Stația terestră centrală ( CZS , de asemenea Stația terestră centrală a rețelei de satelit , CZSSS sau hub ) este un tip special de stație terestră de satelit care deservește alte stații de abonat și le combină într-o rețea de satelit [2] . CZS funcționează simultan ca un hub central ( "hub" , din engleză hub , lit. - "wheel hub, center"), la care toate stațiile terestre abonate sunt conectate prin canale de comunicație prin satelit , o poartă de acces, conectând abonații rețelei prin satelit cu rețele terestre, cum ar fi internetul sau rețelele corporative și un centru de control pentru toate resursele rețelei prin satelit. Denumirile „hub” , „gateway” ( ing. Gateway ) și „ Network Control Center ” (NCC, ing. Network control center, NCC ) pot fi aplicate atât funcțiilor individuale ale DSC, cât și DSC-ului în ansamblu. Pentru stațiile de abonat care operează în rețeaua DZS, sunt folosite și denumirile „stație terestră terminală (terminală)” (TZS) , „stație terestră mică” (SES) , VSAT [3] .
Stațiile terestre centrale sunt situate pe teleporturi echipate cu comunicații prin satelit și conectate prin canale de fibră optică de mare viteză la rețelele terestre . Un teleport poate avea mai multe DSC-uri care operează prin unul sau mai mulți sateliți de comunicații diferiți , fiecare controlând propria sa rețea de satelit [4] .
Primele rețele de satelit au fost construite pe principiul punct-la-punct ( SCPC , Single channel per carrier ) . Această soluție este potrivită pentru canalele trunchiului încărcate în mod constant și uniform, dar are dezavantaje serioase atunci când conectați multe puncte la distanță la un singur centru, de exemplu, sucursalele băncii la un birou central. Fiecare astfel de canal este alocat permanent stației care îl utilizează, chiar dacă informațiile nu sunt transmise în el, ceea ce duce la utilizarea ineficientă a unei resurse de satelit costisitoare. În plus, fiecare punct necesită o pereche de modemuri satelit pentru a se conecta , unul la punct, al doilea în centru. Într-o rețea mare, gestionarea și întreținerea unui nod central cu multe modemuri instalate devine o sarcină foarte dificilă [5] .
În anii 1980, au apărut rețelele de satelit, construite pe o topologie în stea și create special pentru a conecta mulți abonați la un nod central. Stațiile centrale (hub-uri) au devenit elementul lor principal, iar stațiile mici de satelit ( VSAT ) au devenit dispozitivele lor terminale. Principalul avantaj al unor astfel de rețele este capacitatea de a partaja un canal cu mulți abonați și de a gestiona centralizat distribuția resursei între ei. Deoarece toate stațiile în același timp, de regulă, nu transmit și nu solicită informații, devine posibil să se furnizeze comunicații unui număr mai mare de stații într-o resursă mai mică și să o umple mai eficient [6] . Principalul dezavantaj este necesitatea de a construi o stație centrală complexă care să conecteze toate stațiile de abonat. Dacă puteți începe să creați o rețea pe canale punct la punct cu o pereche de modemuri pentru a conecta o stație și a crește treptat numărul acestora, proporțional cu care costul rețelei va crește, atunci pentru o rețea stea trebuie să începeți cu o statie centrala foarte scumpa si abia apoi se conecteaza are abonamente ieftine. Prin urmare, construirea unor astfel de rețele are sens, de regulă, să se conecteze o duzină sau mai multe stații deodată cu perspectiva unei creșteri ulterioare [7] . Numărul maxim de stații terminale care funcționează în rețeaua unui DSC depinde de configurația acestuia, care poate fi crescută în timp, și de resursa de satelit disponibilă, putând ajunge la zeci de mii [8] .
Rețelele VSAT controlate de stațiile centrale sunt cel mai răspândit tip de comunicare prin satelit astăzi, după difuzarea televiziunii , acestea sunt utilizate pentru accesul simultan al multor abonați la internet și rețelele corporative , organizarea de videoconferințe și comunicații telefonice , rezervarea canalelor terestre, pentru distribuția centralizată a informații [9] . Costul unui terminal modern de abonat VSAT este mic, iar conexiunea la rețelele prin satelit este disponibilă nu numai pentru companii, ci și pentru utilizatorii privați [10] . Potrivit agenției de consultanță Northern Sky Research, în 2019, peste zece mii de stații centrale și aproximativ 7,5 milioane de stații de abonați au funcționat în astfel de rețele din întreaga lume [11] .
