Central jordstation ( CZS , även Central earth station of satellite network , CZSSS eller hub ) är en speciell typ av satellitjordstation som betjänar andra abonnentstationer och kombinerar dem till ett satellitnät [ 2] . CZS fungerar samtidigt som en central hub ( "hub" , från engelska hub , lit. - "wheel hub, center"), till vilken alla abonnentjordstationer är anslutna via satellitkommunikationskanaler , en gateway, ansluter satellitnätverksabonnenter med markbundna nätverk som Internet eller företagsnätverk och ett kontrollcenter för alla satellitnätverksresurser. Namnen "hub" , "gateway" ( eng. Gateway ) och " Network Control Center " (NCC, eng. Network Control Center, NCC ) kan appliceras både på individuella funktioner hos DSC:n och på DSC som helhet. För abonnentstationer som arbetar i DZS-nätet används även namnen "terminal (terminal) jordstation" (TZS) , "liten jordstation" (SES) , VSAT [3] .
Centrala jordstationer är placerade på teleporter utrustade med satellitkommunikation och anslutna med höghastighetsfiberoptiska kanaler till marknät . En teleport kan ha flera DSC:er som fungerar via en eller flera olika kommunikationssatelliter , som var och en kontrollerar sitt eget satellitnätverk [4] .
De första satellitnäten byggdes på punkt-till-punkt- principen ( SCPC , Single channel per carrier ) . Denna lösning är väl lämpad för konstant och jämnt belastade trunkkanaler, men har allvarliga nackdelar när man ansluter många avlägsna punkter till ett enda centrum, till exempel bankkontor till ett centralkontor. Varje sådan kanal tilldelas permanent till den station som använder den, även om information inte sänds i den, vilket leder till ineffektiv användning av en dyr satellitresurs. Dessutom kräver varje punkt ett par satellitmodem för att ansluta , ett vid punkten, det andra i mitten. I ett stort nätverk blir det en mycket svår uppgift att hantera och underhålla en central nod med många modem installerade [5] .
På 1980-talet dök det upp satellitnätverk, byggda på en stjärntopologi och skapade specifikt för att koppla många abonnenter till en central nod. Centralstationer (hubbar) blev deras huvudelement, och små satellitstationer ( VSAT ) blev deras terminalenheter. Den största fördelen med sådana nätverk är möjligheten att dela en kanal med många abonnenter och centralt hantera fördelningen av resursen mellan dem. Eftersom alla stationer samtidigt som regel inte sänder eller begär information blir det möjligt att tillhandahålla kommunikation till ett större antal stationer i en mindre resurs och fylla den mer effektivt [6] . Den största nackdelen är behovet av att bygga en komplex centralstation som förbinder alla abonnentstationer. Om du kan börja skapa ett nätverk på punkt-till-punkt-kanaler med ett par modem för att ansluta en station och gradvis öka deras antal, i proportion till vilken kostnaden för nätverket kommer att växa, måste du för ett stjärnnätverk börja med en mycket dyr centralstation och först då ansluta den har billiga abonnemang. Därför är konstruktionen av sådana nätverk meningsfull, som regel, att ansluta ett dussin eller flera stationer på en gång med utsikten till ytterligare tillväxt [7] . Det maximala antalet terminalstationer som verkar i nätverket för en DSC beror på dess konfiguration, som kan ökas med tiden, och den tillgängliga satellitresursen, och kan nå tiotusentals [8] .
VSAT-nät som kontrolleras av centralstationer är den vanligaste typen av satellitkommunikation idag, efter TV-sändning används de för samtidig åtkomst av många abonnenter till Internet och företagsnätverk , organiserar videokonferenser och telefonkommunikation , reserverar marksända kanaler, för centraliserad distribution av information [9] . Kostnaden för en modern VSAT-abonnentterminal är låg och anslutning till satellitnät är tillgänglig inte bara för företag utan även för privata användare [10] . Enligt konsultbyrån Northern Sky Research arbetade under 2019 mer än tiotusen centralstationer och cirka 7,5 miljoner abonnentstationer i sådana nätverk runt om i världen [11] .
