Система персональной подвижной спутниковой связи на основе сети низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, обеспечивающая предоставление доступа в сеть Internet с носимого персонального абонентского терминала
PERSONAL MOBILE SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM BASED ON A NETWORK OF LOW-ORBIT RELAY SATELLITES, PROVIDING ACCESS TO THE INTERNET FROM A PORTABLE PERSONAL SUBSCRIBER TERMINAL

Предлагаемое изобретение относится к области сетей спутниковой связи (ССС), а именно к персональной подвижной спутниковой связи (ППСС) на основе сети низкоорбитальных спутников-ретрансляторов (НСР).
Для обеспечения информационного обмена в режиме реального времени с малогабаритными персональными носимыми абонентскими терминалами (ПАТ) предлагается создание цифровой сети передачи данных на основе ССС, состоящей из космических аппаратов (КА), представляющих собой сеть низкоорбитальных спутников-ретрансляторов (НСР), связанных между собой межспутниковыми линиями связи (МЛС) как в одной орбитальной плоскости, так и с соседними орбитальными плоскостями. Такая сеть будет представлять собой спутниковый Internet (Satellite Wide Area Network, Sat WAN), служащий в качестве основного средства ППСС, а также резерва и дополнения наземной сети Internet и наземной сети подвижной связи (СПС).
Примером такой орбитальной группировки (ОГ), где все КА связаны между собой межспутниковыми линиями связи, может служить действующая в настоящее время ССС "Iridium", а также ССС, описанные в следующих патентах:
Патент на изобретение РФ №2690966 опубл. 07.06.2019 (автор Пантелеймонов И.Н.), в котором раскрыта спутниковая система, управляемая по межспутниковой радиолинии;
Патент на изобретение РФ №2713293 опубл. 16.05.2019 (авторы Потюпкин А.Ю., Пантелеймонов И.Н., Саушкин A.M., Моисеев М.В., Рогов А.Е., Аджибеков А.А., Благодырев В.А., Березкин В.В., Жодзишский А.И., Селиванов А.С., Панцырный OA., Кисляков М.Ю., Останний А.И., Траньков В.М., Самаров А.В., Алпеев В.А., Петрова A.M., Крючкова М.С.), в котором раскрыта система управления полетом космического аппарата с применением в качестве ретрансляторов низкоорбитальных спутников, связанных между собой межспутниковыми линиями связи;
Патент на полезную модель РФ №47600 опубл. 24.03.2005 г. (авторы: Урличич Ю.М., Гришмановский В.А., Селиванов А.С., Степанов А.А.), в котором раскрыта космическая система глобальной служебной спутниковой связи и в ряде других.
Известно, что существующая сеть подвижной (мобильной) связи (СПС) обладает следующими недостатками:
1) отсутствие радиопокрытия сети подвижной связи 2G, 3G и 4G в малонаселенных и малодоступных местах (горная местность, моря и океаны, полярные и приполярные области, другие малонаселенные районы);
2) высокая степень уязвимости базовых станций СПС при природных и техногенных катастрофах, при ведении боевых действий.
Из области техники известны: отечественная СППСС «Гонец», не обеспечивающая режимы телефонии на носимый (персональный) абонентский терминал, а действующие зарубежные СППСС - "Iridium", "Globalstar", "Inmarsat" и "Thuraya" обладают следующими общими недостатками:
- невозможность применения для обеспечения связи в силовых ведомствах;
- высокие риски отключения абонентов в случаях объявления санкций;
- не обеспечивает широкополосный доступ (ШПД) в сеть Internet или ведомственные локальные вычислительные сети (ЛВС) с ПАТ.
Все действующие отечественные и зарубежные ССС не обеспечивают широкополосный доступ в сеть Internet с ПАТ. Необходимость создания отечественной СППСС, предоставляющей услуги телефонии, доступ в сеть Internet и защищенный доступ в ведомственные ЛВС с ПАТ, обусловлена следующими факторами:
- обеспечение государственных органов и ведомств и коммерческих пользователей услугами бесперебойной персональной связи в местах, где по каким-либо причинам отсутствует или вышла из строя СПС;
- полной информационной независимостью страны от зарубежных поставщиков услуг ППСС;
- открывается возможность выхода на международный рынок услуг ППСС с предоставлением ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС с ПАТ (прежде всего в дружественных странах ближнего зарубежья и других дружественных странах дальнего зарубежья).
