A központi földi állomás ( CZS , más néven Central earth station of Satellite Network , CZSSS vagy hub ) a műholdas földi állomások speciális típusa , amely más előfizetői állomásokat szolgál ki és egyesíti őket műholdas hálózatba [2] . A CZS egyidejűleg központi elosztóként ( "hub" , az angol hub szóból , lit. - "wheel hub, center") működik, amelyhez az összes előfizetői földi állomás műholdas kommunikációs csatornákon keresztül csatlakozik, egy átjáró , amely összeköti a műholdas hálózat előfizetőit a földi sugárzással. hálózatok, például internetes vagy vállalati hálózatok , valamint egy vezérlőközpont minden műholdas hálózati erőforráshoz. A "hub" , "gateway" ( eng. Gateway ) és a " Network Control Center " (NCC, eng. Network control center, NCC ) elnevezések egyaránt alkalmazhatók a DSC egyes funkcióira és a DSC egészére. A DZS hálózatban működő előfizetői állomásoknál a „végállomás (végállomás) földi állomás” (TZS) , „kis földi állomás” (SES) , VSAT [3] elnevezések is használatosak .
A központi földi állomások műholdas kommunikációval felszerelt teleportokon helyezkednek el, amelyek nagy sebességű üvegszálas csatornákkal vannak összekötve a földi hálózatokkal . Egy teleportban több DSC is működhet egy vagy több különböző kommunikációs műholdon keresztül , amelyek mindegyike vezérli a saját műholdhálózatát [4] .
Az első műholdas hálózatok pont-pont elven épültek ( SCPC , Single channel per carrier ) . Ez a megoldás kiválóan alkalmas az állandóan és egyenletesen terhelt főcsatornákra, de komoly hátrányai vannak, ha sok távoli pontot egyetlen központhoz kötünk, például bankfiókokat egy központi irodához. Minden ilyen csatorna tartósan hozzá van rendelve az azt használó állomáshoz, még akkor is, ha nem továbbítanak rajta információt, ami a drága műholderőforrás nem hatékony felhasználásához vezet. Ezenkívül minden ponthoz egy pár műholdas modem szükséges a csatlakozáshoz , az egyik a ponton, a második a központban. Egy nagy hálózatban sok modemmel rendelkező központi csomópont kezelése és karbantartása nagyon nehéz feladattá válik [5] .
Az 1980-as években megjelentek a műholdas hálózatok, amelyek csillagtopológiára épültek, és kifejezetten sok előfizető központi csomóponthoz történő csatlakoztatására jöttek létre. Fő elemükké a központi állomások (hubok), végberendezéseikké pedig a kis műholdas állomások ( VSAT ) váltak. Az ilyen hálózatok fő előnye, hogy egy csatornát több előfizetővel oszthatnak meg, és központilag kezelhetik az erőforrások elosztását közöttük. Mivel az összes állomás egyidejűleg általában nem ad ki és nem kér információt, lehetővé válik, hogy kisebb erőforráson belül nagyobb számú állomással kommunikációt biztosítsunk, és azt hatékonyabban töltsük fel [6] . A fő hátrány az, hogy egy komplex központi állomást kell építeni, amely összeköti az összes előfizetői állomást. Ha el lehet kezdeni egy hálózat létrehozását pont-pont csatornákon egy pár modem segítségével, hogy egy állomást csatlakoztasson, és fokozatosan növelje a számukat, amivel arányosan nő a hálózat költsége, akkor egy csillaghálózatnál el kell kezdeni. egy nagyon drága központi állomással és csak akkor csatlakoztassa, olcsó előfizetései vannak. Ezért az ilyen hálózatok kiépítése általában értelmes egy tucat vagy több állomás egyidejű összekapcsolása a további növekedés kilátásaival [7] . Az egy DSC hálózatában működő végállomások maximális száma annak idővel növelhető konfigurációjától és a rendelkezésre álló műhold erőforrástól függ, és elérheti a több tízezret [8] .
