Спутниковые сети: данные уходят в небо

По мере того как спутниковая связь становится все более приближенной к Земле, такие факторы, как цена, доступность и реализация, оказывают все большее влияние на распространение этой технологии.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ
Спутниковые сети, шаг за шагом

Это один малый шаг для человека и гигантский скачок для человечества - технология, благодаря которой передача данных прокладывает свой путь в открытый космос. Информация больше не привязана исключительно к наземным сетям. Теперь, благодаря беспроводной технологии, она проникает пространство и отражается от созвездия спутников.

Несмотря на то что потенциал современных спутниковых систем используется далеко не полностью, они обеспечивают независимую от местонахождения коммутируемую широкополосную передачу, благодаря которой сети и приложения способны достичь самых удаленных уголков Земли - будь то горные вершины, пустыни и тому подобные места.

FCC дает только общие никаких рекомендации относительно того, где пользователям следует размещать спутниковые тарелки, тем не менее эти параметры можно считать вполне устоявшимися. Кроме того, местные нормы могут предусматривать, а владельцы зданий потребовать принять дополнительные меры - и/или взимать плату, - прежде чем пользователям установить спутниковую систему в определенном месте. Но в целом ситуация выглядит достаточно благоприятно. В феврале этого года Всемирная торговая организация одобрила документ о путях открытия рынка глобальных телекоммуникаций. Вкупе с менее жесткими требованиями в США (отчасти благодаря Акту о телекоммуникациях) он должен подготовить почву для спутниковых служб, а также для дальнейшего развития и совершенствования этой технологии.

Рассматривая передачу сетевой информации через космос с точки зрения ее перспектив, необходимо учитывать, что такие факторы, как цена, доступность и реализация, должны соответствующим образом измениться, в противном случае эта технология не получит широкого распространения.

ОСНОВЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Принципы спутниковой технологии довольно просты. Спутниковые системы связи передают сигналы от наземных трансиверов (приемников/передатчиков) на спутниковые ретрансляторы (приемники/передатчики, находящиеся на спутниках). Ретранслятор принимает сигнал от наземной станции в микроволновом диапазоне, усиливает его и посылает назад на Землю. Передача на спутник называется восходящим каналом, а со спутника - нисходящим.

Параболические антенны наземных станций нацелены на спутник, а уплотненные сигналы, содержащие сотни каналов, поступают на спутник в виде сверхвысокочастотных волн. Эти сигналы перенаправляются ретранслятором на удаленные терминалы. Благодаря радиочастотному оборудованию модуляции и демодуляции радиочастотный сигнал может переносить информацию по всей сети.

Помимо своего привычного амплуа (телефония, телевидение, передача данных и т. д.) спутники используются в качестве резервных каналов связи на случай выхода из строя наземной линии.

НЕИЗБЕЖНОЕ?

Катализатором развития спутниковых сетевых технологий стали Internet и корпоративные сети (см. Рисунок 1). Доступ к Internet с помощью спутниковой технологии зачастую значительно экономичнее дорогостоящих высокоскоростных наземных каналов. Что касается Intranet, организация таких сетей посредством наземных линий часто оказывается неэффективна из-за постоянного роста объема файлов и высокой задержки, обусловленных конкуренцией за доступ к среде передачи.

Другими катализаторами служат средства мультимедиа и развлекательные приложения для дома. Если этот рынок окажется достаточно емким, то спутниковую связь ожидает настоящий бум.

Стимулирует развитие спутниковых сетевых технологий и мобильная связь. Сегодня спрос на мобильную связь высок, как никогда, и по мере того, как все большее число пользователей будет делать выбор в пользу персональной связи и родственных технологий, спрос этот будет только расти, оказывая дополнительное давление на спутниковую связь как на средство предоставления таких услуг.

П. Г. Нараянан, президент Internet-working Division, указывает еще на один стимул развития спутниковой связи. "Спутниковая технология представляет собой идеальный механизм для принудительного распространения, - поясняет он. - А эта технология нуждается в постоянной широковещательной среде, и эфир - идеальная для этого среда".

Спутниковая связь имеет определенные преимущества над наземными системами связи. Вследствие использования беспроводных технологий спутниковые сети могут достичь удаленных географических областей, в том числе в странах с недостаточно развитой коммуникационной инфраструктурой. Благодаря своей независимости от услуг телекоммуникационных компаний, спутниковая связь не подвержена перерывам в работе (повреждение кабеля при строительных работах и аналогичные недоразумения ей неведомы).