Близкими аналогами предлагаемой СППСС являются действующие зарубежные СППСС, которые имеют существенные отличия и серьезные недостатки.
1) "Thuraya":
- использует в качестве ретрансляторов (CP) спутники, выведенные на геостационарные орбиты (ГСО) и поэтому не может применяться в приполярных и полярных областях, т.е. не обеспечивает глобальности покрытия земной поверхности, кроме того, из-за небольших углов радиогоризонта на широтах, где расположена территория РФ, прохождение радиоволн существенно будет зависеть от рельефа местности, наличия строений, лесов и т.д.;
- не обеспечивает ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС с ПАТ;
- передает информацию с большими задержки в каналах спутниковой связи, снижающие оперативность получения особокритичной к задержкам информации, обусловленные тем, что высота орбиты спутников-ретрансляторов на геостационарных орбитах (ГСО) составляет около 35 880 км;
- требует высоких энергетических затрат по той же причине;
- имеет низкую отказоустойчивость (живучесть) системы связи, обусловленную тем, что при выходе из строя одного CP на ГСО будет потеряна связь со значительной частью территории Земли, находящихся в его зоне радиовидимости (ЗРВ);
2) "Globalstar":
- не обеспечивает глобальности покрытия Земного шара, так как не имеет межспутниковых линий связи и наклон орбиты составляет 52°;
- не предоставляет ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС.
3) "Iridium":
- не обеспечивает ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС с ПАТ, т.к. точки доступа к широкополосному спутниковому каналу связи имеют в своем составе остронаправленную антенну типа активная фазированная антенная решетка (АФАР), работающую в L-диапазоне и, как следствие, данные АФАР имеют значительные массогабаритные характеристики, делающие их не носимыми, а возимыми (автомобильными) и, кроме того, абонентский терминал "Iridium" обеспечивают невысокую скорость передачи информации (до 1 Мбит/с).
4) "Inmarsat":
- не обеспечивает ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС с персонального абонентского терминала.
5) Действующие системы подвижной спутниковой связи (СПСС) "Orb-comm" и "О3Ь", а также, развертываемые СПСС "OneWeb", "Starlink" не обеспечивают прием информации на малогабаритный носимый ПАТ, абонентский терминал (AT) применяемый в этих сетях является скорее возимым автомобильным терминалом или же стационарным терминалом коллективного доступа.
Отечественные СППСС: действующая СППСС «Гонец» и проектируемая СППСС «Марафон IoT», тоже не лишенные недостатков:
- не обеспечивают режим телефонии и не предоставляют ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС;
- проектируемая СППСС «Гонец» следующего поколения будет обеспечивать режим телефонии, но не предоставляет ШПД в сеть Internet или ведомственные ЛВС.
Наиболее близким аналогом является СППСС "Iridium".
