تكنولوژي‌هاي شبكه‌هاي ماهواره‌اي

امروزه با رشد روز افزون تكنولوژي مخابراتي روش‌هاي متفاوتي جهت ايجاد شبكه‌هاي ارتباط ماهواره‌اي به وجود آمده است. در اين مقاله به معرفي برخي از روش‌هاي متداول درشبكه‌هاي ماهواره‌اي و مشخصات هر كدام خواهيم پرداخت. به طور كلي تصميم‌گيري براي انتخاب راه‌حل مناسب, نيازمند بررسي پارامترهاي موثر در امر طراحي شبكه مي‌باشد, برخي از اين پارامترها عبارتند از :

1- گستردگي شبكه ارتباطي, شامل تعداد لينك‌هاي ارتباطي مورد نياز در فاز اول و نحوه افزايش آن در فازهاي بعدي

2- نوع كاربردهاي شبكه (اينترانت, ديتا, صوت, ويئو كنفرانس, اينترنت)….

3- توپولوژي يا ساختار شبكه

4- Scalability و نحوه گسترش شبكه 

5- Availability يا قابليت اطمينان سيستم

6- سرمايه‌گذاري اوليه و هزينه‌هاي جاري

با توجه به موارد فوق راه‌حل‌هاي زير ارائه گرديده و در مورد هر كدام پارامترهاي فوق بررسي مي‌گردد.

–   راه‌حل (Single Channel Per Carrier) SCPC

اين روش يك راه‌حل ايده‌آل جهت كاربردهايي است كه در آن حفظ كيفيت ارتباط و داشتن يك پهناي باند ارتباط اختصاصي جزء مهم‌ترين عوامل تصميم‌گيري مي‌باشد. راه‌حل  فوق مناسب‌ترين روش جهت راه‌اندازي يك ارتباط نقطه به نقطه

  (point-to-point) مي‌باشد. سهولت راه‌اندازي, نياز به حداقل تجهيزات و در نتيجه قيمت مناسب از مزيت‌هاي استفاده از اين روش مي‌باشد. اين روش با توجه به استفاده از يك پهناي باند ارتباطي اختصاصي راه‌حل مورد علاقه سرويس‌دهندگان ارتباطات صوتي در دنيا مي‌باشد. در صورت نياز به ايجاد يك شبكه ارتباطي چند نقطه‌اي (Point-to-Multi point) روش فوق كارآيي مناسبي نداشته و افزايش زياد تجهيزات و افزايش هزينه پهناي باند بخش فضايي از دلايل ناكارآمدي روش فوق مي‌باشد. براي رفع اين موانع راه‌حل‌هايي ارائه گرديده است كه يكي از بهترين روش‌ها تكنولوژي SkyPerformer  SCPC-مي‌باشد.

مشخصات اصلي اين تكنولوژي- Sky Performer  SCPCموارد ذيل مي‌باشد:

– اين روش جهت ايجاد يك شبكه ارتباطي چند نقطه‌اي كارآيي مناسبي داشته و قابل پياده‌سازي به صورتFull Mesh , Distributed Mesh , Star Partial  Mesh ,  مي‌باشد.

– تعداد ريموت‌هاي قابل پياده‌سازي در اين روش در توپولوژي Star تا سيصد و پنجاه نود و در صورت استفاده از توپولوژيMesh  Distributed نامحدود مي‌باشد.

– در اين روش لايه دوم شبكه Frame relay بوده و تمامي پروتكل‌هاي لايه بالاتر همچون TCP/IP را پشتيباني مي‌نمايد.

– پهناي باند ارسالي از ريموت‌ها (Inbound) به صورت اختصاصي بوده (SCPC) و پهناي باند ارسالي از سايت مركزي (Outband) با استفاده از تكنولوژي Sky performer براي تمامي ريموت‌ها به صورت مشترك ارسال مي‌گردد. براي هر يك از ريموت مي‌توان به ميزان نياز پهناي باند CIR (گارنتي شده ) و به ميزان بالاتري (Burst) BIR معين نمود.

– كاهش تجهيزات سايت مركزي در توپولوژي ستاره و نيز كاهش هزينه پهناي‌باند بخش فضايي اين روش را به جايگزين مناسبي براي شبكه‌هاي SCPC  تبديل نموده است.

– تجهيزات سايت‌هاي مركزي و ريموت در اين تكنولوژي مولتي سرويس بوده و جهت استفاده همزمان ديتا و صوت وتصوير مجتمع‌سازي شده‌اند.

– اين روش كاملا” Scalable بوده و شروع و پياده‌سازي آن از دو نقطه به صورت Point-to-Point قابل آغاز بوده و افزايش تعداد ريموت‌ها و پياده‌سازي روش Point-to-Multi point  به تدريج و به سادگي  امكان‌پذير مي‌باشد.

– سيستم‌هاي نصب شده در سايت مركزي در روش Star به صورت Redundant پياده‌سازي مي‌گردد كه با اين روش Availability سيستم به بالاتر از 5.99% مي‌رسد. در صورت پياده‌سازي روش Mesh بروز اشكال در يك سايت مانع از اثرگذاري بر كل شبكه ارتباطي خواهد گرديد.

– در اين روش در دو سمت ارسال و دريافت از سايت مركزي و ريموت امكان استفاده از تكنيك‌هاي Coding مدرن مانند Turbo Code وجود دارد اين امر باعث صرفه‌جويي در توان ارسالي ترانسپورت ماهواره شده كه هزينه‌هاي جاري سيستم را كاهش مي‌دهد. ارسال به روش توربوكد دريافت اطلاعات با Eb/No پايين تر را در سايت‌هاي ريموت با حفظ BER مناسب امكان‌پذير مي‌نمايد.