A központi állomások által vezérelt VSAT-hálózatok ma a legelterjedtebb műholdas kommunikációs formák, a televíziós műsorszórás után számos előfizető egyidejű internet- és vállalati hálózatokhoz való hozzáférésére, videokonferencia és telefonkommunikáció szervezésére , földi csatornák lefoglalására , központi terjesztésére szolgálnak. információ [9] . Egy modern VSAT előfizetői terminál költsége alacsony, és a műholdas hálózatokhoz való csatlakozás nemcsak a vállalati, hanem a magánfelhasználók számára is elérhető [10] . A Northern Sky Research tanácsadó ügynökség szerint 2019-ben több mint tízezer központi állomás és körülbelül 7,5 millió előfizetői állomás működött ilyen hálózatokban világszerte [11] .
A CZS a műholdas hálózat központi átjárója , amely forgalmat továbbít az előfizetők és a földi hálózatok között, emellett a teljes műholdas hálózat működését is irányítja, erőforrásait elosztva az előfizetők között [4] . A csillag típusú hálózatban az információ csak a központi állomás és az előfizetők között továbbításra kerül, a két végállomás közötti csere csak a központi állomáson keresztül lehetséges, és ritkán használják, mivel megduplázza a jelátviteli késleltetést, ami a műholdas hálózatokban meglehetősen nagy. . Egy előfizetői állomás egy adott időpontban csak egy DSC vezérlése alatt működik, és csak azzal tud forgalmat váltani [3] [12] . Léteznek többcsillagos vagy kétátjárós topológiájú műholdhálózatok is, amelyek egy teljes mesh topológiájú csillag kombinációjaként épülnek fel . Egy ilyen hálózatban a központi állomás a különböző regionális földi hálózatok csomópontjaihoz kapcsolódó előfizetői és további átjáró állomásokat egyaránt vezérli, és az előfizetői állomás egyszerre tud forgalmat váltani mind a regionális átjáróval, mind a központi állomással [12] [13] .
A DSC működhet egyetlen tulajdonos vagy ügyfél hálózatában [14] , vagy virtuális hálózatokat tarthat fenn egymástól elszigetelten egy műholdas erőforrásban , hogy egyidejűleg különböző típusú szolgáltatásokat nyújtson a különböző piacokon, például internet-hozzáférést a B2C piacon , szállítási csatornák ( eng. backhaul ) biztosítása a mobilszolgáltatók számára, távoli helyek összekapcsolása és tartalék csatornák szervezése a B2B és B2G piacokon . Ugyanakkor rugalmas forgalomszabályozási eszközökkel biztosítják a különböző kliensek számára a szükséges minőségű szolgáltatásokat a teljes hálózat sávszélességén belül [15] . Lehetőség van az ügyfél számára korlátozott hozzáférést biztosítani a DSC vezérléséhez, és hozzá kell rendelni a műholdas hálózati erőforrás fix részét, ebben az esetben virtuális üzemeltetővé válik.(hasonlóan egy virtuális operátorhoz a cellás kommunikációban ), amely maga köti össze a végállomásokat és kezeli azok működését, valamint a hozzá rendelt erőforrás elosztását közöttük. Ez lehetővé teszi, hogy jelentősen csökkentse a "belépőjegy árát" saját műholdas hálózat kiépítésekor, mivel ahelyett, hogy saját DSC-t építene és önállóan bérelne egy műholdas erőforrást, bérelheti a piacon már működő hálózatok erőforrásait [16] .
A Ka-sávos HTS - hálózatokban kezdetben azt feltételezték, hogy teljes kapacitásukat csak egy fő szolgáltató ( HNO ) partnerein keresztül csatlakozó internetezők tudják betölteni , amely az összes hálózati erőforrást kezeli, és virtuális szolgáltatóként ( VNO ) működnek [ 17]. [18] . Az internet-hozzáférés kivételével egyéb szolgáltatások nyújtását nem biztosították [19] . Később azonban ez a megközelítés nem indokolta magát, és a HTS-hálózatok központi állomásainak korszerűsítése megkezdődött, amely lehetővé tette a vállalati hálózatokhoz való egyidejű csatlakozást, valamint a fő szolgáltató és partnerei általi szolgáltatásnyújtást a B2B szegmensben [20] .