Пути решения задачи глобального ШПД в сеть Internet с ПАТ. Предлагается следующий системный подход к обеспечению информационной независимости РФ и предоставлению пользователям услуг связи на современном уровне в глобальном масштабе:
- создание системы подвижной персональной спутниковой связи, служащей дополнением наземной системы подвижной связи в местах ее отсутствия (в труднодоступных и малонаселенных районах, в акваториях морей и океанов, при стихийных бедствиях и ведении боевых действий);
- применение группировки низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, выведенных на полярную орбиту для обеспечения полного радиопокрытия Земли;
- создание ПАТ, обеспечивающего ШПД в сеть Internet и ведомственные ЛВС в любой точке Земного шара;
- применение и адаптация современных радиоинтерфейсов и сетевых протоколов.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение глобального массового доступа абонентов к услугам бесперебойной связи с использованием абонентом малоразмерного ПАТ (формат «трубка в руке») в реальном масштабе времени с предоставлением следующих услуг ППСС:
1) низкоскоростная передача данных: 1.1) для коммерческих пользователей:
- цифровая телефония с абонентами СППСС, СПС, телефонных сетей общего пользования (ТфОП) и IP-телефонии, передача коротких голосовых сообщений и радиооповещение;
- передача коротких текстовых сообщений (Short Message Service, SMS) и сигналов аварийного оповещения и спасения;
- низкоскоростной сеть Internet вещей (Internet of Things, IoT), телемедицина и низкоскоростная телеметрия (Machine-to-Machine, М2М) от различных абонентских устройств (АУ): датчиков, трекинговых систем и других, а также - управление полетом и работой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), самоходных радиоуправляемых машин, автономных механизмов и роботов;
1.2) для пользователей государственных ведомств:
- голосового оповещение / звукового вещание в открытом и защищенном каналах;
- защищенная цифровая телефония с абонентами ведомственных сетей связи;
- защищенная передача SMS:
- передача сигналов аварийного оповещения и спасения, голосового оповещение / звукового вещания в открытом и защищенном каналах;
- защищенные низкоскоростной сеть интернета вещей (IoT), телемедицина и низкоскоростная телеметрия (М2М) от различных АУ, датчиков и трекинговых систем, а также управление полетом и работой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), самоходных радиоуправляемых машин, автономных механизмов и роботов;
2) высокоскоростная передача данных: 2.1) для коммерческих пользователей:
- доступ к услугам и сервисам сети Internet, включая передачу файлов и видеоконференцсвязь (ВКС);
- защищенный ШПД в частные корпоративные ЛВС;
- высокоскоростные IoT/М2М, а также высокоскоростной обмен информацией с БПЛА, самоходными радиоуправляемыми машинами, автономными механизмами и роботами;
2.2) для пользователей государственных ведомств:
- защищенный ШПД в ведомственные ЛВС, включая передачу файлов иВКС;
- защищенные высокоскоростные IoT/М2М, а также - защищенный высокоскоростной обмен информацией с БПЛА, самоходными радиоуправляемыми машинами, автономными механизмами и роботами.
Заявленный технический результат достигается за счет создания системы, содержащей объекты, находящиеся на поверхности Земли - земные станции (ЗС), центр управления полетом НСР (ЦУП), центр управления сетью ППСС (ЦУС), ПАТ, радиодатчики, трекинговые системы, исполнительные устройства, системы оповещения, самоходные радиоуправляемые машины, автономные механизмы, роботы и другие АУ, находящиеся в воздушном пространстве - БПЛА, находящиеся в околоземном космическом пространстве в орбитальных плоскостях НСР на равновысотных круговых и квазиполярных или полярных орбитах, количество которых зависит от высоты орбиты и заданного угла места потребителя и соединенных между собой посредством МЛС, образуя тем самым SatWAN, служащий в качестве основного средства ППСС, а также резерва и дополнения наземной сети Internet и наземной сети подвижной связи и соединенный с ними посредством ЗС.
Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими фигурами:
Фиг. 1 - схема организации связи СППСС на НСР;
Фиг. 2 - внешний вид ПАТ, состоящего из двух модулей: точка доступа к низкоскоростной (ТДН) абонентской линии связи (АЛС) и точка доступа к высокоскоростной (ТДВ) АЛС;
Фиг. 3 - внешний вид ТДН, в виде адаптера к смартфону на примере модели AT "Thuraya SatSleeve";
Фиг. 4 - функциональная схема ПАТ;
Фиг. 5 - алгоритм работы БРТК НСР при передаче сигналов вызова абонентов;
Фиг. 6 - зоны радиосвязи (ЗРС) одного НСР;
Фиг. 7 - структура IP-адреса ПАТ;
Фиг. 8 - структура IP-адреса НСР;
Фиг. 9 - структура IP-адреса ЗС.
