Central jordstation ( CZS , også Central earth station of satellit network , CZSSS eller hub ) er en speciel type satellitjordstation , der betjener andre abonnentstationer og kombinerer dem til et satellitnetværk [2] . CZS fungerer samtidig som en central hub ( "hub" , fra det engelske hub , lit. - "wheel hub, center"), hvortil alle abonnentjordstationer er forbundet via satellitkommunikationskanaler , en gateway , der forbinder satellitnetværksabonnenter med jordbaserede netværk, såsom internet eller virksomhedsnetværk , og et kontrolcenter for alle satellitnetværksressourcer. Navnene "hub" , "gateway" ( eng. Gateway ) og " Netværkskontrolcenter " (NCC, eng. Network Control Center, NCC ) kan anvendes både på individuelle funktioner i DSC'en og på DSC'en som helhed. For abonnentstationer, der opererer i DZS-netværket, anvendes også navnene "terminal (terminal) jordstation" (TZS) , "lille jordstation" (SES) , VSAT [3] .
Centrale jordstationer er placeret på teleporter udstyret med satellitkommunikation og forbundet med højhastigheds fiberoptiske kanaler til jordbaserede netværk . En teleport kan have flere DSC'er, der opererer via en eller flere forskellige kommunikationssatellitter , som hver styrer sit eget satellitnetværk [4] .
De første satellitnetværk blev bygget efter punkt-til-punkt- princippet ( SCPC , Single channel per carrier ) . Denne løsning er velegnet til konstant og jævnt belastede trunkkanaler, men har alvorlige ulemper ved tilslutning af mange fjernpunkter til et enkelt center, for eksempel bankfilialer til et centralkontor. Hver sådan kanal er permanent tildelt den station, der bruger den, selvom information ikke transmitteres i den, hvilket fører til ineffektiv brug af en dyr satellitressource. Derudover kræver hvert punkt et par satellitmodem for at forbinde , det ene ved punktet, det andet i midten. I et stort netværk bliver det en meget vanskelig opgave at administrere og vedligeholde en central node med mange installerede modemer [5] .
I 1980'erne dukkede satellitnetværk op, bygget på en stjernetopologi og skabt specifikt til at forbinde mange abonnenter til en central knude. Centralstationer (hubs) blev deres hovedelement, og små satellitstationer ( VSAT ) blev deres terminalenheder. Den største fordel ved sådanne netværk er evnen til at dele en kanal med mange abonnenter og centralt styre fordelingen af ressourcen mellem dem. Da alle stationer på samme tid som udgangspunkt ikke transmitterer eller anmoder om information, bliver det muligt at levere kommunikation til et større antal stationer i en mindre ressource og udfylde den mere effektivt [6] . Den største ulempe er behovet for at bygge en kompleks centralstation, der forbinder alle abonnentstationer. Hvis du kan begynde at oprette et netværk på punkt-til-punkt-kanaler med et par modemer for at forbinde en station og gradvist øge deres antal, i forhold til hvilket omkostningerne ved netværket vil vokse, så skal du for et stjernenetværk starte med en meget dyr centralstation og først derefter tilslutte den har billige abonnementer. Derfor giver konstruktionen af sådanne netværk som regel mening at forbinde et dusin eller flere stationer på én gang med udsigt til yderligere vækst [7] . Det maksimale antal terminalstationer, der opererer i netværket af en DSC, afhænger af dens konfiguration, som kan øges over tid, og den tilgængelige satellitressource, og kan nå titusinder [8] .
VSAT-netværk styret af centralstationer er den mest almindelige form for satellitkommunikation i dag, efter tv-udsendelse bruges de til samtidig adgang for mange abonnenter til internettet og firmanetværk , organisering af videokonferencer og telefonkommunikation , reservation af jordbaserede kanaler, til centraliseret distribution af oplysninger [9] . Omkostningerne ved en moderne VSAT-abonnentterminal er lave, og forbindelse til satellitnetværk er ikke kun tilgængelig for virksomheder, men også for private brugere [10] . Ifølge konsulentbureauet Northern Sky Research arbejdede i 2019 mere end ti tusinde centralstationer og omkring 7,5 millioner abonnentstationer i sådanne netværk rundt om i verden [11] .
