Maakeskusasema ( CZS , myös Satelliittiverkon keskusasema , CZSSS tai hub ) on erityinen satelliittimaa - asema , joka palvelee muita tilaaja -asemia ja yhdistää ne satelliittiverkkoon [ 2] . CZS toimii samanaikaisesti keskuskeskittimenä ( "hub" , englannin kielestä hub , lit. - "wheel hub, center"), johon kaikki tilaajien maa-asemat on kytketty satelliittiviestintäkanavien kautta , yhdyskäytävänä , joka yhdistää satelliittiverkon tilaajat maanpäällisiin verkkoihin. verkot, kuten Internet tai yritysverkot , ja ohjauskeskus kaikille satelliittiverkkoresursseille. Nimet "hub" , "gateway" ( eng. Gateway ) ja " Network Control Center " (NCC, eng. Network control center, NCC ) voidaan soveltaa sekä yksittäisiin DSC:n toimintoihin että koko DSC:hen. DZS-verkossa toimiville tilaaja-asemille käytetään myös nimiä "pääte (pääte) maa-asema" (TZS) , "pieni maa-asema" (SES) , VSAT [3] .
Keskusmaa-asemat sijaitsevat teleporteissa , joissa on satelliittiviestintä ja jotka on yhdistetty nopeilla valokuitukanavilla maanpäällisiin verkkoihin . Yhdessä teleportissa voi olla useita DSC:itä, jotka toimivat yhden tai useamman eri viestintäsatelliitin kautta , joista jokainen ohjaa omaa satelliittiverkkoaan [4] .
Ensimmäiset satelliittiverkot rakennettiin point-to-point -periaatteella ( SCPC , Single channel per carrier ) . Tämä ratkaisu sopii hyvin jatkuvasti ja tasaisesti kuormitettuihin runkokanaviin, mutta sillä on vakavia haittoja, kun liitetään useita etäpisteitä yhteen keskukseen, esimerkiksi pankkikonttorit keskustoimistoon. Jokainen tällainen kanava on pysyvästi osoitettu sitä käyttävälle asemalle, vaikka siinä ei välitettäisikään tietoa, mikä johtaa kalliin satelliittiresurssin tehottomaan käyttöön. Lisäksi jokainen piste vaatii yhteyden muodostamiseen parin satelliittimodeemeja , yksi pisteessä ja toinen keskellä. Suuressa verkossa keskussolmun, jossa on useita modeemeja, hallinta ja ylläpito on erittäin vaikea tehtävä [5] .
1980-luvulla ilmestyi satelliittiverkkoja, jotka rakennettiin tähtitopologiaan ja luotiin erityisesti yhdistämään monet tilaajat keskussolmuun. Keskusasemista (keskittimistä) tuli heidän pääelementtinsä, ja pienistä satelliittiasemista ( VSAT ) tuli heidän päätelaitteitaan. Tällaisten verkkojen tärkein etu on kyky jakaa yksi kanava useiden tilaajien kanssa ja hallita keskitetysti resurssien jakautumista heidän välillään. Koska kaikki asemat samanaikaisesti eivät pääsääntöisesti lähetä tai pyydä tietoa, on mahdollista tarjota viestintää suuremmalle määrälle asemia pienemmässä resurssissa ja täyttää se tehokkaammin [6] . Suurin haittapuoli on tarve rakentaa monimutkainen keskusasema, joka yhdistää kaikki tilaaja-asemat. Jos voit aloittaa verkon luomisen point-to-point-kanavilla kahdella modeemilla yhden aseman yhdistämiseksi ja vähitellen lisätä niiden määrää, suhteessa siihen suhteutettuna verkon kustannukset kasvavat, tähtiverkon kohdalla sinun on aloitettava erittäin kalliilla keskusasemalla ja vasta sitten yhdistä se on halvat liittymät. Siksi tällaisten verkkojen rakentaminen on pääsääntöisesti järkevää yhdistää tusina tai useampi asema kerralla lisäkasvun mahdollisuus [7] . Yhden DSC:n verkossa toimivien pääteasemien enimmäismäärä riippuu sen konfiguraatiosta, jota voidaan kasvattaa ajan myötä, ja käytettävissä olevasta satelliittiresurssista ja voi nousta kymmeniin tuhansiin [8] .