Позиции на фигурах 1-9 обозначают следующее:
1 - НСР;
2 - КАГЛОНАСС;
3 - модем S-диапазона;
4 - модем Ка-диапазона;
5 - смартфон или планшетный компьютер;
6 - базовая станция (БС) СПС;
7 - приемо-передающая малонаправленная антенна S-диапазона (МНА);
8 - передающая АФАР Ка-диапазона;
9 - приемная АФАР Ка-диапазона;
10 - ТДВ;
11 - ТДН:
12 - ГЛОНАСС- приемник;
13 - модем Blue Tooth;
14 -интерфейс USB;
15 - интерфейс USB;
16 - модем Blue Tooth;
17 - модем Wi-Fi;
18 - интерфейс USB;
19 - интерфейс Ethernet.
20 - бортовой маршрутизатор с интегрированными службами;
21 - коммутатор низкоскоростной АЛС (НАЛС);
22 - коммутатор высокоскоростной АЛС (ВАЛС);
23 - приемный тракт БРТК НАЛС;
24 - передающий тракт БРТК НАЛС;
25 - приемная АФАР S-диапазона;
26 - передающая АФАР S-диапазона;
27 - приемный тракт БРТК В АЛС;
28 - передающий тракт БРТК В АЛС;
29 - приемная АФАР Ка-диапазона;
30 - передающая АФАР Ка-диапазона;
31 - БРТКФЛС;
32 - зеркальные антенны Ка-диапазона;
33 - БРТКМЛС;
34 - зеркальные антенны V-диапазона;
35 -НСР №2;
36 - ЗС;
37 - АТ№1;
38 - ТДН НСР №2;
39 - ТДВНСР №2;
40 - смартфон;
41 - AT №2;
42 - ЦУП;
43 - ЦУС.
СППСС на основе сети НСР:
1) каждый НСР в сети межспутниковой связи имеет связь с четырьмя соседними НСР, находящимися как в одной, так и в соседних орбитальных плоскостях;
2) обеспечивает глобальное покрытие Земного шара сетью НСР;
3) организуются следующие сети передачи данных:
- локальная сеть каждого НСР - это его абонентская линия связи с АУ;
- глобальная сеть - это МЛС и фидерные линии связи (ФЛС);
4) логическое значение НСР:
- для АУ на втором уровне образцовой модели OSI (Open Systems Interconnection model) - это базовая станция и локальный коммутатор;
- для АУ на третьем уровне образцовая модель OSI:
а) в режиме доступа к сеть Internet или защищенного доступа в ведомственные или частные ЛВС - это шлюз по умолчанию (Default Gateway (DG)), DNS-сервер (Domane Name System), сервер баллистической информации НСР для обеспечения наведения остронаправленных антенн АУ на НСР;
б) в режиме телефонии и передачи SMS:
- это шлюз IP-телефонии, сервер баз данных зарегистрированных АУ;
- для других НСР и ЗС - это маршрутизатор;
5) назначение портов бортового маршрутизатора НСР:
- один порт в локальной сети, состоящий из множества подъинтерфейсов, представляющие собой лучи многолучевой антенных систем (АС) абонентской линии связи (АЛС) - для связи с АУ;
- четыре порта в глобальной сети - для связи с другими НСР;
- два порта в глобальной сети - для связи с ЗС;
6) сетевое взаимодействие осуществляется на уровне приложений образцовой модели OSI:
а) между компьютером автоматизированного рабочего места оператора и:
- компьютером ЗС - для мониторинга состояния и управления работой ЗС;
- бортовым компьютером НСР - для мониторинга состояния и управления работой бортовой аппаратурой НСР;
- бортовым компьютером БПЛА, контроллерами ПАТ и других АУ - для мониторинга состояния и управления работой бортовой аппаратуры КА.
б) между бортовым компьютером НСР и:
- бортовым компьютером соседнего НСР - для управления каналом межспутниковых линий связи;
- бортовым компьютером БПЛА, контролерами ПАТ и других АУ -для управления каналом АЛС.