A műholdas hálózat központi állomása közvetlen sugárzott csatornát sugároz, amelyet a hálózat összes előfizetője fogad, és fogadja a visszatérő csatornákatelőfizetőktől. A modern műholdas hálózatokban ugyanazokat a nyílt szabványokat , a DVB-S2 / DVB-S2X szabványokat használják a közvetlen csatorna továbbítására., mint a műholdas műsorszóró hálózatoknál , de a gyártók az előremenő csatornában az adatbeágyazást és az egyes állomások forgalmi címezését eltérő módon valósítják meg, így az egyik gyártó végállomása képes fogadni a másik gyártójának hubja által továbbított jelet, de gyakran nem tudja kivonni a továbbított adatok belőle. Szintén nincs egységes szabvány a visszirányú csatornák szervezésére, az ezeket leíró nyílt DVB-RCS / DVB-RCS2 szabvány tulajdonképpen olyan ajánlások halmaza, amelyeket nem minden gyártó fogad el, és eltérően valósítják meg őket. Ennek eredményeként az egyik gyártó berendezései általában nem működhetnek egy másik gyártó műholdhálózatában [3] .
A DSC kezeli a visszirányú csatornák megosztását, és minden egyes előfizetőnek kérésére kiosztja a közös erőforrás egy részét frekvencia ( FDMA ) vagy idő ( TDMA ) felosztás használatával. A modern hálózatok az MF-TDMA módot használják , amely lehetővé teszi az átvitelt az előfizetői állomásoktól mind időben, mind frekvenciában elkülöníteni, és a lehető legjobban optimalizálni a műholdas erőforrások használatát. Az egyes hálózati állomások számára állandóan vagy ideiglenesen hozzárendelt pont-pont visszirányú csatornák szervezhetők, ami garantált kommunikációs minőséget és a lehető legkisebb késéseket biztosítja, de a hálózati erőforrás nem hatékony felhasználásához vezet [7] .
A hagyományos, geostacionárius műholdakat használó , több száz és ezer kilométer széles lefedettségi területű műholdas kommunikációs hálózatokban a DSC bárhol elhelyezhető egy ilyen zónában, és az ugyanabban a zónában található előfizetői állomásokat szolgálja ki. Az egy DSC által vezérelt hálózat földrajzi mérete a lefedettségen belül tetszőleges lehet [21] , és az ilyen hálózatok számát egy területen csak a teljes sávszélességük, valamint a műhold frekvenciája és energiaforrása korlátozza [22] .
A nagy áteresztőképességű geostacionárius műholdak ( pl . HTS, nagy áteresztőképességű műhold ) lefedettségi területét viszonylag keskeny nyalábkészlet alkotja - sok, egyenként 300-400 kilométer átmérőjű előfizetői nyaláb, amelyben előfizetői állomások találhatók, és több központi vagy betápláló nyaláb, 150 széles – 200 kilométer, kombinálva az előfizetői forgalmat (az előfizetői és a feeder lefedettség átfedésben lehet, mivel eltérő frekvenciákat használnak) [19] . A HTS hálózatok központi állomásai a betápláló nyalábok területén helyezkednek el, vagyis a DSC lehetséges elhelyezkedésének helyei már a műhold lefedettségi területeinek kiválasztásakor, a tervezés szakaszában meghatározásra kerülnek. Az egyes betápláló nyalábokban lévő DSC (hub) valójában több azonos típusú hubból álló komplexum, amelyek egy közös antennarendszerhez kapcsolódnak, és mindegyik a saját előfizetői nyalábjában szolgál ki állomásokat. A HTS műhold teljes lefedettségi területén lévő összes előfizető egyetlen hálózatba egyesítése érdekében a különböző feeder nyalábokban lévő DSC-ket nagy sebességű földi csatornák kötik össze [23] .