Keskusasemien hallitsemat VSAT-verkot ovat nykyään yleisin satelliittiviestintätapa , televisiolähetysten jälkeen niitä käytetään useiden tilaajien pääsyyn samanaikaisesti Internetiin ja yritysverkkoihin , videoneuvottelujen ja puhelinviestinnän järjestämiseen , maanpäällisten kanavien varaamiseen , televisiolähetysten keskitettyyn jakeluun. tiedot [9] . Nykyaikaisen VSAT-tilaajapäätelaitteen hinta on alhainen ja yhteys satelliittiverkkoihin on yritysten, mutta myös yksityisten käyttäjien saatavilla [10] . Northern Sky Researchin konsulttitoimiston mukaan vuonna 2019 tällaisissa verkoissa toimi yli kymmenen tuhatta keskusasemaa ja noin 7,5 miljoonaa tilaaja-asemaa ympäri maailmaa [11] .
CZS on satelliittiverkon keskusyhdyskäytävä, joka välittää liikennettä tilaajien ja maanpäällisten verkkojen välillä ja hallitsee myös koko satelliittiverkon toimintaa jakamalla sen resurssit tilaajien kesken [4] . Tähtityyppisessä verkossa tiedot välittyvät vain keskusaseman ja tilaajien välillä, kahden pääteaseman välinen vaihto on mahdollista vain keskusaseman kautta ja sitä käytetään harvoin, koska se kaksinkertaistaa signaalin lähetysviiveen, joka on satelliittiverkoissa melko suuri. . Tilaaja-asema toimii kulloinkin vain yhden DSC:n ohjauksessa ja voi vaihtaa liikennettä vain sen kanssa [3] [12] . On myös monitähden tai kahden yhdyskäytävän topologiasatelliittiverkkoja , jotka on rakennettu yhdistelmänä tähdestä, jossa on täysi verkkotopologia . Tällaisessa verkossa keskusasema ohjaa sekä tilaaja- että lisäyhdyskäytäväasemia, jotka on kytketty eri alueellisten maanpäällisten verkkojen solmuihin, ja tilaaja-asema voi samanaikaisesti vaihtaa liikennettä sekä alueyhdyskäytävän että keskusaseman kanssa [12] [13] .
DSC voi toimia yhden omistajan tai asiakkaan verkossa [14] tai ylläpitää virtuaalisia verkkoja , jotka on eristetty toisistaan yhdessä satelliittiresurssissa tarjotakseen samanaikaisesti erilaisia palveluja eri markkinoilla, kuten pääsyä Internetiin B2C - markkinoilla , siirtokanavien ( eng. backhaul ) tarjoaminen matkapuhelinoperaattoreille, etäsivustojen yhdistäminen ja varakanavien järjestäminen B2B- ja B2G -markkinoilla . Samaan aikaan joustavilla liikenteenohjaustyökaluilla tarjotaan eri asiakkaille vaadittua laatua koko verkon kaistanleveydellä [15] . Asiakkaalle on mahdollista tarjota rajoitettu pääsy DSC:n ohjaukseen ja varata hänelle kiinteä osa satelliittiverkon resurssista, jolloin hänestä tulee virtuaalinen operaattori(samanlainen kuin virtuaalioperaattori solukkoviestinnässä ), joka itse yhdistää pääteasemat ja hallitsee niiden toimintaa ja sille allokoidun resurssin jakautumista niiden välillä. Tämän avulla voit merkittävästi alentaa "pääsylippujen hintaa" ottamalla käyttöön omaa satelliittiverkkoasi, koska oman DSC:n rakentamisen ja satelliittiresurssin itsenäisen vuokraamisen sijaan voit vuokrata markkinoilla jo toimivien verkkojen resursseja [16] .
Ka - kaistaisissa HTS - verkoissa oletettiin alun perin, että niiden koko kapasiteetin voisi täyttää vain yhden pääoperaattorin ( HNO ) kumppaneiden kautta kytkeytyneet Internetin käyttäjät , joka hallitsee kaikkia verkkoresursseja ja toimivat virtuaalioperaattoreina ( VNO ) [ 17 ] [18] . Muiden palvelujen tarjontaa Internet-yhteyttä lukuun ottamatta ei tarjottu [19] . Myöhemmin tämä lähestymistapa ei kuitenkaan perustellut itseään ja HTS-verkkojen keskusasemien modernisointi alkoi mahdollistaa samanaikaisen yhteyden yritysverkkoihin sekä pääoperaattorin ja sen kumppaneiden B2B -segmentin palveluiden tarjoamisen [20] .