7) ЗС - совмещает функции шлюзовой станции и командно-измерительной станции, т.к. служит для обеспечения информационного обмена с НСР целевой информацией (ЦИ) и информацией канала управления (ИУ) работой ботовой аппаратурой (БА) НСР, а также - информацией канала управления оборудованием ПАТ и других АУ;
Линии связи предлагаемой СППСС на НСР:
1) АЛС - линии связи между НСР и АУ (ПАТ, датчики, БПЛА и другие);
2) ФЛС - линии связи между НСР и ЗС, служат для обеспечения обмена целевой информацией и информации управления работой НСР и АУ (ПАТ, датчики, БПЛА и другие);
3) МЛС - линии связи НСР с соседними в одной орбитальной плоскости и соседними в разных орбитальных плоскостях, служат для обеспечения обмена целевой информацией и информации управления работой между НСР;
4) наземные линии связи - линии связи между ЗС и сетью Internet, служат для обеспечения обмена целевой информацией и информации управления работой НСР, ЗС, ПАТ и других абонентских устройств, где оконечными устройствами (получателями и отправителями информации) являются:
- для целевой информации (ЦИ), предназначенной абоненту СПС -центры коммутации СПС;
- для ЦИ, предназначенной абоненту сети Internet - провайдер региональный сети Internet;
- для ЦИ, предназначенной абоненту сети ТфОП - городская или ведомственная автоматическая телефонная стация (АТС);
- для ЦИ и ИУ работой специальной аппаратуры НСР, ЗС, ПАТ и других АУ - региональные ЦУС;
- для информации управления работой служебной аппаратуры НСР - ЦУП.
Организация защиты информации в МЛС, ФЛС и наземных сетях связи:
1) Защита информации в МЛС, ФЛС и наземных сетях связи осуществляется путем построения VPN-туннелей (Virtual Private Network, виртуальная частная сеть) между отправителем и получателем информации:
- между НСР и НСР, НСР и ЗС; НСР и ЦУП/ЦУС;
- между ЗС и ЦУП/ЦУС.
2) защита канала удаленного управления работой каналообразующего оборудования НСР и ЗС осуществляется с применением технологии описанного в патенте на изобретение №2647631 от 30.05.17 (Система спутниковой связи с защитой канала удаленного управления работой, автор: Пантелеймонов И.Н.).
Приоритезация трафика осуществляется в зависимости от 7 категорий информации (описаны в патенте на изобретение №2684488 от 09.04.2019):
- информация особокритичная к задержкам:
7-я категория - информация управления (ИУ) работой бортовой аппаратуры НСР;
6-я категория - ИУ работой бортовой аппаратуры НСР; 5-я категория - ИУ работой высокосортными абонентами (БПЛА и другие);
- информация критичная к задержкам:
4-я категория - информация управления работой низкоскоростными абонентами (ПАТ, датчики и другие), передача сигналов аварийного оповещения и спасения;
3-я категория - потоковое видео и видеоконференсвязь;
2-я категория - цифровая телефония, голосовое оповещение / звуковое вещание;
1-я категория - высокоскоростная передача данных (доступ к услугам и сервисам сети Internet, защищенный ШПД в ведомственные ЛВС);
0-я категория - низкоскоростная передача данных (передача SMS, IoT/М2М не критичная к задержкам).
Основные общие технические характеристики АЛС:
1) Виды АЛС:
1.1) низкоскоростная АЛС (НАЛС) в S-диапазоне служит для низкоскоростной целевой информации, информации управления и служебной информации;
Виды служебной информации:
- передачи сигналов маяка, сигналов синхронизации и сигналов вызова АУ;
- управления работой АУ, приема от АУ сигналов запроса на регистрацию и предоставление доступа к ресурсам борта;
- передачи баллистической информации о местоположении НСР для наведения АФАР абонентских устройств в высокоскоростном канале;
1.2) высокоскоростная АЛС (ВАЛС) в Ка-диапазоне служит - для высокоскоростной передачи целевой информации.