– امكان استفاده از Voice با تكنيك (Voice over frame relay ) VOFR در  اين روش يك كانال ارتباطي صوت با  كيفيت   بالا  (MOS =4.15) و با استفاده از حداقل پهناي باند (6kb/s) را مهيا مي‌نمايد.

 راه حل (D-TDMA) Deterministic TDMA

اين تكنولوژي راه‌حل مناسبي جهت شبكه ماهواره‌اي مبتني بر پروتكل IP مي‌باشد در روش D-TDMA, مقدار پهناي باند اختصاص داده شده به هر ايستگاه VSAT بر اساس پارامترهايي نظير اندازه صف اطلاعات در هر ايستگاه, كيفيت سرويس‌دهي (Quality of Service), ملاحظات اولويت‌بندي ايستگاه‌ها و برخي پارامترهاي ديگر به صورت پويا ) (Dynamic تعيين مي‌گردد. روش D-TDMA موجب ايجاد صرفه‌جويي  قابل توجهي از نظر پهناي باند بخش فضائي خواهد شد.

به عنوان مثال در مقايسه بين تكنولوژي DVB-RCS و D-TDMA, سيستم‌هاي DVB-RCS براي انتقال بسته‌هاي اطلاعات IP, آنها را داخل فرم‌هاي اطلاعاتي MPEG تعبيه مي‌نمايند كه اين امر باعث كاهش كارآيي سيستم مي‌گردد به طوري كه براي انتقال اطلاعات با پروتكل IP روش   D-TDMA نسبت به DVB-RCS بين 10 تا 50 درصد در پهناي باند صرفه‌جويي به همراه دارد.

اهم مشخصات سيستم‌هاي D-TDMA عبارتند از :

– توپولوژي اين سيستم‌ها ستاره (Star) مي‌باشد.

– تعداد ريموت‌هاي قابل استفاده از لحاظ تئوري نامحدود بوده ولي به طور معمول به دليل محدوديت‌هاي تكنيكي براي كاربردهاي تا 800 ريموت مناسب مي‌باشد.

– شبكه بر اساس پروتكل IP طراحي گرديده است.

– از نظر روش Access Multiple , براي Outband (از هاب به ريموت) روش TDM و Inbound (از ريموت به هاب) D-TDMA مي‌باشد.

– با توجه به IP Base بودن‌, شبكه براي كاربردهاي Data , Voice (VoIP) و كلا” شبكه‌هايي كه Application هاي تحت IP دارند مناسب مي‌باشد.

– در هر دو سمت ارسال و دريافت از سايت و ريموت امكان استفاده از تكنيك‌هاي Coding مدرن ماننده Turbo code وجود دارد.

راه‌حل DVB-RCS

با افزايش تقاضاي IP broadband service در دنيا روش‌هاي DVB-RCS از سال 2002 به صورت اجرايي در نقاط مختلف دنيا ارائه گرديد. اين روش راه‌حل مناسبي جهت ارائه سرويس اينترنت به مشتركين انتهايي در يك شبكه بزرگ مي‌باشد.

 مشخصات اصلي اين تكنولوژي عبارتند از:

– اين روش شامل يك هاب مركزي بوده كه قابليت پشتيباني از چند صد تا چند هزار كاربر را برحسب نوع سرمايه‌گذاري امكان پذير مي‌نمايد.

– روش ارتباطي ريموت‌ها با مركز در اين روش Star مي‌باشد.

– دراين روش بسترهاي اطلاعات IP به فرمت MPEG-DVB تبديل شده و از هاب مركزي به تمامي ريموت‌ها ارسال مي‌گردد. هر ريموت بر حسب PID خاص خود (Packet Identifier) سيستم اطلاعات مربوط به خود را جدا مي‌نمايد. ارسال اطلاعات از سايت‌هاي ريموت به هاب مركزي با تبديل بسترهاي IP به فرمت ATM و ارسال با روش MF-TDMA صورت مي‌پذيرد انجام اين مراحل باعث ايجاد كمي سربار اضافي (Overhead) در شبكه ارتباطي نيز مي‌گردد.

– اين روش با توجه به نياز به ايجاد يك هاب مركزي و سرمايه‌گذاري اوليه نسبتا” زياد براي كاربردهايي با تعداد ريموت بالاتر از پانصد عدد قابل توجيه مي‌باشد. مزيت آن اين است كه با نصب يك هاب مركزي امكان افزايش ريموت‌ها به سادگي امكان‌پذير مي‌باشد. كوچك بودن ابعاد تجهيزات ريموت و پايين بودن هزينه هر ريموت از مزيت‌هاي اصلي اين تكنولوژي مي‌باشد.

– Availability اين سيستم‌ها با توجه به حساسيت زياد هاب مركزي وابسته به نوع طراحي اين سايت مي‌باشد. عموما” در هاب مركزي از روش Full Redundant براي تمامي تجهيزات استفاده مي‌نمايند تا امكان بروز مشكل را به حداقل برسانند با اتخاذ اين تدابير نرخ  Availability هاب مركزي به 9/99% مي‌رسد.

تكنولوژي‌هايي كه در بالا معرفي مي گرديد به عنوان روش‌هاي غالب در شبكه‌هاي ماهواره‌اي كنوني در نظر گرفته مي‌شوند.

همان طور كه ملاحظه گرديد هر يك از روش‌هايي كه توضيح داده شد در جاي خود مناسب بوده و انتخاب نهايي يك روش در كاربردهاي چند منظوره و تركيبي نياز به بررسي دقيق‌تر مهندسان اين فن خواهد داشت.

هادي طالبي- شهرام وفا , از شركت صنايع صف