CZS este poarta de acces centrală a rețelei de satelit, transmite trafic între abonați și rețelele terestre și, de asemenea, gestionează funcționarea întregii rețele de satelit, distribuind resursele acesteia între abonați [4] . Informațiile într-o rețea de tip stea sunt transmise doar între stația centrală și abonați, schimbul între două stații terminale este posibil doar prin cea centrală și este rar utilizat, deoarece dublează întârzierea transmisiei semnalului, care este destul de mare în rețelele prin satelit . O stație de abonat la un moment dat operează sub controlul unui singur DSC și poate face schimb de trafic numai cu aceasta [3] [12] . Există, de asemenea, rețele de satelit cu topologie cu mai multe stele sau dual-gateway , construite ca o combinație a unei stea cu o topologie cu plasă completă . Într-o astfel de rețea, stația centrală controlează atât stațiile de abonat, cât și de gateway suplimentare conectate la nodurile diferitelor rețele terestre regionale, iar stația de abonat poate face schimb simultan de trafic atât cu poarta regională, cât și cu stația centrală [12] [13] .
DSC poate opera în rețeaua unui singur proprietar sau client [14] , sau poate menține rețele virtuale izolate unele de altele într-o resursă satelit pentru a furniza simultan diferite tipuri de servicii pe piețe diferite, cum ar fi accesul la Internet pe piața B2C , furnizarea de canale de transport ( ing. backhaul ) operatorilor de telefonie celulară, conectarea site-urilor la distanță și organizarea de canale de rezervă pe piețele B2B și B2G . În același timp, instrumentele flexibile de control al traficului sunt folosite pentru a oferi diferiților clienți calitatea necesară a serviciilor în lățimea de bandă a întregii rețele [15] . Este posibil să se ofere clientului acces limitat la controlul DSC și să îi aloce o parte fixă din resursa rețelei de satelit, caz în care el devine operator virtual(similar unui operator virtual în comunicațiile celulare ), care el însuși conectează stațiile terminale și gestionează funcționarea acestora și distribuirea resurselor alocate acestuia între ele. Acest lucru vă permite să reduceți semnificativ „prețul biletului de intrare” atunci când vă desfășurați propria rețea de satelit, deoarece în loc să vă construiți propriul DSC și să închiriați în mod independent o resursă de satelit, puteți închiria resursele rețelelor care operează deja pe piață [16] .
În rețelele HTS în bandă Ka , s-a presupus inițial că întreaga capacitate a acestora ar putea fi ocupată numai de utilizatorii de Internet conectați prin parteneri ai unui operator principal ( HNO ) , care gestionează toate resursele rețelei și acționează ca operatori virtuali ( VNO ) [ 17] [18] . Furnizarea altor servicii, cu excepția accesului la Internet, nu a fost furnizată [19] . Totuși, ulterior această abordare nu s-a justificat și modernizarea stațiilor centrale ale rețelelor HTS a început să permită conectarea simultană la rețelele corporative și furnizarea de servicii de către operatorul principal și partenerii săi în segmentul B2B [20] .
Stația centrală a rețelei de satelit transmite un canal direct de difuzare, primit de toți abonații rețelei și primește canale de returde la abonați. În rețelele moderne de satelit, aceleași standarde deschise DVB-S2 / DVB-S2X sunt utilizate pentru a transmite canalul direct, ca și în rețelele de transmisie prin satelit , dar producătorii implementează încapsularea datelor în canalul de transmitere și adresarea traficului către stații individuale în moduri diferite, astfel încât stația finală a unui producător poate primi un semnal transmis de hub-ul altuia, dar adesea nu poate extrage cel transmis date din acesta. De asemenea, nu există un standard unic pentru organizarea canalelor inverse, standardul deschis DVB-RCS / DVB-RCS2 care le descrie este de fapt un set de recomandări care nu sunt acceptate de toți producătorii și sunt implementate diferit de către aceștia. Ca urmare, echipamentul unui producător, de regulă, nu poate funcționa în rețeaua de satelit a altuia [3] .
DSC gestionează partajarea canalelor inverse, alocând fiecărui abonat, la cererea acestuia, o parte din diviziunea de frecvență ( FDMA ) sau timp ( TDMA ) a resursei comune. Rețelele moderne folosesc modul MF-TDMA , care vă permite să separați transmisia de stațiile de abonat atât în timp, cât și în frecvență și să optimizați cât mai mult posibil utilizarea resursei satelit. Pentru stațiile de rețea individuale se pot organiza canale inverse punct-la-punct alocate permanent sau temporar, ceea ce asigură calitatea comunicației garantată și întârzieri cât mai mici, dar duce la un consum ineficient al resursei rețelei [7] .
