Автор:Пехтерев С.В., Андреев А.В., Ермакова Е.Ю.
Опубликована в:Сети и системы связи, №2, 2002
В истории внедрения и эксплуатации корпоративных и ведомственных сетей спутниковой связи в России насчитывается немало удачных и неудачных примеров. Опыт, накопленный компанией "Московский Телепорт" при проектировании и создании подобных сетей для широкого круга клиентов (банки, отечественные и транснациональные промышленные компании, органы государственного управления, операторы связи), позволяет сделать некоторые выводы, которые, по мнению авторов, будут полезны специалистам компаний, планирующих или занимающихся созданием собственных сетей спутниковой связи. В статье речь пойдет в основном о системах фиксированной связи, построенных на базе VSAT-терминалов, т. е. станций спутниковой связи с антеннами диаметром менее 3,7 м. При этом многочисленные отечественные системы связи, разработанные в СССР для нужд армии, органов государственного управления и спецслужб, рассматриваться не будут.
На сегодняшний день не существует общепринятой классификации этих технологий. Поэтому в публикациях фирм -- производителей оборудования спутниковой связи и компаний-интеграторов встречаются разные названия одних и тех же технологий и одинаковые обозначения совершенно разных технологий. Для удобства изложения материала мы представим названия и краткие описания технологий в том виде, какой кажется нам наиболее правильным, не претендуя, однако, на истину в последней инстанции.
Выбор той или иной технологии зависит от типа создаваемой корпоративной сети. Поскольку все многообразие потенциальных приложений систем спутниковой связи довольно полно отражается в режимах работы их периферийных, или абонентских, терминалов, мы будем классифицировать корпоративные сети по уровню средней рабочей нагрузки (в дневное время и в рабочие дни) этого терминала, поддерживающего передачу данных, телефонию и/или другие приложения (например, видеоконференцсвязь). При асимметричном трафике в расчет принимается средняя скорость передачи данных по обратному каналу. В таблице представлены существующие на мировом рынке системы, не снятые с производства и использующиеся в Российской Федерации и странах СНГ.
К данной категории отнесем сети, в которых терминалу достаточно иметь пропускную способность не более 32 Кбит/с, причем организовывать телефонную связь не требуется или же пользователям терминала необходима только одна телефонная линия. Основные функции таких сетей -- сбор телеметрии, интернетизация школ, обеспечение работы сети банкоматов и др. Как привило, в них насчитывается от 50 до 10 тыс. терминалов. Центральный узел сети в основном обрабатывает информацию, поступающую от терминалов. Для сетей с низкой нагрузкой типичными являются протоколы передачи данных Х.25 и IP.
Для организации сетей с топологией типа "звезда" и большим числом абонентских терминалов с низкой нагрузкой наиболее эффективными считаются технологии TDM/TDMA и FTDMA. В таких сетях все терминалы напрямую (в один спутниковый скачок) взаимодействуют только с ЦЗС. Благодаря этому появляется возможность применять маломощные и недорогие терминалы, скомпенсировав низкие значения их энергетических характеристик установкой на ЦЗС антенны большого диаметра (5 м и более) и мощного передатчика. Например, для работы с отечественным спутником "Экспресс-6А" в Ku-диапазоне можно использовать терминалы TDM/TDMA или FTDMA с антенной диаметром 1,8 м и приемопередатчиком мощностью 1 Вт. Таким образом удается существенно снизить стоимость реализации проектов с большим числом терминалов. Помимо высоких энергетических характеристик, ЦЗС должна иметь и высокий уровень надежности, так как от состояния этой станции зависит функционирование сети. Все это плюс наличие средств управления сетью обуславливает высокую стоимость ЦЗС. Наиболее широко распространенными во всем мире системами, на основе которых строятся сети, являются системы PES (Personal Earth Station) фирмы Hughes Network System (США) и Skystar Advantage компании Gilat (Израиль), реализующие технологии TDM/TDMA и FTDMA соответственно.
