Интерактивные сети VSAT. Обзор рынка оборудования.
Особенности интерактивных VSAT-сетей
В связи с введенной классификацией целесообразно более четко определить особенности интерактивных сетей (в сравнении с полнофункциональными) с точки зрения их функциональных и эксплуатационных параметров. Внутри этой общей сети могут быть организованы выделенные подсети, но в любом случае с использованием единого центра.
Топология
Общей отличительной особенностью интерактивных сетей является топология "звезда": в центре сети располагается единая мощная центральная станция (ЦС), обеспечивающая работу нескольких тысяч (или десятков тысяч) интерактивных VSAT-станций и сопряженная с наземными магистральными линиями связи, обеспечивающими выход во внешние наземные сети.
Метод организации многостанционного доступа
Прямой канал
Для организации многостанционного доступа в прямом канале (от ЦС к VSAT) используется метод временного мультиплексирования (TDM). Единый IP-поток обычно формируется в соответствии со спецификациями стандарта DVB-S и транслируется через спутник связи всем абонентским станциям сети, расположенным в рабочей зоне. При этом каждый пользовательский VSAT-терминал принимает из общего потока только те IP-пакеты, которые адресованы именно этому пользователю. При предоставлении ряда услуг (например, при распределении ТВ-сигналов) пакеты могут адресоваться всем пользователям сети.
Обратный канал
В обратном канале (от VSAT к ЦС) формируются отдельные относительно низкоскоростные потоки TDMA. При этом для повышения пропускной способности сети, а соответственно и для достижения ее максимальной экономической эффективности, используется так называемая многочастотная технология TDMA (MF-TDMA), предусматривающая скачкообразные изменения частоты при перегрузке одного из обратных каналов в соответствии со стратегией принятой на ЦУС. Такой метод организации канала наилучшим образом отвечает специфике передачи данных, относительно короткими посылками, имеющими случайный характер и нечувствительных к задержкам. При необходимости предоставления услуг приложений, не допускающих изменения частоты и требующих минимальных задержек, например, IP-телефонии или видеоконференц-связи, эффективность данной технологии и сети в целом падает. Для парирования этих факторов предусмотрены специальные режимы, которые предусматривают автоматический переход в режим закрепленного канала при определении признака IP-телефонии или превышении, установленного допустимого числа коллизий в режиме с произвольным доступом при передаче данных.
Максимальная экономическая эффективность интерактивных сетей VSAT достигается при подавляющем преобладании трафика данных, передаваемых из центра к абонентам -- подобная картина характерна для услуг доступа в Интернет. Впрочем, это не означает, что на базе интерактивных VSAT-сетей невозможно организовать предоставление услуг IP-телефонии или видеоконференц-связи. Просто для этого необходимо задействовать дополнительные ресурсы сети путем выделения специально ориентированных обратных каналов (при необходимости сохранения общей емкости сети для предоставления услуг доступа в Интернет основной массе абонентов) и предусмотреть дополнительные затраты на оснащение интерактивной VSAT-станции специальными устройствами (например, шлюз для IP-телефонии) и т.п. Однако попытка использовать интерактивную сеть для массового предоставления услуг, например, видеоконференц-связи сведет к нулю все преимущества используемой технологии многостанционного доступа, поскольку в этом случае все обратные каналы задействованы в закрепленном режиме и, следовательно, исключается возможность использования вероятностных свойств посылок и, соответственно, динамического переназначения сетевых ресурсов. В этом случае для поддержки приемлемого качества услуг оператору придется существенно сократить число потенциальных пользователей сети.
Конкуренция технологий
Следует особо отметить, что в классе интерактивных VSAT-сетей имеет место серьезная технологическая конкуренция и уже наметилось разделение таких сетей по способу организации обратных каналов. Так, несколько лет назад ряд компаний вышли с инициативой внедрения единого открытого стандарта DVB-RCS (EN 301 790), но пока попытки прийти к единому решению не увенчались успехом, и, по-видимому, в ближайшие годы это едва ли произойдет. Так как практических достоинств нет, а технологии развиваются такими быстрыми темпами , что стандартизация просто не успевает за этим процессом.
Классификация VSAT-сетей
На протяжении последних 7 лет в области VSAT-технологий формировалось самостоятельное технологическое направление, в результате развития которого появился отдельный класс технических решений, ориентированных в первую очередь на предоставление услуг передачи данных и доступа в Интернет. Для этого класса справедливо общее название интерактивные VSAT-сети -- в отличие от не менее важного класса полнофункциональных VSAT-сетей, специально не ориентированных на предоставление каких-либо определенных видов услуг.
Необходимо отметить, что существуют и специализированные VSAT-сети (например, для предоставления услуг сельской телефонии или для организации технологической связи в системах типа SCADA и др.), доля которых на рынке не столь существенна и экономическая эффективность их использования требует специального анализа в каждом конкретном случае.
Примерное долевое соотношение числа VSAT-станций, работающих в составе сетей указанных классов (рис. 1), однозначно показывает, что интерактивные VSAT-сети развиваются чрезвычайно высокими темпами.
Рисунок 1. Соотношение количества VSAT-станций, работающих в составе основных классов сетей VSAT (2003 г.)