A fejlett alacsony pályás műholdas kommunikációs rendszerekben, mint például a Starlink és a OneWeb , a lefedettségi területet számos, folyamatosan mozgó műhold keskeny nyalábja alkotja [24] . Ahhoz, hogy az előfizető működjön, legalább egy átjárónak kell lennie a földi hálózatokhoz (az internethez) annak a műholdnak a láthatósági zónájában, amelyen keresztül jelenleg dolgozik. Ezért a hálózat nagy területen történő támogatásához több, egymással összekapcsolt átjárót kell telepíteni, amelyek mindegyike több antennával van felszerelve, hogy egyidejűleg több műholddal működhessen a látómezőben. Az állomások vezérlése egyetlen hálózati vezérlőközpontból (NCC) történik, amely szintén földi kommunikációs csatornákon keresztül kapcsolódik az átjárókhoz. Így a LEO rendszerekben a DSC funkciói el vannak osztva az NCC és az összes átjáró állomás között [25] .
A CZS a következő típusú berendezéseket tartalmazza [4] :
Az elhelyezés módja szerint a DSC berendezés kültéren elhelyezett antennaoszlopokra van felosztva, beleértve magát az antennát is vevő- és adóerősítőkkel , és a beltéri szerveren [2] [26] található . Egy vagy több antennaoszlop a hozzá tartozó vezérlőeszközökkel és a földi kommunikációs csatornákhoz kapcsolódó szerverszobákkal, ahol a többi DSC berendezés található, együtt egy teleportot alkotnak . A CZS tulajdonosa megépítheti saját teleportját, vagy használhat egy meglévőt annak elhelyezésére.
A műholdas hálózat kapacitása elsősorban a kommunikációs műhold jellemzőitől, valamint a központi állomás antennaerősítésétől és adóerősítő teljesítményétől (BUC) függ. Ezért a geostacionárius műholdakkal működő DSC-k általában több száz watt kimenő teljesítményű adókat és 5-9 méter átmérőjű reflektorantennákat használnak [27] , bár a kis hálózatok DSC-jei, különösen a modern, nagy energiájú műholdakon keresztül működő DSC-k kisebb antennákra is épüljenek [28] . Alacsony pályás rendszerekben a földi állomás és a műhold közötti jel lényegesen rövidebb utat tesz meg, mint a GSO-é, és kisebb csillapításnak van kitéve, ezért az átjáró állomásaikon legfeljebb 1,5-2 méter átmérőjű antennák találhatók. a műhold folyamatos követésére alkalmas meghajtókkal felszerelt [29] [25] használható .
Alacsony zajszintű vevőerősítő-átalakítók (LNB) vannak az antennára szerelve, a hullámvezetőkkel összekapcsolt antenna-adó erősítők (BUC) mellé . A vevő és adó erősítők általában redundánsak . Az antenna vezérlőeszközökkel is fel van szerelve, hogy a műholdat folyamatosan a maximumon tartsa sugárzási mintázatában , és szükség esetén jegesedésgátló rendszerrel is [27] . Az antennaoszlop és a szerverszoba közötti jel továbbítása koaxiális kábeleken , illetve nagy távolság esetén száloptikai vezetékeken keresztül történik [30] .
A szerverteremben az antennaoszlop rádiófrekvenciás vezetékei a jelosztókhoz/nyárokhoz csatlakoznak és ezeken keresztül a CZS csatornaképző berendezés részét képező eszközök be- és kimeneteihez. Egy antennaoszlophoz több csatornaképző berendezés (hub) készlet is csatlakoztatható, köztük különböző típusok, amelyek egy műholdon különböző polarizációban vagy különböző frekvenciaintervallumokban működnek ugyanabban a tartományban [31] .
