковой связи обладают высокой пропускной способностью. 4. Бесперебойная связь при неполадках наземных линий связи. Построение мультисервисных сетей. 5. Большая зона покрытия, не зависящая от географических условий. Использование спутниковой связи в труднодоступных местах, вдали от существующих наземных коммуникаций, или там, где проведение наземной связи не экономично или не возможно (острова, например). 5

Возможности сетей спутниковой связи 2/2 6. Видеоконференцсвязь в режиме реального времени. а) научные конференции, б) представители подразделений компаний, в) медицинские консультации на больших расстояниях, г) показ оборудования, технологий 7. Видеонаблюдение (независимость от наземных каналов и линий связи) а) за безопасностью объектов предприятия, б) за персоналом, в) контроль в офисных, складских помещениях 8. Скоростной спутниковый доступ в Интернет. 9. Платное TV (например, в гостиничном бизнесе) 6

Способы обмена данными через спутник • односторонний (one-way), иногда называемый также «асимметричным» — когда для приема данных используется спутниковый канал, а для передачи — доступные наземные каналы. При организации одностороннего доступа наземный канал связи, который используется в качестве запросного канала (еще его называют обратным каналом). Спутниковый канал используется в качестве прямого канала для получения данных на абонентский терминал. • двухсторонний (two-way), иногда называемый также «симметричным» — когда и для приема, и для передачи используются спутниковые каналы. Наличие наземных линий в данном случае не обязательно, но они также могут быть использованы (например, с целью резервирования). 7

Схема одностороннего доступа и телефонной линии в качестве обратного канала http: //www. stecs. ru/sat_vsat. html 8

Схема двустороннего доступа с использованием оборудования Hughes. Net (компании Hughes Network Systems) http: //www. stecs. ru/sat_vsat. html 9

Основные типы орбит космических аппаратов GSO -геостационарная (до 36 000 км), МЕО — средневысотная (до 15 000 км), LEO — низкая (до 1500 км) http: //www. sbi-telecom. ru/personalnaya-sputnikovaya-svyaz. html 10

Виды спутников • • • Геостационарные спутники, располагаясь на высоте примерно 36 000 км, постоянно находятся над заданной точкой земной поверхности. Они обеспечивают обслуживание без перерывов, обусловленных взаимным перемещением спутника и терминала пользователя. Срок службы спутника составляет 10— 15 лет, а зона обслуживания — 41%. Система из трех спутников позволяет охватить всю территорию земли. Имеют недостатки: задержка в 250 мс. Средневысотные спутники. Располагаются по низким круговым и эллиптическим орбитам. Функционируют на высоте 5000— 15 000 км. Один спутник может охватить около 25% поверхности Земли. Для глобального охвата наиболее населенных районов земного шара необходимо 7 -12 спутников. Период его обращения на средневысотной орбите составляет около 6 ч, из которых он лишь несколько минут проводит в тени Земли, поэтому длительность циклов зарядки/разрядки солнечных батарей и их частота меньше, чем у низкоорбитальных систем. Срок службы аппаратов до 12 лет. Полная задержка радиосигнала не более 130 мс. Низкоорбитальные спутники используют орбиты на высоте 700— 1500 км. Из полного периода обращения (100 мин) на теневой стороне Земли находится 30 мин. Аккумуляторные батареи на борту низкоорбитальных спутников должны обеспечивать приблизительно 5000 циклов зарядки/разрядки в год. Срок службы низкоорбитальных спутников, как правило, не превышает 5— 7, 5 лет; один аппарат способен охватить не более 6— 7% территории Земли. Для полного покрытия 11 поверхности земли необходимо 48 -60 спутников.

Связь космического, авиационного и наземного сегментов Сайт Роскосмос http: //www. roscosmos. ru/5925/ 12

Принципы определения координат Принцип определения координат объекта в системе GPS основан на вычислении расстояния от него до нескольких спутников, точные координаты которых известны. Информация о расстоянии минимум до 3 спутников позволяет определять координаты объекта как точку пересечения сфер, центр которых спутники, а радиус измеренное расстояние. На самом деле точек пересечения сфер две, но одну из них можно отбросить т. к. она находится либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Расстояние до каждого из спутников определяется как время прохождения радиосигнала от спутника до приемника умноженное на скорость света. 13

Построение математической модели системы спутниковой связи Фрагмент сети спутниковой связи представляет собой M наземных спутниковых станций, осуществляющих связь с помощью спутникового ретранслятора общей емкостью С стандартных каналов по системе коммутации каналов. Станция i имеет Ni однородных абонентов, генерирующих в свободном состоянии сообщение, с интенсивностью e. I. Башарин Г. П. , Бочаров П. П. , Коган Я. А. Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчета (1989) стр 122. 14

Схема математической модели с двумя потоками «Энгсет» 1/2 15

Схема математической модели с двумя потоками «Энгсет» 2/2 16

17