CZS är den centrala gatewayen för satellitnätet, som sänder trafik mellan abonnenter och marknät, och hanterar även driften av hela satellitnätet och fördelar dess resurser mellan abonnenter [4] . Information i ett nätverk av stjärntyp sänds endast mellan centralstationen och abonnenter, utbytet mellan två terminalstationer är endast möjligt via den centrala och används sällan, eftersom det fördubblar signalöverföringsfördröjningen, som är ganska stor i satellitnätverk . En abonnentstation arbetar vid varje given tidpunkt under kontroll av endast en DSC och kan endast byta trafik med den [3] [12] . Det finns också multi-star eller dual-gateway topologi satellitnätverk , byggda som en kombination av en stjärna med en full mesh topologi . I ett sådant nät styr centralstationen både abonnent- och ytterligare gatewaystationer kopplade till noderna i olika regionala marknät, och abonnentstationen kan samtidigt byta trafik med både den regionala gatewayen och centralstationen [12] [13] .
DSC kan verka i en enda ägares eller kunds nätverk [14] eller upprätthålla virtuella nätverk isolerade från varandra i en satellitresurs för att samtidigt tillhandahålla olika typer av tjänster på olika marknader, såsom tillgång till Internet på B2C- marknaden , tillhandahållande av transportkanaler ( eng. backhaul ) till cellulära operatörer, ansluter avlägsna platser och organiserar backup-kanaler på B2B- och B2G- marknaderna . Samtidigt används flexibla trafikstyrningsverktyg för att ge olika klienter den erforderliga kvaliteten på tjänster inom hela nätverkets bandbredd [15] . Det är möjligt att ge kunden begränsad tillgång till kontrollen av DSC:n och tilldela honom en fast del av satellitnätverkets resurs, i vilket fall han blir en virtuell operatör(liknar en virtuell operatör inom cellulär kommunikation ), som själv kopplar samman slutstationer och hanterar deras drift och fördelningen av den tilldelade resursen mellan dem. Detta gör att du avsevärt kan sänka "priset på entrébiljetten" när du distribuerar ditt eget satellitnätverk, eftersom du istället för att bygga din egen DSC och självständigt hyra en satellitresurs kan hyra resurserna från nätverk som redan finns på marknaden [16] .
I Ka-band HTS - nätverk antogs det initialt att hela deras kapacitet endast kunde fyllas av Internetanvändare som var anslutna via partner till en huvudoperatör ( HNO ) , som hanterar alla nätverksresurser, och fungerar som virtuella operatörer ( VNO ) [ 17] [18] . Tillhandahållande av andra tjänster, med undantag för internetåtkomst, tillhandahölls inte [19] . Men senare motiverade inte detta tillvägagångssätt sig självt och moderniseringen av centralstationerna i HTS-nätverk började möjliggöra samtidig anslutning till företagsnät och tillhandahållande av tjänster av huvudoperatören och dess partners inom B2B- segmentet [20] .
Centralstationen i satellitnätverket sänder en direktsändningskanal, som tas emot av alla abonnenter på nätet och tar emot returkanalerfrån prenumeranter. I moderna satellitnät används samma öppna standarder DVB-S2 / DVB-S2X för att sända direktkanalen, som i satellitsändningsnätverk , men tillverkare implementerar datainkapsling i framåtkanalen och trafikadressering till enskilda stationer på olika sätt, så slutstationen hos en tillverkare kan ta emot en signal som sänds av en annans nav, men kan ofta inte extrahera den sända data från den. Det finns inte heller någon enskild standard för att organisera omvända kanaler, den öppna DVB-RCS / DVB-RCS2- standarden som beskriver dem är faktiskt en uppsättning rekommendationer som inte accepteras av alla tillverkare och som implementeras på olika sätt av dem. Som ett resultat kan utrustningen från en tillverkare som regel inte fungera i en annans satellitnät [3] .
DSC:n hanterar delning av omvända kanaler, och allokerar till varje abonnent, på dennes begäran, en del av den gemensamma resursen genom att använda frekvens ( FDMA ) eller tidsuppdelning ( TDMA ). Moderna nätverk använder MF-TDMA- läget , vilket gör att du kan separera överföringen från abonnentstationer både i tid och frekvens och optimera användningen av satellitresursen så mycket som möjligt. För enskilda nätverksstationer kan permanent eller tillfälligt tilldelade punkt-till-punkt backkanaler organiseras, vilket säkerställer garanterad kommunikationskvalitet och lägsta möjliga förseningar, men leder till ineffektiv förbrukning av nätverksresursen [7] .