Интерактивные VSAT-станции: основные характеристики
При этом использование современных спутников связи с высокими энергетическими параметрами и работа в сети с топологией "звезда" и с единой мощной центральной станцией позволяет использовать интерактивные VSAT-терминалы с малой антенной, диаметр который в большинстве случаев не превышает 1,2 м, а мощность передатчика составляет не более 1 Вт (максимум 2 Вт). Тем не менее, при невысоких энергетических характеристиках интерактивные VSAT-терминалы обеспечивают скорость в обратном канале до 512 кбит/с, а в некоторых случаях и более (скорость обратного канала наращивается, как правило, дискретно). Таким образом, пользователи, подключенные к такой станции, получают доступ в Интернет со скоростью в несколько сотен килобит в секунду. Такие скорости принципиально -- по технико-экономическим соображениям -- недостижимы для индивидуальных абонентов или малых компаний при использовании любой другой технологии.
В табл. 1 представлены наиболее распространенные на сегодняшний день технологии интерактивных VSAT-сетей и краткий перечень основных параметров VSAT-станций. Среди указанных технологий выделяется технология ArcLight, принципиальное отличие которой заключается в том, что обратные каналы организуются в той же полосе частот, которую занимает прямой канал. Разделение каналов осуществляется путем использования свойств шумоподобных сигналов с кодовой модуляцией. Следует отметить, что пока эта технология не имеет практического применения, но интересна в своей технической идеей.
Еще одна технология -- Web-Sat -- также не укладывается в общую для интерактивных сетей VSAT схему: Например, она не использует метод скачкообразного изменения частоты и рассчитана на организацию относительно небольших сетей, стоимость которых минимальна. Так, оборудование интерактивной станции Web-Sat, размещаемое в помещении пользователя (IDO), встраивается непосредственно в системный блок компьютера. На основе этой технологии работает сеть в Ирландии, которая объединяет примерно 150 станций, установленных в школах.
Отметим, что типичные технологические решения позволяют обслуживать до десятков тысяч пользователей, а потенциальная возможность наращивания емкости центральной станции ничем не ограничена.
Интерактивные VSAT-сети в России
К концу 2003 г. в России были развернуты и уже начали функционировать центральные станции сетей VSAT, поддерживающие технологии, SkyStar 360E, LinkStar, DirecWay и DialAwayIP (это одна из специализированных VSAT-технологий, разработанная компанией Gilat и ориентированная в первую очередь на предоставление услуг IP-телефонии, но поддерживающая также возможность организации доступа в Интернет). В 2005г этот перечень расширился, но еще не все операторы преодолели баръеры разрешительных процедур на эксплуатацию своих центральных станций.
Потенциальные пользователи
Стоимость интерактивной VSAT-станции у производителя в настоящее время составляет примерно 2000--2300 дол., но существует тенденция к ее сокращению. По прогнозу (2003г.) компании Alcatel , уже в 2005 г. стоимость станций может снизиться на 30--40%, что, несомненно, расширит круг потенциальных пользователей.
Если в недалеком прошлом в качестве потенциальных пользователей VSAT-сетей рассматривали прежде всего крупных и средних корпоративных заказчиков, то с развитием интерактивных VSAT-технологий пользователями могут стать не только малые компании и предприятия, но и физические лица. Появляются новые тенденции интерграции технологии VSAT с другими средствами связи и вещания , в частности интеграция с технологией Wi-Fi, что также расширяет потенциальный рынор VSAT.
Таким образом, можно предположить, что при благоприятном решении проблемы административного регулирования процесса получения разрешений на эксплуатацию VSAT-станций количество интерактивных VSAT-терминалов в нашей стране будет быстро расти. Пока же этот процесс только начинается. По данным на конец 2003 г. в России установлено не более 100 таких станций, за 2005г. таких станций установлено уже не менее 500.
Скорость передачи данных при работе через отечественные спутники
Анализ табл. 1 показывает, что в направлении абонента могут формироваться потоки со скоростью до нескольких десятков мегабит в секунду, а скорость передачи трафика от абонента не превышает нескольких мегабит в секунду. Энергетические характеристики станции и спутника связи зачастую устанавливают ограничение именно на скорость передачи от абонента в сторону ЦС.
При этом общая пропускная способность канала распределяется между интерактивными станциями, и практически ни один пользователь, подключенный к VSAT-терминалу, не может достичь предельной скорости обратного канала (она достижима только в том случае, если обратный канал полностью закреплен за одной станцией и скачки по частоте не допускаются). При низкой нагрузке, когда в сети немного активных пользователей, каждый из них в режиме случайного доступа может получить полную пропускную способность, но по мере увеличения числа пользователей частота возникновения таких событий и продолжительность подобных "полноскоростных" сеансов связи будет уменьшаться. Как правило, для пользователей с высокими требованиями в системе предусматривается возможность предоставления гарантированной скорости в обратном канале, но в этом случае и абонентская плата будет выше.
С точки зрения максимизации емкости сети выгодно иметь большое количество обратных каналов с максимальной пропускной способностью, которую обеспечивает энергетика абонентской радиолинии "вверх" (к ЦС). Следовательно, представляет интерес оценка потенциально достижимых скоростей в обратном канале при работе через новые отечественные спутники -- "Ямал-200" и "Экспресс-АМ". Для упрощения оценки примем в качестве исходных данных типовые параметры оборудования спутниковой сети, близкие к реальным значениям в Ku-диапазоне (табл. 2).