Для построения больших сетей с низкой нагрузкой, предназначенных для передачи данных и организации телефонной связи между периферийными терминалами, целесообразно использовать систему, сочетающую в себе технологии TDM/TDMA (для передачи данных) и DAMA (для телефонии), или систему на базе технологии FTDMA, обеспечивающую связь типа "каждый с каждым". Терминалы этих систем стоят дороже (чем терминалы сетей с топологией типа "звезда"), поскольку в них реализован дополнительный режим работы DAMA. К тому же для взаимодействия друг с другом они должны обладать более высокими энергетическими характеристиками. При использовании ретрансляторов Ku-диапазона, установленных на российских спутниках, минимальный диаметр антенны для ЗС типа DAMA составляет 2,4 м. Системы HES (Hybrid Earth Station) фирмы Hughes Network System и Nextar АА/TDMA-BOD корпорации NEC поддерживают технологии TDM/TDMA и DAMA, а система FaraWay фирмы Gilat основана на технологии FTDMA.
Отдельную группу образуют спутниковые сети, обеспечивающие широкополосный доступ в Интернет. Они характеризуются значительной асимметрией трафика: объем информации, пересылаемой со всех абонентских терминалов на ЦЗС в 3--10 раз меньше объема информации, передаваемой самой ЦЗС. В этих сетях для передачи высокоскоростного (до 40 Мбит/с) потока данных от ЦЗС к абонентским терминалам используется широко применяемая в цифровом телевидении технология DVB, а доступ терминалов к спутниковому сегменту (для передачи данных на ЦЗС) осуществляется по технологии TDMA или FTDMA.
В принципе технологии сетей широкополосного доступа в Интернет применимы и для дистанционного обучения или телемедицины, но только в том случае, если видеоизображение требуется транслировать лишь в одном направлении -- от ЦЗС, а связь в обратном направлении может быть ограничена передачей текстовых запросов или телефонных сообщений.
Вследствие быстрого роста потребности предприятий и индивидуальных пользователей в доступе к Интернет на рынке появились специальные системы, призванные решить эту задачу. К ним относятся следующие системы: DirecWay фирмы Hughes Network System и SkyBlaster компании Gilat (обе они поддерживают технологию DVB), LinkWay.IP (реализуюет технологию MF-TDMA) компании Comsat, вошедшей с недавних пор в состав фирмы ViaSat (США), а также целый ряд собственных разработок отечественных операторов связи, например ЗАО "Московский Телепорт" или фирмы Web Media Services.
Пользователями таких сетей являются банки, производственные и торговые компании с разветвленной инфраструктурой филиалов и отделений, которым для передачи данных и организации нескольких телефонных каналов (а возможно, и видеоконференцсвязи) требуются ЗС с пропускной способностью 32--256 Кбит/с. Данное оборудование может применяться и для организации дистанционного обучения и телемедицины. В сетях, о которых идет речь, широко используются протоколы Frame Relay или IP, а их топологии ("звезда" или "иерархическая звезда" с числом станций от 10 до 100) отражают структуру предприятий.
Для реализации корпоративных и ведомственных сетей со средней нагрузкой и числом удаленных терминалов до 15 часто применяются выделенные каналы SCPC и технология MCPC. Эти сети могут иметь любую топологию, при чем на 3С каждое направление связи обеспечивается отдельным каналообразующим модулем.
На рынке представлены следующие системы SCPC/MCPC: TRES фирмы Hughes Network System, SkyPerformer компании Clarent, а также станции спутниковой связи, собранные из отдельных модулей (антенна, приемопередатчик, спутниковый модем) отечественного и импортного производства.
Для организации сетей со средней нагрузкой и числом терминалов более 10 целесообразно использовать системы спутниковой связи, реализованные на базе технологии MF-TDMA, которая, когда необходимо построить полносвязную сеть с большой пропускной способностью и неравномерным трафиком, является оптимальной. При таких требованиях сети на базе названных систем по совокупной стоимости владения могут успешно конкурировать с наземными связными инфраструктурами. Тенденция развития корпоративных сетей указывает на большой спрос на эти системы в ближайшие один--два года. В качестве типичных примеров систем MF-TDMA можно назвать SkyWAN фирмы ND SatCom (Германия) и LinkWay 2000 (или ее модернизированный под VSAT-сети вариант LinkWay 2100) компании ViaSat.
