SYSTEMY GEOSTACJONARNE - VSAT I INMARSAT
Systemy VSAT
Zalecenie RS.725 ITU-R określa VSAT'y jako systemy łączności satelitarnej, gdzie terminale abonenckie mają niewielkie rozmiary - średnice anten nie przekraczają 2.4 metra. Obecnie trudno już mówić, że są to małe rozmiary anten. Nie jest to też żadna ścisła definicja systemów VSAT. Generalnie VSAT'y charakteryzują się tym, że:
· anteny terminali abonenckich mają rozmiary od 0.5 do 3 metrów średnicy,
· przepustowości w systemie zazwyczaj nie przekraczają 2 Mbps, a najczęściej jest to kilkadziesiąt kbit/s,
· często są to systemy zamknięte, ich przeznaczeniem jest przekazywanie specyficznych informacji wewnątrz pewnej firmy, organizacji.
Systemy VSAT zaczęły się intensywnie rozwijać w latach 80-tych. Ich nazwa - Very Small Aperture Terminals - pochodzi właśnie od małych rozmiarów terminali abonenckich. Większość abonentów systemów VSAT to mieszkańcy Ameryki Północnej, głównie USA, choć VSAT'y są coraz chętniej kupowane również w Europie. Obecnie, liczba terminali VSAT na świecie przekracza 500 tys. Coraz intensywniej zagospodarowywane są wysokie częstotliwości przeznaczone dla tych systemów.
Większość systemów VSAT funkcjonuje w konfiguracji gwiazdy (star). Oznacza to, że wszystkie dane od terminali abonenckich przesyłane są przez satelity do stacji nadzorczych (bazowych) określanych w tych systemach mianem "hub". Dopiero w hubie zestawiane jest połączenie i dane są transmitowane dalej do punktu docelowego - na Ziemi lub przez kolejnego satelitę do innego terminala. Hub pełni też role nadzorcze i kontrolne w systemie oraz taryfikuje połączenia. Huby posiadają anteny o dużych rozmiarach, od 5 do 11 metrów średnicy.
Inną konfiguracją jest "mesh" (pol. krata, oczko). W takim zestawieniu terminale komunikują się bezpośrednio przez satelitę, połączenia nie przechodzą przez huba. Z tego powodu konfiguracja ta określana jest często mianem "hubless VSAT network" - sieć VSAT bez stacji hub. Stacja nadzorcza może uczestniczyć w inicjalizacji połączenia, choć i to nie jest konieczne, a poza tym pełni funkcje kontrolne i ewentualnie taryfikacyjne. Połączenie terminali może przechodzić też przez łącze międzysatelitarne (ISL).
Typowy terminal VSAT składa się z trzech części: jednostki wewnętrznej (indoor unit), wewnętrznej (outdoor unit) i anteny. Jednostka wewnętrzna przyłączona jest do urządzeń użytkownika (np. komputer PC) i zapewnia mu interfejs sieciowy, dzięki czemu do sieci VSAT można podłączyć terminale pracujące na różnych protokołach. Najczęściej są to protokoły: BiSync, SDLC, X.25, Frame Relay. Poprzez częstotliwości pośrednie (Intermediate Frequences) jednostka wewnętrzna komunikuje się z jednostką zewnętrzną. Dalej sygnał przetwarzany jest na częstotliwości radiowe i poprzez antenę transmitowany do satelity.
Budowa systemu VSAT
Segment kosmiczny systemów VSAT to satelity geostacjonarne. Każdy system to co najmniej kilka aktywnych satelitów i jeden zapasowy - na wypadek awarii jednego z działających. Transmisja danych w tych systemach odbywa się w pasmach częstotliwości C, Ku lub Ka. Aby możliwe było transmitowanie wielu sygnałów (informacji od wielu użytkowników) jednocześnie z satelity lub huba stosuje się techniki zwielokrotnienia dostępu (multiple access). Jest to zwielokrotnienie w dziedzinie:
· czasu - TDMA,
· częstotliwości - FDMA
· lub techniki z widmem rozproszonym - CDMA.
Wybór danej techniki zależy od ilości użytkowników systemu, świadczonych im usług oraz mocy i pasma dostępnych satelitom. Najczęściej stosuje się techniki TDMA. Jednocześnie gdy zastosuje się już zwielokrotnienie dostępu konieczny jest wybór metody przydzielania kanału pojedynczemu użytkownikowi. Możliwy jest:
· stały przydział kanału (Fixed Assignment Multiple Access),
· losowy przydział kanału (Random Assignment Multiple Access),
· użytkownicy jednocześnie korzystają ze wspólnego medium, w przypadku kolizji dostępu konieczne są retransmisje,
· przydział kanału na żądanie (Demand Assignment Multiple Access).
Decyzja, którą z powyższych technik wybrać zależy głównie od statystyki ruchu w sieci, wymaganych parametrów (opóźnienia, obciążenie sieci) i kosztów przeznaczonych na wdrożenie i utrzymanie techniki.