Satelliittiverkon keskusasema lähettää suoraa lähetyskanavaa, vastaanottaa kaikki verkon tilaajat ja vastaanottaa paluukanavattilaajilta. Nykyaikaisissa satelliittiverkoissa suoran kanavan lähettämiseen käytetään samoja avoimia standardeja DVB-S2 / DVB-S2X, kuten satelliittilähetysverkoissa , mutta valmistajat toteuttavat datakapseloinnin lähtökanavassa ja liikenteen osoittamisen yksittäisille asemille eri tavoin, joten yhden valmistajan pääteasema voi vastaanottaa toisen keskittimen lähettämän signaalin, mutta ei useinkaan voi poimia lähetettyä. tietoja siitä. Käänteisten kanavien järjestämiselle ei myöskään ole yhtä standardia, niitä kuvaava avoin DVB-RCS / DVB-RCS2- standardi on itse asiassa joukko suosituksia, joita kaikki valmistajat eivät hyväksy ja jotka ne toteuttavat eri tavalla. Tämän seurauksena yhden valmistajan laitteet eivät pääsääntöisesti voi toimia toisen satelliittiverkossa [3] .
DSC hallitsee nousevien kanavien jakamista ja varaa kullekin tilaajalle tämän pyynnöstä osan yhteisestä resurssista käyttämällä taajuusjakoa ( FDMA ) tai aikajakoa ( TDMA ). Nykyaikaiset verkot käyttävät MF-TDMA- tilaa , jonka avulla voit erottaa lähetyksen tilaaja-asemilta sekä ajallisesti että taajuudella ja optimoida satelliittiresurssin käytön mahdollisimman paljon. Yksittäisille verkkoasemille voidaan järjestää pysyvästi tai tilapäisesti osoitetut point-to-point paluukanavat, mikä takaa taatun viestinnän laadun ja mahdollisimman pienet viiveet, mutta johtaa verkkoresurssien tehottomaan kulutukseen [7] .
Perinteisissä satelliittiviestintäverkoissa, joissa käytetään geostationaarisia satelliitteja , joiden peittoalueet ovat satoja ja tuhansia kilometrejä, DSC voi sijaita missä tahansa tällaisella vyöhykkeellä ja palvelee samalla vyöhykkeellä sijaitsevia tilaaja-asemia. Yhden DSC:n ohjaaman verkon maantieteellinen koko voi olla mikä tahansa peittoalueen sisällä [21] , ja tällaisten verkkojen määrää yhdellä alueella rajoittaa vain niiden kokonaiskaistanleveys sekä satelliitin taajuus ja energiaresurssi [22] .
Korkean suorituskyvyn geostationaaristen satelliittien ( esim. HTS, high-throughput satelliitti ) peittoalue muodostuu sarjasta suhteellisen kapeita keiloja - monia tilaajakeiloja, kukin halkaisijaltaan 300-400 kilometriä, joissa tilaaja-asemat sijaitsevat, ja useita keskus- tai syöttökeiloja, 150 leveä - 200 kilometriä, jotka yhdistävät tilaajaliikenteen (tilaaja- ja syöttöalue voi mennä päällekkäin, koska ne käyttävät eri taajuuksia) [19] . HTS-verkkojen keskusasemat sijaitsevat syöttökeilojen alueella, eli DSC:n mahdollisen sijainnin sijainnit määritetään jo satelliitin peittoalueita valittaessa, sen suunnitteluvaiheessa. DSC (hub) kussakin syöttökeilassa on itse asiassa useiden samantyyppisten keskittimien kompleksi, jotka on kytketty yhteiseen antennijärjestelmään, joista jokainen palvelee asemia omassa tilaajakeilassaan. Kaikkien HTS-satelliitin koko peittoalueen tilaajien yhdistämiseksi yhdeksi verkkoksi eri syöttökeilojen DSC:t yhdistetään nopeilla maanpäällisillä kanavilla [23] .