În rețelele tradiționale de comunicații prin satelit care utilizează sateliți geostaționari cu zone de acoperire continuă cu lățime de sute și mii de kilometri, DSC poate fi amplasat oriunde într-o astfel de zonă și deservește stațiile de abonat situate în aceeași zonă. Dimensiunea geografică a rețelei controlate de un DSC poate fi oricare din aria de acoperire [21] , iar numărul de astfel de rețele dintr-o zonă este limitat doar de lățimea lor totală de bandă și de frecvența și resursa de energie a satelitului [22] .
Zona de acoperire a sateliților geostaționari cu debit mare ( ing. HTS, satelit cu debit mare ) este formată dintr-un set de fascicule relativ înguste - multe fascicule de abonat, fiecare cu un diametru de 300-400 de kilometri, în care sunt situate stațiile de abonat, și mai multe fascicule centrale sau feeder, 150 lățime —200 kilometri, combinând traficul de abonați (acoperirea abonatului și a feederului se pot suprapune, deoarece folosesc frecvențe diferite) [19] . Stațiile centrale ale rețelelor HTS sunt situate în zona fasciculelor de alimentare, adică locațiile posibilei locații a DSC sunt deja determinate la alegerea zonelor de acoperire ale satelitului, în etapa de proiectare a acestuia. DSC (hub) în fiecare fascicul de alimentare este de fapt un complex de mai multe hub-uri de același tip conectate la un sistem de antenă comun, fiecare dintre ele deservește stațiile în propriul fascicul de abonat. Pentru a uni toți abonații din întreaga zonă de acoperire a satelitului HTS într-o singură rețea, DSC-urile din diferite fascicule de alimentare sunt conectate prin canale terestre de mare viteză [23] .
În sistemele avansate de comunicații prin satelit cu orbită joasă, cum ar fi Starlink și OneWeb , aria de acoperire este formată din fascicule înguste ale multor sateliți care se mișcă continuu [24] . Pentru ca abonatul să funcționeze, este necesar ca cel puțin o poartă către rețele terestre (Internet) să fie în zona de vizibilitate a satelitului prin care lucrează în acest moment. Prin urmare, pentru a susține o rețea pe o suprafață mare, este necesar să instalați mai multe gateway-uri interconectate, fiecare dintre acestea fiind echipată cu mai multe antene pentru a lucra cu mai mulți sateliți în câmpul vizual în același timp. Stațiile sunt controlate de la un singur centru de control al rețelei (NCC), care este, de asemenea, conectat la gateway-uri prin canale de comunicații terestre. Astfel, în sistemele LEO, funcțiile DSC sunt distribuite între NCC și toate stațiile gateway [25] .
CZS include următoarele tipuri de echipamente [4] :
Conform metodei de amplasare, echipamentul DSC este împărțit în stâlpi de antenă instalați în aer liber, inclusiv antena însăși cu amplificatoare de recepție și transmisie și amplasate în serverul interior [2] [26] . Unul sau mai multe posturi de antenă cu mijloacele lor de control și camerele de server conectate la canale de comunicații terestre, unde se află restul echipamentului DSC, formează împreună un teleport . Proprietarul CZS își poate construi propriul teleport sau poate folosi unul existent pentru a-l plasa.
Capacitatea rețelei de satelit depinde în primul rând de caracteristicile satelitului de comunicații și de câștigul antenei și puterea amplificatorului de transmisie (BUC) a stației centrale. Prin urmare, DSC-urile care operează cu sateliți geostaționari folosesc de obicei transmițătoare cu o putere de ieșire de sute de wați și antene reflectoare cu un diametru de 5 până la 9 metri [27] , deși DSC-urile rețelelor mici, în special cele care funcționează prin sateliți moderni de înaltă energie, pot să fie construite și pe antene mai mici [28] . În sistemele cu orbită joasă, semnalul dintre stația terestră și satelit parcurge o distanță semnificativ mai mică decât la GSO și este supus unei atenuări mai puține, prin urmare, la stațiile lor de intrare, antene cu un diametru de până la 1,5–2 metri echipat cu drive-uri pentru urmărirea continuă a satelitului poate fi utilizat [29] [25] .