I traditionella satellitkommunikationsnätverk som använder geostationära satelliter med kontinuerliga täckningsområden som är hundratals och tusentals kilometer breda, kan DSC:n placeras var som helst i en sådan zon och betjänar abonnentstationer belägna i samma zon. Den geografiska storleken på nätverket som kontrolleras av en DSC kan vara vilken som helst inom täckningsområdet [21] , och antalet sådana nätverk i ett område begränsas endast av deras totala bandbredd och satellitens frekvens och energiresurs [22] .
Täckningsområdet för geostationära satelliter med hög genomströmning ( eng. HTS, high-throughput satellit ) bildas av en uppsättning relativt smala strålar - många abonnentstrålar, vardera 300-400 kilometer i diameter, i vilka abonnentstationer finns, och flera centrala eller matarstrålar, 150 breda —200 kilometer, som kombinerar abonnenttrafik (abonnent- och matartäckning kan överlappa varandra, eftersom de använder olika frekvenser) [19] . Centralstationerna för HTS-nätverk är belägna i området för matarstrålar, det vill säga platserna för den möjliga platsen för DSC:n bestäms redan när du väljer satellitens täckningsområden i designstadiet. DSC (hub) i varje matarstråle är egentligen ett komplex av flera nav av samma typ kopplade till ett gemensamt antennsystem, som var och en betjänar stationer i sin egen abonnentstråle. För att förena alla abonnenter i hela täckningsområdet för HTS-satelliten till ett enda nätverk, är DSC:er i olika matarstrålar sammankopplade med markbundna höghastighetskanaler [23] .
I avancerade satellitkommunikationssystem med låg omloppsbana som Starlink och OneWeb bildas täckningsområdet av smala strålar från många satelliter som kontinuerligt rör sig [24] . För att abonnenten ska fungera är det nödvändigt att minst en gateway till marknät (internet) finns i synbarhetszonen för den satellit som han arbetar genom för tillfället. Därför, för att stödja ett nätverk över ett stort område, är det nödvändigt att installera flera sammankopplade gateways, som var och en är utrustad med flera antenner för att arbeta med flera satelliter i synfältet samtidigt. Stationer styrs från ett enda nätverkskontrollcenter (NCC), som också är anslutet till gateways via markbundna kommunikationskanaler. Sålunda, i LEO-system är funktionerna hos DSC:n fördelade mellan NCC:n och alla gatewaystationer [25] .
CZS inkluderar följande typer av utrustning [4] :
Enligt placeringsmetoden är DSC-utrustningen uppdelad i antennstolpar installerade utomhus, inklusive själva antennen med mottagnings- och sändningsförstärkare , och placerade i inomhusserver [ 2] [26] . En eller flera antennstolpar med sina styrmedel och serverrum kopplade till markbundna kommunikationskanaler, där resten av DSC-utrustningen finns, bildar tillsammans en teleport . Ägaren av CZS kan bygga sin egen teleport eller använda en befintlig för att placera den.
Satellitnätverkets kapacitet beror i första hand på kommunikationssatellitens egenskaper och på centralstationens antennförstärkning och sändningsförstärkareffekt (BUC). Därför använder DSC:er som arbetar med geostationära satelliter vanligtvis sändare med en uteffekt på hundratals watt och reflektorantenner med en diameter på 5 till 9 meter [27] , även om DSC:er för små nätverk, särskilt de som arbetar via moderna högenergisatelliter, kan även byggas på mindre antenner [28] . I system med låg omloppsbana färdas signalen mellan jordstationen och satelliten en betydligt kortare sträcka än till GSO:n och är utsatt för mindre dämpning, därför, vid deras gatewaystationer, antenner med en diameter på upp till 1,5–2 meter utrustad med enheter för kontinuerlig spårning av satelliten kan användas [29] [25] .