Kehittyneissä matalan kiertoradan satelliittiviestintäjärjestelmissä, kuten Starlink ja OneWeb , peittoalue muodostuu monien jatkuvasti liikkuvien satelliittien kapeista säteistä [24] . Jotta tilaaja toimisi, on välttämätöntä, että vähintään yksi yhdyskäytävä maanpäällisiin verkkoihin (Internet) on sen satelliitin näkyvyysalueella, jonka kautta hän tällä hetkellä työskentelee. Siksi verkon tukemiseksi suurella alueella on tarpeen asentaa useita toisiinsa kytkettyjä yhdyskäytäviä, joista jokainen on varustettu useilla antenneilla toimimaan useiden satelliittien kanssa näkökentässä samanaikaisesti. Asemia ohjataan yhdestä verkon ohjauskeskuksesta (NCC), joka on myös yhdistetty yhdyskäytäviin maanpäällisillä viestintäkanavilla. Siten LEO-järjestelmissä DSC:n toiminnot on hajautettu NCC:n ja kaikkien yhdyskäytäväasemien kesken [25] .
CZS sisältää seuraavan tyyppisiä laitteita [4] :
Sijoitustavan mukaan DSC-laitteisto on jaettu ulkotiloihin asennettuihin antennipylväisiin, mukaan lukien itse antenni vastaanotto- ja lähetysvahvistimilla ja jotka sijaitsevat sisäpalvelimella [2] [26] . Yksi tai useampi antennitolppa ohjausvälineineen ja maanpäällisiin viestintäkanaviin yhdistetyt palvelinhuoneet, joissa loput DSC-laitteet sijaitsevat, muodostavat yhdessä teleportin . CZS:n omistaja voi rakentaa oman teleportin tai käyttää olemassa olevaa teleporttia sijoittaakseen sen.
Satelliittiverkon kapasiteetti riippuu ensisijaisesti viestintäsatelliitin ominaisuuksista ja keskusaseman antennin vahvistuksesta ja lähetysvahvistimen tehosta (BUC). Siksi geostationaaristen satelliittien kanssa toimivat DSC:t käyttävät yleensä satojen wattien lähtötehoisia lähettimiä ja heijastinantenneja, joiden halkaisija on 5–9 metriä [27] , vaikka pienten verkkojen DSC:t, erityisesti ne, jotka toimivat nykyaikaisten korkean energian satelliittien kautta, voivat rakennettava myös pienempiin antenneihin [28] . Matalan kiertoradan järjestelmissä maa-aseman ja satelliitin välinen signaali kulkee huomattavasti lyhyemmän matkan kuin GSO:hen ja vaimenee vähemmän, joten niiden yhdyskäytäväasemilla antenneja, joiden halkaisija on jopa 1,5–2 metriä Asemilla varustettuja satelliitin jatkuvaa seurantaa voidaan käyttää [29] [25] .
Antenniin on asennettu matalakohinaiset vastaanottovahvistimet (LNB) aaltoputkien avulla yhdistettyjen antennilähetysvahvistimien (BUC) viereen . Vastaanottavat ja lähettävät vahvistimet ovat yleensä redundantteja . Antenni on varustettu myös ohjaustyökaluilla, jotka pitävät satelliitin jatkuvasti säteilykuvion maksimiarvossa, ja tarvittaessa jäänestojärjestelmällä [27] . Antennitolpan ja palvelinhuoneen välinen signaali välitetään koaksiaalikaapeleita pitkin tai pitkän matkan tapauksessa valokuitujohtojen kautta [30] .
Palvelinhuoneessa radiotaajuuslinjat antennitolpasta on kytketty signaalinjakajiin/kesäihin ja niiden kautta CZS-kanavanmuodostuslaitteistoon kuuluvien laitteiden tuloihin ja lähtöihin. Yhteen antennitolppaan voidaan kytkeä useita kanavanmuodostuslaitteita (keskittimiä), mukaan lukien eri tyypit, jotka toimivat eri polarisaatioilla tai eri taajuusväleillä samalla alueella yhdellä satelliitilla [31] .