2) Организация защиты информации:
2.1) способ аутентификации абонентов и защита информации на основании алгоритма матричного шифрования описанного в патенте на изобретение №2684488 от 09.04.2019 (Система защищенной передачи данных, авторы: Пантелеймонов И.Н., Толкачев В.И., Пантелеймонова А.В., Адамсон Н.В., Тодуркин В.В.), криптостойкость осуществляется в зависимости от 7 категорий абонентов (описаны в патенте на изобретение №2684488 от 09.04.2019):
- абоненты с минимальными требованиями к криптостойкости: 0-й, 1-й, 2-ой категорий - «массовый» пользователь (потенциальный нарушитель -хакер, работающий единолично на обычных бытовых компьютерах);
- абоненты с повышенными требованиями к криптостойкости: 3-й, 4-й категорий - высокопоставленные представители бизнеса и госслужащие (потенциальный нарушитель - организованная группа хакеров, работающая в интересах преступных организаций или конкурентной разведки на небольших центрах обработки данных);
- абоненты с высокими требованиями к криптостойкости: 5-й, 6-й, 7-й категорий - высокопоставленные госслужащие и представители силовых структур и ведомств (потенциальный нарушитель - инженеры, имеющие в распоряжении крупные центры обработки данных);
2.2) защита канала удаленного управления работой каналообразующего оборудования АУ (ПАТ, датчики, БПЛА и другие) осуществляется с применением технологии описанного в патенте на изобретение №2647631 от 30.05.17 (Система спутниковой связи с защитой канала удаленного управления работой, автор: Пантелеймонов И.Н.) с учетом 7 категорий абонентов описанных в предыдущем подпункте 2.1;
2.3) с целью повышения криптостойкости информации для отдельных категорий абонентов может применятся технология построения VPN-туннелей между отправителем и получателем информации.
Основные технические характеристики низкоскоростной АЛС:
1) топология сети - звезда;
2) способ разделения каналов связи в одном луче: предпочтительно частотно-кодовый (ЧКРК, MF-CDMA) или частотно-временной (ЧВРК, MF-TDMA);
3) способ предоставления каналов связи: по требованию (DAMA);
4) диапазон частот - S, общая задействованная ширина полосы частот в радиолинии вверх - 10 МГц и в радиолинии вниз - 10 МГц;
5) количество лучей НСР в ЗРВ: 40-89;
6) количество повторяемых частот в зоне радиопокрытия (ЗРП) одного НСР - 8: 7 частот - основных и 1 частота - резервная. Пример частотно-территориального планирования 7-и основных частот изображен на фигуре 6.
7) ширина полосы частот в одном луче - 1,25 МГц;
8) способ модуляции сигналов - предпочтительнее офсетная 2-х кратная фазовая манипуляция (ОФМ-4, OQPSK) или 2-х кратная фазовая манипуляция (ФМ-4, QPSK);
9) вид кодирования - код с малой плотностью проверок на четность LDPC (Low-density parity-check code) и дополнительно может быть применены коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), скорость кодирования LDPC: 1/3; 1/2; 2/3; 3/4 или 3/5;
10) со скоростью передачи информации 0,1-9,6 кбит/с;
11) способы автоматической регулировки в каналах связи:
- адаптивное изменение мощности излучения (Automatic Power Control, АРС);
- адаптивное изменение сигнально-кодовой конструкции (Adaptive Modulation and Code, АМС);
12) эстафетная передача между лучами одного НСР и между лучами ближайших НСР осуществляется без перерывов в передаче информации;
13) вероятность ошибки приема информационного символа:
-4
- информации телефонии- не хуже 10;
-8
- информации голосового оповещения / звукового вещания - не хуже 10;
-7
- текстовой и коротких сообщений (SMS) - не хуже 10;
-7
- датчиковой информации, информации управления и ТМИ (IoT/М2М) - не хуже 10;
-9
- информации управления полетом БПЛА - не хуже 10;