A DSC spektrumanalizátorokat is tartalmaz a műholdról vett jelek monitorozására, valamint a rádiófrekvenciás rész kezeléséhez szükséges eszközöket - vevő- és adóerősítők redundanciája, automatikus jelteljesítmény-szabályozás ( Uplink Power Control) az időjárási viszonyoktól függően az antenna irányításával és a műhold követésével [32] .
A CZS (hub) csatornaképző berendezése a következőket tartalmazza : [34] :
Ezen funkciók mindegyike a DSC-n belül külön-külön eszközzel is végrehajtható, vagy több funkció (például tokozás és modulátor, több visszirányú csatorna demodulátor) kombinálható egy blokkban [31] . Vannak olyan megoldások, amelyek a DSP összes funkcióját egyetlen univerzális eszközön valósítják meg, a hálózat kapacitásának és képességeinek ezt követő bővítésével azonos típusú blokkok hozzáadásával [33] . A zavartalan működés érdekében a központi fűtési rendszer elemei redundánsak . A maximális megbízhatóságot igénylő alkalmazásoknál alkalmazható a földrajzi redundancia, két távoli DLC közötti váltással arra az esetre, ha az egyik működése időjárási vagy egyéb körülmények miatt lehetetlenné válik [36] [37] .
A műholdas hálózatkezelő rendszer ( NMS , Network Management System ) lehetővé teszi az előremenő és a visszirányú csatornák sávszélességének elosztását az előfizetői állomások között, az egyes előfizetői állomások, a CZS és a hálózat egészének paramétereinek és forgalmának vezérlését, a paraméterek konfigurálását. a CZS és az egyes előfizetői állomások. A vezérlőrendszer automatikusan figyelmeztetést ad, ha a hálózat és az egyes állomások paraméterei túllépik a megadott határokat, és archívumot tart fenn az előzményadatokból, amely lehetővé teszi nemcsak a hálózat működése során felmerülő problémák okainak azonosítását, hanem előrejelzését is. jövőbeni előfordulásukról és előre figyelmeztetni [38] . A vezérlőrendszer lehet a DAC szerves része, amely nélkül a működés lehetetlen, vagy egy különálló alkalmazás, amely nélkül a hálózat az utoljára mentett konfigurációban működik tovább. Egy NMS képes egyszerre kezelni egy szolgáltató egy és több DSC-jét is, és szükség esetén váltani az előfizetői állomásokat a különböző DSC-k között, amikor azok helyet változtatnak és/vagy megváltoztatják a nyújtott szolgáltatások követelményeit. A virtuális szolgáltatók hozzáférése a műholdas hálózathoz szintén a vezérlőrendszer segítségével történik [39] .
A modern VSAT rendszerek Ethernet portokkal rendelkeznek a kimeneten , és képesek együttműködni külső hálózatokkal IP protokollon keresztül , vagy szükség esetén hálózati híd módban . Ez a legtöbb esetben lehetővé teszi az előfizetők számára szükséges összes szolgáltatás működésének biztosítását. Ha a szolgáltatások nyújtásához a DSC-t közvetlenül telefonhálózatokhoz vagy az Ethernettől eltérő kommunikációs csatorna interfészekhez kell csatlakoztatni, akkor további átjárókat vezetnek be a DSC-be [40] . A CZS nagy sebességű, általában redundáns kommunikációs csatornákon keresztül kapcsolódik a külső adatátviteli hálózatokhoz. Lehetőség van egyidejűleg több földi hálózathoz csatlakozni MPLS vagy más VPN -technológiák segítségével, hogy egyidejűleg szolgáltatásokat nyújtsunk különböző ügyfeleknek [41] .
| Műholdas kapcsolat | |
|---|---|
| Főbb cikkek | |
| Felszerelés | |
| Szabványok és protokollok | |
| Műholdas műsorszolgáltatók |
|
| Kommunikációs műholdas szolgáltatók és szolgáltatások | |
| Kommunikációs műholdak gyártása | |