Lågbrusmottagande förstärkare-omvandlare (LNB) är installerade på antennen, bredvid de antennsändande förstärkarna (BUC) anslutna med vågledare . Mottagande och sändande förstärkare är vanligtvis redundanta . Antennen är också utrustad med styrverktyg för att hela tiden hålla satelliten maximalt av sitt strålningsmönster och vid behov ett anti-isningssystem [27] . Signalen mellan antennstolpen och serverrummet överförs via koaxialkablar eller, vid långa avstånd, via fiberoptiska ledningar [30] .
I serverrummet kopplas radiofrekvensledningar från antennstolpen till signaldelare/somrar och genom dessa till in- och utgångar på enheterna som ingår i CZS kanalbildande utrustning. Flera uppsättningar kanalbildande utrustning (hubbar) kan anslutas till en antennstolpe, inklusive olika typer som arbetar i olika polarisationer eller olika frekvensintervall med samma intervall på en satellit [31] .
DSC inkluderar också spektrumanalysatorer för övervakning av signaler som tas emot från satelliten och medel för att hantera radiofrekvensdelen - redundans för mottagande och sändande förstärkare, automatisk signaleffektkontroll ( Uplink Power Control) beroende på väderförhållanden, genom att rikta antennen och spåra satelliten [32] .
Den kanalbildande utrustningen för CZS (hub) inkluderar [34] :
Var och en av dessa funktioner kan utföras av en separat enhet inom DSC, eller flera funktioner (till exempel en inkapsling och modulator, flera omvända kanaldemodulatorer) kan kombineras i ett block [31] . Det finns lösningar som implementerar alla funktioner hos DSP på en enda universell enhet, med efterföljande expansion av nätverkets kapacitet och kapacitet genom att lägga till block av samma typ [33] . För att säkerställa oavbruten drift är komponenterna i centralvärmesystemet redundanta . För applikationer som kräver maximal tillförlitlighet kan geografisk redundans användas, med växling mellan två fjärrstyrda DLC:er i fall driften av en av dem blir omöjlig på grund av väder eller andra förhållanden [36] [37] .
Satellitnätverkshanteringssystemet ( NMS , Network Management System ) låter dig fördela bandbredden för framåt- och bakåtkanalerna mellan abonnentstationer, styra parametrarna och trafiken för enskilda abonnentstationer, CZS och nätverket som helhet, konfigurera parametrarna för CZS och enskilda abonnentstationer. Styrsystemet utfärdar automatiskt varningar när parametrarna för nätverket och enskilda stationer går över de angivna gränserna och upprätthåller arkiv med historiska data, vilket gör det möjligt att inte bara identifiera orsakerna till problem som uppstår under driften av nätverket, utan också att förutsäga deras förekomst i framtiden och varna i förväg [38] . Styrsystemet kan antingen vara en integrerad del av DAC, utan vilken drift är omöjlig, eller en separat applikation, utan vilken nätverket kommer att fortsätta att fungera i den senast sparade konfigurationen. En NMS kan hantera både en och flera DSC:er för en operatör samtidigt och vid behov växla abonnentstationer mellan olika DSC:er när de byter plats och/eller ändrar kraven för de tillhandahållna tjänsterna. Tillträde för virtuella operatörer till satellitnätet sker också med hjälp av kontrollsystemet [39] .
Moderna VSAT-system har Ethernet- portar vid utgången och kan arbeta med externa nätverk via IP- protokoll eller, om så krävs, i nätverksbryggläge . I de flesta fall låter detta dig säkerställa driften av alla tjänster som krävs för abonnenter. Om det, för tillhandahållande av tjänster, krävs att ansluta DSC direkt till telefonnätverk eller andra kommunikationskanalgränssnitt än Ethernet, så introduceras ytterligare gateways i DSC [40] . CZS är anslutet till externa dataöverföringsnät via höghastighetskommunikationskanaler, vanligtvis redundanta. Det är möjligt att ansluta till flera markbundna nätverk samtidigt med MPLS eller andra VPN -tekniker för att samtidigt tillhandahålla tjänster till olika kunder [41] .
| Satellitanslutning | |
|---|---|
| Huvudartiklar | |
| Utrustning | |
| Standarder och protokoll | |
| Operatörer för satellitsändningar |
|
| Kommunikationssatellitoperatörer och tjänster |
|
| Produktion av kommunikationssatelliter | |