Однако достоинства спутниковой технологии не позволяют закрывать глаза на ее недостатки. В частности, спутниковая связь очень дорога и относительна молода. Кроме того, крупные проекты в данной области не так-то просто воплотить в жизнь (многочисленные консорциумы, например Iridium и Intelsat, пытаются, однако, их реализовать), для этого компания должна располагать значительными финансовыми средствами и получить одобрение в нескольких национальных и международных организациях.

С технической точки зрения потенциальной проблемой является блокирование принимаемого со спутника сигнала зданиями и даже листвой деревьев в зависимости от типа применяемой технологии.

Своего решения требует и вопрос защиты информации: при спутниковой связи сигнал может быть принят любым неуполномоченным лицом. Шифрование спутниковых каналов не осуществляется, но некоторые производители предлагают программное обеспечение шифрования, с помощью которого вы можете оградить свой трафик от подслушивания.

ТИПЫ СПУТНИКОВ

Используемые спутники можно разделить на две основные категории: геостационарные и низкоорбитальные. Среди других технологий - спутники на средней орбите и гибридные формы спутниковых сетей.

В течение более чем 30 лет геостационарные спутники обеспечивали практически единственным вид коммерческой связи через космос. Для односторонней связи эти системы достаточно эффективны, но для двусторонней они имеют ограниченную применимость. По существу потребность в мощных терминалах и значительные задержки при передаче сигнала из-за удаленности спутников от Земли делают их малопригодными для двусторонней связи, а значит, многим высокоскоростным службам данная технология не подходит.

Эта проблема главным образом физическая. Геостанционарные спутники вращаются вокруг Земли с той же скоростью, что и сама Земля на расстоянии около 40 000 км от планеты. На этой высоте связь имеет полную задержку при передаче из конца в конец около одной четвертой секунды. Чем больше времени требуется сигналу на путешествие туда и обратно, тем меньшую пропускную способность он способен обеспечить.

Определяющим фактором для величины задержки является размер буферов для хранения данных на временной основе: чем выше скорость передачи, тем загруженнее буферы. Ограничения на размер буфера и скорость передачи приводит к возникновению ситуации, когда система не в состоянии обеспечить достаточную для некоторых приложений пропускную способность.

Размер буфера определяется обычно протоколом передачи. Поначалу специалисты полагали, что буферы накладывают непреодолимые ограничения на пропускную способность, которую спутниковые сети ATM и TCP/IP могут поддерживать. В этом году NASA провело серию экспериментов с целью определения влияния размера буфера на скорость передачи. В результате было установлено, что TCP/IP через спутники способен поддерживать скорость до 622 Мбит/с.

Кроме того, так называемые супергеостационарные спутники могут покрывать конкретные области Земли, например Латинскую Америку. Эти системы нацелены на пользователей, которые находятся внутри ограниченной области, поэтому глобальная служба им особенно и не нужна.

Если задержки при связи через геостационарные спутники вызывают раздражение при межконтинентальных телефонных звонках, то их влияние на приложения типа видеоконференций делает эти системы непригодными для работы в сети и при использовании некоторых протоколов передачи данных чревато полнейшим хаосом.

Несмотря на свои слабые места, геостационарные спутники способны обеспечить эффективную инфраструктуру спутниковых сетей. Многие из недостатков технологии исследуются и шаг за шагом устраняются.

Весной 1997 года Osicom объявила о стратегическом альянсе с ABCN (Asia Broadcasting and Communications Network) в области проектов на базе геостационарных спутников. Osicom станет основным поставщиком технологии для высокоскоростного доступа к Internet и интерактивных сервисов в рамках проекта.

ABCN была образована с целью создания общеазиатской широкополосной вещательной базы для служб Direct Broadcasting Services (DBS), в том числе для высокоскоростного доступа в Internet и интерактивных служб. Предположительно первый геостационарный спутник будет запущен в конце 1997 года, а второй - в 1998 году. Каждая из этих систем должна предоставлять от 400 до 500 каналов для цифровых служб DBS и обеспечивать скорость передачи в 45 Мбит/с. Спутники будут изготовлены Space Systems/Loral.

Низкоорбитальные спутники представляют собой созвездия относительно небольших спутников, вращающихся на более низких высотах, чем геостационарные системы. Эти спутники можно разделить на два основных класса: большие и малые. Первые работают на частотах свыше 1 ГГц, а вторые - менее 1 ГГц.