Кроме спутниковых систем MF-TDMA, в ряде случаев (большое число терминалов, необходимая скорость передачи данных не превышает 128 Кбит/с) возможно построение корпоративной сети на базе системы FaraWay компании Gilat или HES фирмы Hughes Network System. Эти системы обеспечивают полносвязную топологию сети и передачу данных в режиме DAMA с указанной выше скоростью. Однако отметим, что необходимость приобретения и установки дорогостоящей ЦЗС делает их конкурентоспособными (по сравнению с системами MF-TDMA) только при большом числе абонентских терминалов.
Средняя рабочая скорость станции в такой сети - 256--2048 Кбит/с, а сами эти станции используются для передачи смешанного трафика (данные, Интернет, телефония, видеоконференцсвязь). Как правило, в сети с высокой нагрузкой насчитывается от 5 до 25 ЗС, между которыми организуется связь типа "каждый с каждым" (с использованием технологии ATM или Frame Relay). Основные пользователи этих сетей -- крупные общероссийские холдинги или телекоммуникационные компании, применяющие спутниковые каналы с целью объединения крупных региональных офисов в единую сеть или для резервирования основной наземной сети.
Когда нужно построить сеть с высокой нагрузкой, технологии MF-TDMA практически нет альтернативы (поскольку организация многочисленных высокоскоростных каналов SCPC/MCPC экономически не эффективна. -- Прим. ред.). Сети такого типа можно реализовать на основе MF-TDMA-систем SkyWAN фирмы ND SatCom, LinkWay 2000 компании ViaSat и VSAT Plus II фирмы NSI. Отличительной особенностью системы LinkWay 2000 является возможность ее работы не только с протоколами IP и Frame Relay, но и с протоколами АТМ и SS7/ISDN. Общая пропускная способность корпоративной сети, построенной на базе данной системы, может достигать 32 Мбит/с.
На рисунке представлены оптимальные зоны использования для упомянутых выше технологий в зависимости от средней рабочей нагрузки абонентских терминалов и их числа в корпоративной сети.
Выбор cистемы спутниковой связи
При проектировании корпоративной сети выбор технического решения целесообразно осуществлять в три этапа: 1. Выбор технологии (TDM/TDMA, SCPC, MF-TDMA или др.). 2. Выбор спутника-ретранслятора. 3. Выбор конкретной системы среди имеющихся на рынке.
Этапы 1 и 2 относительно просты. Здесь учитываются такие исходные данные, как число терминалов в сети, требующаяся функциональность, пропускная способность каналов связи, цена аренды космического сегмента, энергетические параметры транспондера и его зона покрытия.
Этап 3 значительно сложнее, поскольку при всей схожести систем спутниковой связи разных производителей, работающих по одной и той же технологии, они далеко не идентичны и имеют много особенностей, которые способны сильно повлиять на инвестиционные и эксплуатационные характеристики создаваемой сети. Для иллюстрации этого утверждения приведем несколько наиболее заметных различий между системами SkyWAN фирмы ND SatCom и LinkWay 2000 компании ViaSat, в которых используется технология доступа MF-TDMA.
Максимальный размер сети на базе оборудования SkyWAN -- 255 терминалов, а в сети на основе системы LinkWay 2000 может быть до 16 384 терминалов. Промежуточная частота в системе SkyWAN равна 1,5 ГГц (L-band), а в системе LinkWay 2000 -- 70 МГц. Информационная скорость несущей в системе SkyWAN -- любое значение в диапазоне от 64 до 2048 Кбит/с, а в системе LinkWay 2000 поддерживаются только три фиксированных значения: 512, 1024 или 2048 Кбит/с.
Из-за сложности выбора конкретной системы спутниковой связи целесообразно привлекать к этому процессу компании, специализирующиеся в области спутниковой связи и имеющие успешный опыт построения корпоративных сетей в российских условиях.
Возникший примерно 10 лет назад российский рынок корпоративных сетей спутниковой связи за это время существенно изменился. В результате изменилась и методология построения и эксплуатации таких сетей.