14) частотно-территориальное планирование:
- распределение лучей в ЗРО обеспечивает покрытие поверхности земного шара при углах места потребителя не менее 30°;
- проекции лучей АЛС на поверхность Земного шара в ЗРО обеспечивают электромагнитную совместимость (ЭМС) НСР с двумя ближайшими НСР в одной орбитальной плоскости и с четырьмя ближайшими НСР в соседних орбитальных плоскостях при пересечении ЗРО соседних НСР до 25%;
- пересечение лучей в ЗРО осуществляется по уровню -3дБ;
15) применяемые антенные системы (АС):
15.1) бортовые антенные системы НСР:
- приемная многолучевая АФАР S-диапазона, расположенная по оси минус Y;
- передающая многолучевая АФАР S-диапазона, расположенная по оси минус Y;
- варианты реализации АФАР:
а) аналоговые или цифровые одномодульные многолучевые АФАР по 40 - 65 лучей с коэффициентом усиления 19-23 дБ и шириной диаграммой направленности (ШДН) 17°-11° в одном луче по уровню половинной мощности сигнала;
б) аналоговые или цифровые конформные 4-модульные многолучевые АФАР по 12-23 луча в одном модуле и по 40-89 лучей в четырех модулях с коэффициентом усиления 19-23 дБ и ШДН 17°-11° в одном луче по уровню половинной мощности сигнала;
15.2) антенные системы ПАТ и других АУ:
- спиральная антенна с коэффициентом усиления 0-3 дБ и диаграммой направленности 120°-140° по уровню половинной мощности сигнала;
16) способ выбора низкоорбитального спутника-ретранслятора для регистрации АУ в НСР осуществляется с применением технологии, описанной в патенте на изобретение №2660114 от 29.09.17 (Способ выбора низкоорбитального спутника-ретранслятора для регистрации абонентским терминалом в системе персональной спутниковой связи, авторы: Пантелеймонов И.Н., Пантелеймонова А.В., Кузенков А.Н., Баринов А.В, Назаров Н.Г., Алешин B.C.);
17) способ запроса на предоставление канала связи - случайный доступ с резервированием (ALOHA);
18) способ регистрации АУ в СППСС - зональная регистрация, описанная в патенте на изобретение №2660114 от 29.09.17 (Способ зональной регистрации абонентского терминала сети персональной спутниковой связи, авторы: Пантелеймонов И.Н., Пантелеймонова А.В.);
19) адресация АУ, НСР и ЗС в СППСС осуществляется с применением технологии, основанной на применении протокола IP v.6 и описанной в патенте на изобретение №2679962 от 14.02.2019 (Способ назначения IP-адресов в сети персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах с зональной регистрацией абонентских терминалов, автор: Пантелеймонов И.Н.);
20) защита канала удаленного управления работой каналообразующего оборудования НСР, ЗС и АУ осуществляется с применением технологии описанного в патенте на изобретение №2647631 от 30.05.17 (Система спутниковой связи с защитой канала удаленного управления работой, автор: Пантелеймонов И.Н.);
21) способы автоматической регулировки в каналах связи:
- адаптивное изменение мощности излучения (Automatic Power Control, АРС);
- адаптивное изменение сигнально-кодовой конструкции (Adaptive Modulation and Code, АМС);
22) максимальное количество активных абонентов:
22.1) в луче - не менее 54;
22.2) в НСР:
- при использовании 40-лучевой АФАР - 2 159,
- при использовании 58-лучевой АФАР - 3 131;
- при использовании 65-лучевой АФАР - 3 509;
- при использовании 89-лучевой АФАР - 4 805;
23) максимальный объем трафика ЦИ в 1 секунду:
23.1) в луче - 518 кбит/с;
23.2) в НСР:
- при использовании 40-лучевой АФАР - 20,7 Мбит/с;
- при использовании 58-лучевой АФАР - 30,1 Мбит/с;
- при использовании 65-лучевой АФАР - 33,7 Мбит/с;
- при использовании 89-лучевой АФАР - 46,1 Мбит/с.
24) коэффициент расширения спектра при ЧКРК: 64;
25) количество служебных каналов связи в 1-м луче: 10.