Связь через низкоорбитальные спутники имеет малую задержку и потенциал для увеличения пропускной способности. Однако в случае низкоорбитальных спутников связь обеспечивает большее число спутников, чем в случае их геостационарных аналогов. Применяемая здесь технология напоминает используемую при сотовой связи, за тем исключением, что базовые станции находятся на расстоянии сотен километров от земли. Такое сходство с телефонными службами выглядит весьма многообещающим.

Примером сети больших низкоорбитальных спутников может служить проект Teledesic Network (см. Рисунок 2). При поддержке Билла Гейтса и компаний сотовой связи (а точнее, Craig McCaw) Teledesic планирует развернуть сеть к 2002 году. Спутники будут спроектированы и собраны компанией Boeing.

Сеть Teledesic Network будет состоять из 840 взаимосвязанных низкоорбитальных спутников, обеспечивающих передачу речи, данных и видео. Благодаря заключенным глобальным соглашениям сеть будет обеспечивать коммутируемые цифровые соединения между пользователями в сети, а также с клиентами других сетей через шлюзы, причем, как сообщается, задержка не превысит значение аналогичного параметра при передаче по оптическому кабелю. Разноообразные виды терминалов смогут получить по требованию канал со скоростью передачи от 16 Кбит/с до 2,048 Мбит/с (Е-1) и, для специальных приложений, до 1,244 Гбит/с (OC-24).

Как предполагается, Teledesic Network будет поддерживать максимальную емкость в 1 млн полнодуплексных соединений Е-1. Кроме того, уровень доступности каналов составит 99,9% на большей территории США. Свои услуги Teledesic намеревается предоставлять операторам связи, а не конечным пользователям.

Другим проектом с применением больших низкоорбитальных спутников является Iridium. Он осуществляется консорциумом таких организаций, как Lockheed Martin, Motorola, Raytheon и Sprint. Сеть Iridium будет состоять из 66 спутников и обеспечивать связь между ними; кроме того, вызовы будут обрабатываться непосредственно на спутнике. Эта технология предусматривает активное использование программного обеспечения, а также коммутирующих компьютеров на спутниках.

Первые пять спутников были запущены весной этого года; конечная цель - развернуть глобальную сеть беспроводной передачи речи, факсов, пейджинговых сообщений и данных к концу 1998 года. Информация о других проектах на базе низкоорбитальных спутников представлена в Таблице 1.

ТАБЛИЦА 1 - ШИРОКОПОЛОСНЫЕ НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

РАЗНОВИДНОСТИ VSAT

Одно из доминирующих влияний на формирование ландшафта спутниковых сетей оказывает технология терминалов с очень малой апертурой (Very Small Aperture Terminal, VSAT). Сети VSAT имеют меньшие, нежели в случае традиционных систем, антенны. Эти системы обеспечивают скорости передачи до 56 Кбит/с и относительно недороги.

В сетях VSAT удаленные узлы используют спутниковые тарелки диаметром 1 метр (в отличие от головных офисов, где применяются тарелки 3 м в диаметре). Головной офис может вещать на определенную группу или на все удаленные офисы.

"Сети VSAT далеко не новы, - говорит Скотт Фогль, вице-президент по маркетингу в подразделении спутниковых сетей Scientific Atlanta. - Однако их экономическая выгодность, возросшая производительность и поддержка многочисленных дополнительных возможностей заставляет многих пользователей обратиться к изучению потенциала спутниковых сетей и использованию их для поддержки некоторых своих приложений".

VSAT довольно гибки; емкость и назначение сетей на базе VSAT зависит от мощности терминала, размера тарелки, технологии доступа и типа пользовательского интерфейса. Каждый из этих параметров влияет на прием и передачу системы VSAT.

Идеальным трафиком для VSAT являются относительно небольшие сообщения (пакеты) от удаленных узлов с гораздо более крупными сообщениями (крупные и многочисленные пакеты) к удаленным узлам. Подобный трафик типичен для коммуникаций в таких мэйнфреймовых сетях, как SNA компании IBM и DECNET компании Digital Equipment, а также для просмотра Web в Intranet и Internet. Сети VSAT могут иметь различные конфигурации, в том числе звездообразную и ячеистую топологию.