Pe antenă sunt instalate amplificatoare-convertoare (LNB) cu zgomot redus, lângă amplificatoare de transmisie a antenei (BUC) conectate prin ghiduri de undă . Amplificatoarele de recepție și transmisie sunt de obicei redundante . De asemenea, antena este echipată cu instrumente de ghidare pentru a menține constant satelitul la maximul diagramei de radiație și, dacă este necesar, un sistem antigivrare [27] . Semnalul dintre stâlpul antenei și camera serverului este transmis prin cabluri coaxiale sau, în cazul unei distanțe lungi, prin linii de fibră optică [30] .
În camera serverelor, liniile de frecvență radio de la postul de antenă sunt conectate la divizoare de semnal/vară și prin acestea la intrările și ieșirile dispozitivelor care fac parte din echipamentul de formare a canalelor CZS. Mai multe seturi de echipamente de formare a canalelor (hub-uri) pot fi conectate la un post de antenă, inclusiv tipuri diferite care funcționează în polarizări diferite sau intervale de frecvență diferite din același domeniu pe un satelit [31] .
DSC include și analizoare de spectru pentru monitorizarea semnalelor primite de la satelit și mijloace pentru gestionarea părții de frecvență radio - redundanță a amplificatoarelor de recepție și transmisie, control automat al puterii semnalului ( Uplink Power Control) în funcție de condițiile meteorologice, prin îndreptarea antenei și urmărirea satelitului [32] .
Echipamentul de formare a canalelor CZS (hub) include [34] :
Fiecare dintre aceste funcții poate fi realizată de un dispozitiv separat în cadrul DSC, sau mai multe funcții (de exemplu, un încapsulator și un modulator, mai multe demodulatoare de canal invers) pot fi combinate într-un singur bloc [31] . Există soluții care implementează toate funcțiile DSP-ului pe un singur dispozitiv universal, cu extinderea ulterioară a capacității și capabilităților rețelei prin adăugarea de blocuri de același tip [33] . Pentru a asigura o funcționare neîntreruptă, componentele sistemului de încălzire centrală sunt redundante . Pentru aplicațiile care necesită fiabilitate maximă, se poate folosi redundanța geografică, cu comutarea între două DLC-uri la distanță în cazul în care funcționarea unuia dintre ele devine imposibilă din cauza condițiilor meteorologice sau a altor condiții [36] [37] .
Sistemul de management al rețelei prin satelit ( NMS , Network Management System ) vă permite să distribuiți lățimea de bandă a canalelor înainte și inversă între stațiile de abonat, să controlați parametrii și traficul stațiilor individuale de abonat, CZS și rețeaua în ansamblu, să configurați parametrii de CZS și stațiile individuale de abonat. Sistemul de control emite automat avertismente atunci când parametrii rețelei și ai stațiilor individuale depășesc limitele specificate și menține arhive de date istorice, ceea ce permite nu numai să identifice cauzele problemelor care apar în timpul funcționării rețelei, ci și să prezică apariția lor în viitor și avertizează în prealabil [38] . Sistemul de control poate fi fie o parte integrantă a DAC-ului, fără de care operarea este imposibilă, fie o aplicație separată, fără de care rețeaua va continua să funcționeze în ultima configurație salvată. Un SMN poate gestiona atât unul cât și mai multe DSC-uri ale unui operator simultan și, dacă este necesar, poate comuta stațiile de abonat între diferite DSC-uri atunci când își schimbă locația și/sau modifică cerințele pentru serviciile furnizate. Accesul operatorilor virtuali la rețeaua de satelit se realizează și cu ajutorul sistemului de control [39] .
Sistemele VSAT moderne au porturi Ethernet la ieșire și pot funcționa cu rețele externe prin protocolul IP sau, dacă este necesar, în modul de punte de rețea . În cele mai multe cazuri, acest lucru vă permite să asigurați funcționarea tuturor serviciilor necesare abonaților. Dacă, pentru furnizarea serviciilor, este necesară conectarea directă a DSC la rețelele telefonice sau la alte interfețe ale canalelor de comunicație , altele decât Ethernet, atunci se introduc gateway-uri suplimentare în DSC [40] . CZS este conectat la rețele externe de transmisie a datelor prin canale de comunicare de mare viteză, de obicei redundante. Este posibilă conectarea la mai multe rețele terestre simultan folosind MPLS sau alte tehnologii VPN pentru a furniza simultan servicii diverși clienți [41] .
| Conexiune prin satelit | |
|---|---|
| Articole principale | |
| Echipamente | |
| Standarde și protocoale | |
| Operatori de transmisie prin satelit |
|
| Operatori și servicii de comunicații prin satelit | |
| Producția de sateliți de comunicații | |