Ze względu na rodzaj świadczonych usług systemy VSAT można dzielić na:
· systemy rozgłoszeniowe (broadcasting, data distribution) - informacja jest transmitowana tylko od stacji bazowej do terminali abonenckich. Nie ma możliwości transmisji w kierunku przeciwnym. W ten sposób mogą działać systemy w obrębie jednej firmy, gdzie istnieje konieczność regularnego przesyłania pewnych informacji (np. cenniki, oferty handlowe, bazy danych o produktach lub klientach) z centrum firmy do jej oddziałów i placówek. Na zasadzie transmisji jednokierunkowej mogą też działać systemy rozprowadzające sygnał telewizyjny, jednak wyłącznie w obrębie danej firmy lub grupy firm. Satelitarnych sieci telewizji publicznej nie zalicza się do systemów VSAT.
· systemy gromadzące informacje (data gathering systems) - również transmisja tylko w jednym kierunku - terminale abonenckie wysyłają informacje do stacji nadzorczej np. wysyłanie informacji o dokonanych transakcjach lub przesyłanie zleceń ich wykonania. Taki układ sieci jest jednak rzadko stosowany, jako że w tym przypadku stacja nadzorcza nie możliwości sprawowania kontroli nad podległymi jej terminalami abonenckimi. Dlatego też tego typu sieci realizuje się zazwyczaj jako sieci z komunikacją dwukierunkową.
· systemy dialogowe - interaktywne (two-way systems) - informacje wymieniane są w dwóch kierunkach. Jest to rozwiązanie zdecydowanie najczęściej stosowane. Przykładami mogą być rozmowy telefoniczne, przesyłanie faksów, połączenie telekonferencyjne czy też weryfikacja pewnych informacji np. handlowych.
Firma chcąca zostać operatorem systemu VSAT w pewnym regionie musi wydzierżawić satelitarny kanał radiowy (lub jego część) od firmy będącej właścicielem satelity. Po wybudowaniu swojej stacji nadzorczej może zacząć sprzedawać (lub dzierżawić) terminale VSAT i świadczyć w ten sposób usługi klientom. Instytucjami potencjalnie zainteresowanymi tego typu usługami mogą być:
· sieci sklepów,
· banki lub inne instytucje handlowe,
· organizacje dozoru meteorologicznego, ekologicznego bądź sejsmologicznego,
· służby ratownicze,
· urzędy administracji państwowej,
· towarzystwa ubezpieczeniowe,
· agencje informacyjne, reklamowe i turystyczne.
Satelitów, które mogą świadczyć usługi VSAT jest dużo. Dane pochodzące jeszcze z roku 1992 mówią o blisko 150 satelitach. Z bardziej znanych, przynajmniej w Europie, można wymienić serie Eutelsat, Intelsat, Astra czy Telecom.
Inmarsat
Systemy te powstały jako sieć globalna, służąca głównie komunikacji morskiej i spajająca istniejące już systemy łączności ratunkowej (SafetyNET, NAVTEX). Dalsza rozbudowa pozwoliła rozszerzyć zastosowanie sieci również na komunikację lądową.
Obecnie, Inmarsat jest międzynarodową firmą świadczącą usługi satelitarnej transmisji głosu i danych. Terminale Inmarsat instalowane są głównie na statkach, ale również w samolotach, samochodach, mogą służyć też jako terminale przenośne. Firma chwali się 250 tys. użytkowników. Inmarsat posiada 10 satelitów geostacjonarnych umieszczonych na orbicie geostacjonarnej w przeciągu ostatnich 16 lat (generacje I-2 i I-3 i dwa satelity I-4). Satelity te pozwalają uzyskać zasięg światowy do szerokości geograficznej 70° zarówno na półkuli północnej jak i południowej.
Projektowany był również system Inmarsat P, oparty na satelitach MEO, ale nie został on uruchomiony komercyjnie.
Satelity I-2 i I-3 wykorzystują pasma częstotliwości L i C. Systemy Inmarsat nie należą do kategorii VSAT, ich zastosowania są inne, a terminale abonenckie mogą być przenośne.
Najstarszy system, Inmarsat A, został wprowadzony w 1982 roku. Był to jeszcze system analogowy, przez co dość podatny na zakłócenia atmosferyczne. Zapewniał podstawowe usługi, tj. łączność radiotelefoniczną, dalekopisową (Telex), faks oraz transmisję danych. Wszystkie następne systemy były już cyfrowe.
Obecnie firma oferuje szeroką gamę rozwiązań, od systemów transmisji danych i głosu z szybkością 2.4 kbit/s aż po techniki ISDN - przepustowości kilkaset kbit/s. Wśród terminali można znaleźć zarówno kilkudziesięciokilowe aparaty stacjonarne (np. Inmarsat Fleet), przeznaczone dla jednostek morskich, jak i wersje przenośne (Inmarsat Mini-M) w rozmiarze laptopa. Proponowane usługi to połączenia telefoniczne, faks, transmisja danych i dostęp do Internetu, a także typowo morskie weather updates i crew calling. Średnice anten wynoszą od 30 do 90 cm. W niektórych wariantach możliwe są dodatkowe przystawki HSD zwiększające szybkość transmisji danych - wykorzystujące połączenia ze stacjami brzegowymi (Coast Earth Stations).
W roku 2005, na orbitę geostacjonarną zostały wyniesione dwa satelity nowej generacji Inmarsatu - I-4. Za pomocą satelitów I-4, Inmarsat rozpoczął świadczenie usług transmisji głosu, obrazu i danych z szybkością do 492 kbit/s.
Poniżej przykład zasięgów satelitów geostacjonarnych na przykładzie planowanych satelitów I-4. Obecne na orbicie znajduje się tylko dwa - IOR (64°E) i AOR (53°W).
Borysek12