Спутники. В начале 90-х годов единственным спутником, который хорошо подходил для развертываания сети VSAT на территории России и стран СНГ, был "Интелсат-604" (точка стояния -- 60( в. д.), покрывающий всю европейскую часть России от ее западной границы до Урала. На сегодняшний день к нему присоединились "Интелсат-704", NSS-703 (бывший "Интелсат-703") и Sesat, имеющие транспондеры Ku-диапазона c высокой энергетикой и охватом территории России до Иркутска, а также Аsiasat-2, работающий в С-диапазоне. Появились и отечественные спутники, позволяющие создавать VSAT-сети. Это "Ямал-100", функционирующий в С-диапазоне и имеющий зону обслуживания от Санкт-Петербурга до Магадана, и "Экспресс-6А" с транспондерами С- и Ku-диапазонов.
Регулирующие органы за указанное время признали сам термин "VSAT", выделили соответствующие системы в отдельный класс средств связи и разработали процедуры регистрации, сертификации и ввоза VSAT-станций (составляющие процедуру их легализации). Кроме того, налажена координация между органами регулирования использования радиочастотного спектра, сертификации оборудования, надзора за связью и военным ведомством. Пока еще в России процедура легализации ЗС остается довольно длительной и дорогостоящей по сравнению с соответствующими процедурами в странах Западной Европы и США. Но она по крайней мере хорошо известна специалистам в области спутниковой связи и отработана ими на практике. На рынке имеется целый ряд операторов, которые реализуют ее для заказчика в составе своей услуги по развертыванию сети "под ключ".
Заказчики и строители сетей. В начале 90-х годов сети спутниковой связи строили главным образом государственные организации или крупные компании газовой и нефтяной промышленности. В последние годы среди заказчиков таких сетей стали появляться и частные предприятия, в капитале которых отсуствуют государственные средства.
В ходе развития рыночных отношений в нашей стране компании стали больше доверять коммерческим операторам, которые на практике продемонстрировали способность реализовывать сложные сетевые проекты. В начале 90-х годов компании предпочитали создавать собственные структурные подразделения, занимавшиеся разработкой, развертыванием и обслуживанием спутниковой корпоративной сети. Сейчас же предприятия все чаще доверяют эти функции коммерческим операторам спутниковой связи. Растет число открытых и закрытых конкурсов, на основе которых заказчик выбирает оптимальное решение. Для проведения подобных тендеров компании тщательно оценивают свои телекоммуникационные потребности и продумывают вопросы интеграции новой сети с имеющейся телекоммуникационной инфраструктурой.
В настоящее время уже не создаются не оправдавшие себя сети двойного назначения, так популярные в первой половине 90-х годов, когда заказчик пытался построить сеть как для своих собственных нужд, так и для занятия операторской деятельностью с целью вернуть вложенные деньги.
Стремление компаний в начале 90-х годов создавать спутниковые сети собственными силами можно объяснить не только неразвитостью рынка сетевых услуг, но еще и тем, что в то время оборудование спутниковой связи было достаточно простым для того, чтобы телекоммуникационное подразделение компании могло самостоятельно установить его и интегрировать с другими составляющими корпоративной сети. Развиваясь, системы спутниковой связи стали многофункциональными и хорошо масштабируемыми, но и более сложными для внедрения.
Достаточными знаниями и ресурсами для их инсталляции и интеграции с существующими сетями обладают операторы спутниковой связи. Безусловно, компания может самостоятельно выбрать систему спутниковой связи, напрямую закупить ее у производителя и установить, но это чревато серьезными последствиями. Риск возникновения ошибок сводится к минимуму при сотрудничестве компании с оператором, который работает с большим числом производителей оборудования спутниковой связи, следит за изменениями на этом рынке и поэтому может предложить заказчику сетевое решение, не только соответствующее его техническим требованиям, но и характеризующееся минимальной совокупной стоимостью владения. Опрераторская компания может взять на себя работу по выбору, ввозу, развертыванию и легализации оборудования спутниковой связи.