CZS er satellitnetværkets centrale gateway , der transmitterer trafik mellem abonnenter og jordbaserede netværk og styrer også driften af hele satellitnettet og fordeler dets ressourcer mellem abonnenter [4] . Information i et stjernenetværk transmitteres kun mellem centralstationen og abonnenter, udvekslingen mellem to terminalstationer er kun mulig gennem den centrale og bruges sjældent, da den fordobler signaltransmissionsforsinkelsen, som er ret stor i satellitnetværk . En abonnentstation opererer på et givet tidspunkt kun under kontrol af én DSC og kan kun udveksle trafik med den [3] [12] . Der er også multi-stjernet eller dual-gateway topologi satellitnetværk , bygget som en kombination af en stjerne med en fuld mesh topologi . I et sådant netværk styrer centralstationen både abonnent- og yderligere gateway-stationer forbundet til knudepunkterne i forskellige regionale jordbaserede netværk, og abonnentstationen kan samtidigt udveksle trafik med både den regionale gateway og centralstationen [12] [13] .
DSC kan operere i netværket af en enkelt ejer eller kunde [14] eller vedligeholde virtuelle netværk isoleret fra hinanden i én satellitressource for samtidig at levere forskellige typer tjenester på forskellige markeder, såsom adgang til internettet på B2C - markedet , levering af transportkanaler ( eng. backhaul ) til mobiloperatører, forbinder fjerntliggende websteder og organiserer backup-kanaler på B2B- og B2G- markederne . Samtidig bruges fleksible trafikstyringsværktøjer til at give forskellige klienter den nødvendige kvalitet af tjenester inden for hele netværkets båndbredde [15] . Det er muligt at give kunden begrænset adgang til styringen af DSC'en og tildele ham en fast del af satellitnetværksressourcen, i hvilket tilfælde han bliver en virtuel operatør(svarende til en virtuel operatør inden for cellulær kommunikation ), som selv forbinder slutstationer og administrerer deres drift og fordelingen af den ressource, der er allokeret til den mellem dem. Dette giver dig mulighed for betydeligt at reducere "prisen på adgangsbilletten", når du installerer dit eget satellitnetværk, da du i stedet for at bygge din egen DSC og selvstændigt leje en satellitressource kan leje ressourcerne fra netværk, der allerede er på markedet [16] .
I Ka-band HTS - netværk blev det oprindeligt antaget, at hele deres kapacitet kun kunne udfyldes af internetbrugere forbundet gennem partnere fra én hovedoperatør ( HNO ) , som administrerer alle netværksressourcer, og fungerer som virtuelle operatører ( VNO ) [ 17] [18] . Levering af andre tjenester, bortset fra internetadgang, blev ikke leveret [19] . Men senere retfærdiggjorde denne tilgang ikke sig selv, og moderniseringen af de centrale stationer i HTS-netværkene begyndte at muliggøre samtidig forbindelse til virksomhedsnetværk og levering af tjenester fra hovedoperatøren og dennes partnere i B2B -segmentet [20] .
Satellitnetværkets centralstation sender en direkte udsendelseskanal, modtaget af alle netværkets abonnenter og modtager returkanalerfra abonnenter. I moderne satellitnetværk bruges de samme åbne standarder DVB-S2 / DVB-S2X til at transmittere den direkte kanalsom i satellit- tv- netværk , men producenter implementerer dataindkapsling i den fremadrettede kanal og trafikadressering til individuelle stationer på forskellige måder, så en producents slutstation kan modtage et signal transmitteret af en andens hub, men kan ofte ikke udtrække den transmitterede data fra den. Der er heller ingen enkelt standard for organisering af omvendte kanaler, den åbne DVB-RCS / DVB-RCS2 standard, der beskriver dem , er faktisk et sæt anbefalinger, der ikke accepteres af alle producenter og implementeres forskelligt af dem. Som følge heraf kan udstyr fra en producent som regel ikke fungere i en andens satellitnetværk [3] .
DSC'en styrer delingen af omvendte kanaler, og allokerer til hver abonnent, efter dennes anmodning, en del af den fælles ressource ved brug af frekvens- ( FDMA ) eller tids- ( TDMA ) division. Moderne netværk bruger MF-TDMA- tilstanden , som giver dig mulighed for at adskille transmissionen fra abonnentstationer både i tid og frekvens og optimere brugen af satellitressourcen så meget som muligt. For individuelle netværksstationer kan der organiseres permanent eller midlertidigt tildelte punkt-til-punkt omvendte kanaler, hvilket sikrer garanteret kommunikationskvalitet og de lavest mulige forsinkelser, men fører til ineffektivt forbrug af netværksressourcen [7] .