Свое применение сети VSAT могут найти в транснациональных компаниях с централизованным управлением вычислительными ресурсами и обработкой данных, географически распределенными офисами с необходимостью доступа к одному центральному офису, многочисленными приложениями с потребностью в независимых средствах связи, а также при необходимости в высоконадежной связи.

Один часто упоминаемый недостаток технологии VSAT состоит в том, что автономное оборудование некоторых операторов связи не имеет достаточногодиапазона рабочих частот для обеспечения высококачественного приема. Однако потребность в пропускной способности зависит от характера проекта, так что для определенных приложений емкость сетей VSAT вполне приемлема. Для тех, кому требуется большая пропускная способность, стандартные спутниковые технологии оказываются зачастую более предпочтительны.

В марте этого года компания Comsat объявила о новой службе ATM на базе спутниковой связи, в которой терминалы VSAT используются для передачи голоса, видео и данных. По имеющейся информации предлагаемые скорости варьируются в диапазоне от неполного T-1 до T-3 (45 Мбит/с).

AdVata создала недавно сеть на базе VSAT, связывающую 80 универмагов компании Peebles в разных городах США. Сетевая инфраструктура обеспечивает интерактивную проверку кредитных и банковских карточек, услуги электронной почты и внутриофисных приложений, таких как инвентаризация. Передаваемая между корпоративным офисом и розничными магазинами информация служит также для планирования и прогнозирования.

Среди задач проекта были переписывание приложений для обеспечения розничных продаж и интеграция нескольких интерактивных приложений в общую инфраструктуру. Однако одним из основных результатов проекта стало то, что универмаги получили необходимый доступ к информации - тем более, что раньше каждый из них использовал для этих целей две коммутируемые линии.

Появление новой, более совершенной спутниковой системы VSAT оживило интерес к этой среде передачи данных. Благодаря возросшей высокой скорости передачи, снизившимся ценам и интеграции с мультимедиа сети VSAT нашли в США новое применение.

Одним из компонентов VSAT является технология в Ka-диапазоне. Спутниковая связь в Ka-диапазоне предусматривает дополнительные функции, например обработку и коммутацию непосредственно на спутнике. Системам Ka-диапазона доступен более широкий спектр частот (от 2,5 ГГц до 3,5 ГГц), чем их собратьям из Ku-диапазона.

Другой разновидностью технологии VSAT является DirecPC компании Hughes Network Systems. По информации компании, эта служба использует спутниковые приемники на базе PC Card, с помощью которых пользователи могут получать широковещательные сообщения и записывать их на жесткий диск со скоростью много большей, нежели та, что может быть достигнута в случае стандартной технологии VSAT. Поначалу служба предлагает каналы на 12 Мбит/с к спутнику и 2 Мбит/с от спутника.

В технологии для VSAT компании NEC America пропускная способность внешнего канала увеличена с предельной емкости в 128 Кбит/с до 1,544 Мбит/с. Система VSAT четвертого поколения с усовершенствованием T-1 для NEXTAR IV компании NEC позволяет конечным пользователям и/или сервис-провайдерам покупать только то аппаратное и программное обеспечение, которое им действительно необходимо для создания своей активной конфигурации.

ДЕНЬГИ И УПРАВЛЕНИЕ

Одно из основных ценовых преимуществ спутниковых сетей состоит в исключении платы за связь по наземным линиям. Кроме того, спутниковые сети сокращают расходы на связь, например за счет тиражирования баз данных Lotus Servers между серверами и офисами. Это позволяет разгрузить магистраль и, таким образом, снизить общие расходы.

Нараянан из Osicom рассматривает стоимость спутниковых сетевых технологий в следующем контексте. "В настоящее время спутниковые технологии выглядят весьма многообещающе, - говорит он, - но неплохо бы иметь представление, в каком направлении развивается беспроводная связь. Думается, в ближайшие годы ей станет уделяться гораздо больше внимания, и она станет весьма конкурентоспособной альтернативой наземным решениям".

Независимо от того, как быстро производители и операторы связи займутся данной технологией, широкомасштабное развертывание спутниковых сетей станет реальностью не раньше, чем цены снизятся.

Независимо от тенденций в области цен спутниковые технологии станут, скорее всего, объединяться с другими технологиями. Например, всемирная служба Orion Network Systems предоставляет высокоскоростной спутниковый канал из Соединенных Штатов в Европу. Кроме того, она имеет низкоскоростную трансатлантическую линию в обратном направлении. Данная стратегия сочетает преимущества высокоскоростной спутниковой связи с менеее быстрой наземной обратной связью - в том числе высокоемкое соединение с Европой с менее дорогим каналом для небольшого трафика в обратном направлении. Плюс к этому все больше производителей из области спутниковой связи начинают заниматься предоставлением услуг - Hughes Communications с широковещательной службой DirectTV прекрасный тому пример.