DSC sisältää myös spektrianalysaattoreita satelliitista vastaanotettujen signaalien tarkkailemiseksi ja välineet radiotaajuusosan hallintaan - vastaanotto- ja lähetysvahvistimien redundanssi, automaattinen signaalitehon ohjaus ( Uplink Power Control) sääolosuhteiden mukaan suuntaamalla antennia ja seuraamalla satelliittia [32] .
CZS:n (keskittimen) kanavanmuodostuslaitteisto sisältää [34] :
Kukin näistä toiminnoista voidaan suorittaa erillisellä laitteella DSC:ssä tai useita toimintoja (esim. kapselointi ja modulaattori, useita paluukanavademodulaattoreita) voidaan yhdistää yhteen lohkoon [31] . On olemassa ratkaisuja, jotka toteuttavat kaikki DSP:n toiminnot yhdellä yleislaitteella, minkä jälkeen verkon kapasiteettia ja ominaisuuksia laajennetaan lisäämällä samantyyppisiä lohkoja [33] . Keskeytymättömän toiminnan varmistamiseksi keskuslämmitysjärjestelmän komponentit ovat redundantteja . Maksimaalista luotettavuutta vaativissa sovelluksissa voidaan käyttää maantieteellistä redundanssia, jossa vaihdetaan kahden etä-DLC:n välillä, jos jommankumman toiminta tulee mahdottomaksi sään tai muiden olosuhteiden vuoksi [36] [37] .
Satelliittiverkon hallintajärjestelmän ( NMS , Network Management System ) avulla voit jakaa lähtö- ja paluukanavan kaistanleveyden tilaaja-asemien välillä, ohjata yksittäisten tilaaja-asemien, CZS:n ja koko verkon parametreja ja liikennettä, konfiguroida CZS ja yksittäiset tilaaja-asemat. Ohjausjärjestelmä antaa automaattisesti varoituksia, kun verkon ja yksittäisten asemien parametrit ylittävät määritetyt rajat ja ylläpitää historiallisten tietojen arkistoja, joiden avulla voidaan paitsi tunnistaa verkon toiminnan aikana syntyvien ongelmien syitä, myös ennustaa niiden esiintymisestä tulevaisuudessa ja varoittaa etukäteen [38] . Ohjausjärjestelmä voi olla joko kiinteä osa DAC:ta, jota ilman toiminta on mahdotonta, tai erillinen sovellus, jota ilman verkko jatkaa toimintaansa viimeksi tallennetussa konfiguraatiossa. Yksi NMS voi hallita sekä yhtä että useita yhden operaattorin DSC:itä kerralla ja tarvittaessa vaihtaa tilaaja-asemia eri DSC:iden välillä, kun ne vaihtavat sijaintia ja/tai muuttavat tarjottavien palvelujen vaatimuksia. Myös virtuaalisten operaattoreiden pääsy satelliittiverkkoon tapahtuu ohjausjärjestelmän avulla [39] .
Nykyaikaisissa VSAT-järjestelmissä on Ethernet -portit lähdössä ja ne voivat toimia ulkoisten verkkojen kanssa IP -protokollan kautta tai tarvittaessa verkkosiltatilassa . Useimmissa tapauksissa tämän avulla voit varmistaa kaikkien tilaajien tarvitsemien palvelujen toiminnan. Jos palvelujen tarjoamista varten DSC on liitettävä suoraan puhelinverkkoihin tai muihin viestintäkanavarajapintoihin kuin Ethernetiin, DSC : hen otetaan lisäyhdyskäytäviä [40] . CZS on kytketty ulkoisiin tiedonsiirtoverkkoihin nopeiden, yleensä redundanttien, viestintäkanavien kautta. On mahdollista muodostaa yhteys useisiin maanpäällisiin verkkoihin samanaikaisesti MPLS :n tai muiden VPN -tekniikoiden avulla palveluiden tarjoamiseksi samanaikaisesti useille asiakkaille [41] .
| Satelliittiyhteys | |
|---|---|
| Tärkeimmät artikkelit | |
| Laitteet | |
| Standardit ja protokollat | |
| Satelliittilähetystoiminnan harjoittajat |
|
| Viestintäsatelliittioperaattorit ja -palvelut | |
| Viestintäsatelliittien tuotanto | |