I traditionelle satellitkommunikationsnetværk, der anvender geostationære satellitter med kontinuerlige dækningsområder i hundreder og tusinder af kilometer brede, kan DSC'en placeres hvor som helst i en sådan zone og betjener abonnentstationer placeret i samme zone. Den geografiske størrelse af netværket, der kontrolleres af én DSC, kan være en hvilken som helst inden for dækningsområdet [21] , og antallet af sådanne netværk i ét område er kun begrænset af deres samlede båndbredde og satellittens frekvens og energiressource [22] .
Dækningsområdet for high- throughput geostationære satellitter ( eng. HTS, high-throughput satellite ) er dannet af et sæt relativt smalle stråler - mange abonnentstråler, hver 300-400 kilometer i diameter, hvori abonnentstationer er placeret, og flere centrale eller feeder beams, 150 brede -200 kilometer, der kombinerer abonnenttrafik (abonnent- og feeder-dækning kan overlappe hinanden, da de bruger forskellige frekvenser) [19] . De centrale stationer i HTS-netværk er placeret i området med feeder-bjælker, det vil sige, at placeringerne af den mulige placering af DSC'en allerede er bestemt, når du vælger satellittens dækningsområder på designstadiet. DSC (hub) i hver feeder beam er faktisk et kompleks af flere hubs af samme type forbundet til et fælles antennesystem, som hver betjener stationer i sin egen abonnent beam. For at forene alle abonnenter i hele dækningsområdet for HTS-satellitten til et enkelt netværk, er DSC'er i forskellige feeder-beams forbundet med højhastigheds-jordbaserede kanaler [23] .
I avancerede satellitkommunikationssystemer med lav kredsløb , såsom Starlink og OneWeb , er dækningsområdet dannet af smalle stråler fra mange satellitter, der konstant bevæger sig [24] . For at abonnenten skal fungere, er det nødvendigt, at mindst én gateway til jordbaserede netværk (internettet) er i synlighedszonen for den satellit, som han arbejder igennem i øjeblikket. For at understøtte et netværk over et stort område er det derfor nødvendigt at installere flere sammenkoblede gateways, som hver er udstyret med flere antenner til at arbejde med flere satellitter i synsfeltet på samme tid. Stationer styres fra et enkelt netværkskontrolcenter (NCC), som også er forbundet med gateways via jordbaserede kommunikationskanaler. I LEO-systemer er funktionerne i DSC således fordelt mellem NCC og alle gateway-stationer [25] .
CZS omfatter følgende typer udstyr [4] :
I henhold til placeringsmetoden er DSC-udstyret opdelt i antennestolper, der er installeret udendørs, inklusive selve antennen med modtage- og sendeforstærkere , og placeret i indendørs server [2] [26] . En eller flere antenneposter med deres kontrolmidler og serverrum forbundet til jordbaserede kommunikationskanaler, hvor resten af DSC-udstyret er placeret, danner tilsammen en teleport . Ejeren af CZS kan bygge sin egen teleport eller bruge en eksisterende til at placere den.
Satellitnetværkets kapacitet afhænger primært af kommunikationssatellittens karakteristika og af centralstationens antenneforstærkning og sendeforstærkereffekt (BUC). Derfor bruger DSC'er, der opererer med geostationære satellitter, sædvanligvis sendere med en udgangseffekt på hundredvis af watt og reflektorantenner med en diameter på 5 til 9 meter [27] , selvom DSC'er i små netværk, især dem, der opererer via moderne højenergisatellitter, kan også bygges på mindre antenner [28] . I systemer med lav kredsløb rejser signalet mellem jordstationen og satellitten en væsentlig kortere afstand end til GSO'en og er udsat for mindre dæmpning, derfor er der ved deres gateway-stationer antenner med en diameter på op til 1,5-2 meter udstyret med drev til kontinuerlig sporing af satellitten kan bruges [29] [25] .