Другие компании продолжают разрабатывать альтернативные подходы к спутниковой связи. Консорциум Intelsat работает над развертыванием групповой широковещательной передачи IP и других широкополосных сервисов. Данный подход является разновидностью традиционного формата Internet с вещанием данных и потокового видео подписчикам. Однако некоторые крупные операторы спутниковых сетей проявляют сдержанность, поскольку полагают, что это будет сопряжено со слишком значительными переделками их сетей.

Стандарты должны, безусловно, оказать значительное влияние на тенденции в этой области. Несколько отраслевых групп и организаций работают над совершенствованием спутниковых сетевых технологий, причем некоторые из них сосредоточены исключительно на выработке стандартов, например Satellite Industry Association, Global VSAT Forum и Satellite Broadcast and Communications Association. Группа по беспроводному ATM в ATM Forum предпринимает усилия по стандартизации технологии ATM по спутниковым сетям.

Кроме того, значительное продвижение достигнуто и в области взаимодействия сетей. Исследовательский центр Lewis Research Center американского агентства по аэронавтике NASA работает над совместимостью спутниковых/наземных сетей, а также над родственными проектами в рамках программы по технологиям спутниковых сетей связи.

Чтобы создать свою спутниковую сеть, пользователи вынуждены прибегать к услугам нескольких организаций. Консультанты и системные интеграторы осуществляют проектирование и инсталляцию оборудования, операторы связи предоставляют каналы и выполняют мониторинг связи между конечными точками, а производители оборудования предоставляют поддержку после выявления какой-либо проблемы.

Сегодня многие сервис-провайдеры в области спутниковых сетей предлагают свои услуги по проектированию сети, управлению проектом, снабжению, сопровождению, инсталляции, управлению сетью, предоставлению спутниковых каналов связи, обучению, обслуживанию заказчиков и анализу.

В случае спутниковой технологии некоторые функции управления намного проще, поскольку сети этого типа имеют относительно немного элементов. Кроме того, спутниковые сети управляются из одного центра, что исключает многие типичные проблемы управления и мониторинга, характерные для распределенных сетей.

Однако управление доступом к спутниковой связи требует тем не менее некоторого опыта, а также знания терминологии и инструментов, которыми многие специалисты не обладают, так как в основном они работают с наземными системами. Если у вас нет соответствующих специалистов, то функции управления лучше поручить какой-либо внешней организации.

Если решите привлечь внешнюю организацию для управления и мониторинга своей спутниковой сетью, то у вас есть выбор между несколькими типами организаций. Дополнительную информацию о развертывании и модифицировании спутниковой сети, о критериях оценки сервис-провайдеров и определении требований к сети смотрите во врезке "Спутниковые сети, шаг за шагом".

ПРОГНОЗ НА ЗАВТРА

Отрасли спутниковой связи предстоит преодолеть еще множество препятствий. "Новая задача - полные каналы к спутнику и от спутника, - говорит Нараянан из Osicom. - Компании проектируют эти спутники уже сейчас, и к 2000 году они уже будут запущены".

Другая очередная задача в области технологии ATM по спутниковой связи - совместимость спутниковых систем с такими интерфейсами, как UNI и NNI. Без этого сколько-нибудь масштабное внедрение технологии ATM по спутниковой связи займет гораздо больше времени, если вообще окажется возможно.

Наконец, успех глобальной системы позиционирования (Global Positioning Systems, GPS) на других рынках обещает ее проникновение и в созвездие больших низкоорбитальных спутников.

Мы только чуть приоткрыли занавес над тем, что пользователи могут ожидать в будущем. Но, независимо от предполагаемых перспектив, рынок спутниковых сетей станет местом конкурентной борьбы для технологии, чьи корни уходят далеко в прошлое.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ

Спутниковые сети, шаг за шагом

При развертывании или модернизации спутниковой сети вы должны взять в расчет целый ряд факторов. Прежде чем принять конкретное решение по поводу такого проекта, необходимо рассмотреть следующие соображения (это поможет сберечь время и деньги и избежать каких-либо недоразумений):