Støjsvage forstærker-omformere (LNB) er installeret på antennen ved siden af de antennesende forstærkere (BUC) forbundet med bølgeledere . Modtage- og sendeforstærkere er normalt overflødige . Antennen er også udstyret med styringsværktøjer til konstant at holde satellitten maksimalt af sit strålingsmønster og om nødvendigt et anti-isningssystem [27] . Signalet mellem antennestolpen og serverrummet transmitteres via koaksialkabler eller, ved lang afstand, via fiberoptiske linjer [30] .
I serverrummet forbindes radiofrekvenslinjer fra antennestolpen til signaldelere/sommere og gennem dem til ind- og udgange på de enheder, der er en del af det CZS kanaldannende udstyr. Adskillige sæt kanaldannende udstyr (hubs) kan forbindes til én antennepost, inklusive forskellige typer, der opererer i forskellige polariseringer eller forskellige frekvensintervaller af samme rækkevidde på én satellit [31] .
DSC inkluderer også spektrumanalysatorer til overvågning af signaler modtaget fra satellitten og midler til styring af radiofrekvensdelen - redundans af modtagende og transmitterende forstærkere, automatisk signaleffektkontrol ( Uplink Power Control) afhængigt af vejrforholdene ved at pege på antennen og spore satellitten [32] .
Det kanaldannende udstyr i CZS (hub) inkluderer [34] :
Hver af disse funktioner kan udføres af en separat enhed i DSC'en, eller flere funktioner (for eksempel en indkapsling og modulator, flere omvendte kanaldemodulatorer) kan kombineres i en blok [31] . Der er løsninger, der implementerer alle funktionerne i DSP'en på en enkelt universel enhed, med den efterfølgende udvidelse af netværkets kapacitet og muligheder ved at tilføje blokke af samme type [33] . For at sikre uafbrudt drift er komponenterne i centralvarmesystemet redundante . For applikationer, der kræver maksimal pålidelighed, kan geografisk redundans bruges, med skift mellem to fjerntliggende DLC'er i tilfælde af, at betjeningen af en af dem bliver umulig på grund af vejr eller andre forhold [36] [37] .
Satellitnetværksstyringssystemet ( NMS , Network Management System ) giver dig mulighed for at fordele båndbredden af frem- og tilbagekanalerne mellem abonnentstationer, styre parametrene og trafikken for individuelle abonnentstationer, CZS og netværket som helhed, konfigurere parametrene for CZS og individuelle abonnentstationer. Styresystemet udsender automatisk advarsler, når parametrene for netværket og individuelle stationer går ud over de angivne grænser og vedligeholder arkiver af historiske data, hvilket gør det muligt ikke kun at identificere årsagerne til problemer, der opstår under driften af netværket, men også at forudsige deres forekomst i fremtiden og advare på forhånd [38] . Styresystemet kan enten være en integreret del af DAC'en, uden hvilken drift er umulig, eller en separat applikation, uden hvilken netværket vil fortsætte med at fungere i den sidst gemte konfiguration. Ét NMS kan administrere både én og flere DSC'er fra én operatør på én gang og om nødvendigt skifte abonnentstationer mellem forskellige DSC'er, når de skifter placering og/eller ændrer kravene til de leverede tjenester. Virtuelle operatørers adgang til satellitnettet sker også ved hjælp af kontrolsystemet [39] .
Moderne VSAT-systemer har Ethernet -porte ved udgangen og kan arbejde med eksterne netværk via IP -protokol eller, om nødvendigt, i netværksbrotilstand . I de fleste tilfælde giver dette dig mulighed for at sikre driften af alle tjenester, der kræves for abonnenter. Hvis det for levering af tjenester er påkrævet at forbinde DSC'en direkte til telefonnetværk eller andre kommunikationskanalgrænseflader ud over Ethernet, så introduceres yderligere gateways i DSC'en [40] . CZS er forbundet til eksterne datatransmissionsnetværk gennem højhastighedskommunikationskanaler, normalt redundante. Det er muligt at oprette forbindelse til flere jordbaserede netværk samtidigt ved hjælp af MPLS eller andre VPN - teknologier for samtidig at levere tjenester til forskellige kunder [41] .
| Satellitforbindelse | |
|---|---|
| Hovedartikler | |
| Udstyr | |
| Standarder og protokoller | |
| Operatører af satellitudsendelser |
|
| Kommunikationssatellitoperatører og -tjenester | |
| Produktion af kommunikationssatellitter | |