Основные технические характеристики высокоскоростной АЛС:
1) топология сети - звезда;
2) способ разделения каналов связи: предпочтительно частотно-кодовый (ЧКРК, MF-CDMA) или частотно-временной (ЧВРК, MF-TDMA);
3) способ предоставления каналов связи: по требованию (DAMA);
4) диапазон частот - Ка, общая задействованная ширина полосы частот в радиолинии вверх - 500 МГц и в радиолинии вниз - 500 МГц;
5) количество лучей НСР в ЗРВ: 48-60;
6) количество повторяемых частот в ЗРП одного НСР - 8: 7 частот - основных и 1 частота - дополнительная. Пример частотно-территориального планирования 7-и основных частот изображен на фигуре 6;
7) ширина полосы частот в одном луче - 62,5 МГц;
8) способ модуляции сигналов - предпочтительнее офсетная 2-х кратная фазовая манипуляция (ОФМ-4, OQPSK) или 2-х кратная фазовая манипуляция (ФМ-4, QPSK);
9) вид кодирования - LDPC и БЧХ, скорость кодирования LDPC: 1/3; 1/2; 2/3; 3/4; 3/5; 5/6: 6/7 или 7/8;
10) скорость передачи информации:
- при самых лучших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при отсутствии дождя и облаков) - до 2048 кбит/с;
- при самых худших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при сильном дожде в условиях ослабления сигнала до 20дБ) - не менее 64 кбит/с;
11) способы автоматической регулировки в каналах связи:
- адаптивное изменение мощности излучения (Automatic Power Control, АРС);
- адаптивное изменение сигнально-кодовой конструкции (Adaptive Modulation and Code, АМС);
12) эстафетная передача:
- между лучами одного НСР осуществляется без перерывов в передаче информации;
- между лучами ближайших НСР с разрывом в передаче информации не более 300-500 мс;
13) вероятность ошибки приема информационного символа:
-6
- информации сети Internet или ведомственных сетей - не хуже 10;
-7
- информации управления и ТМИ (IoT/М2М) - не хуже 10;
-4
- видеоконференцсвязи - не хуже 10;
-8
- информации потокового видео от БПЛА - не хуже 10;
-8
- информации фотоизображений от БПЛА - не хуже 10;
14) частотно-территориальное планирование:
- распределение лучей в ЗРО обеспечивает покрытие поверхности земного шара при углах места потребителя не менее 30°;
- проекции лучей АЛС на поверхность Земного шара в ЗРО обеспечивают электромагнитную совместимость (ЭМС) НСР с двумя ближайшими НСР в одной орбитальной плоскости и с четырьмя ближайшими НСР в соседних орбитальных плоскостях при пересечении ЗРО соседних НСР до 25%;
- пересечение лучей в ЗРО осуществляется по уровню -3дБ;
15) антенные системы:
15.1) бортовые антенные системы НСР:
- приемная многолучевая АФАР Ка-диапазона расположенная по оси минус Y;
- передающая многолучевая АФАР Ка-диапазона, расположенная по оси минус Y;
- варианты реализации АФАР:
а) аналоговые или цифровые одномодульные многолучевые АФАР по 40-89 лучей с коэффициентом усиления 19-23 дБ и шириной диаграммой направленности (ШДН) 17°-11° в одном луче по уровню половинной мощности сигнала;
б) аналоговые или цифровые конформные 4-модульные многолучевые АФАР по 12-23 луча в одном модуле и по 40-89 лучей в четырех модулях с коэффициентом усиления 19-23 дБ и шириной диаграммой направленности 17°-11° в одном луче по уровню половинной мощности сигнала;
15.2) антенные системы ПАТ и других АУ:
- приемная многолучевая АФАР и передающая многолучевая АФАР Ка-диапазона;
- варианты реализации АФАР - аналоговые одномодульные АФАР со следящим лучом с коэффициентом усиления в одном луче по уровню половинной мощности сигнала: в радиолинии вниз - от 16 до 27 дБ в зависимости от размера ПАТ и других АУ, а в радиолинии вверх - от 18 до 30 дБв зависимости от размера ПАТ и других АУ.
16) процедуры выбора низкоорбитального спутника-ретранслятора для регистрации АУ в НСР, запроса на предоставление канала связи, регистрации и аутентификации абонентов в СППСС, осуществляются в служебном канале низкоскоростной АРЛ и описаны в патенте на изобретение №2661850 от 05.10.17 (Архитектура абонентского терминала сети персональной спутниковой связи, авторы: Пантелеймонов И.Н., Пантелеймонова А.В., Аджибеков А.А.);
17) адресация ПАТ, НСР и ЗС в СППСС осуществляется с применением технологии, основанной на применении протокола IP v.6 и описанной в патенте на изобретение №2679962 от 14.02.2019 (Способ назначения IP-адресов в сети персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах с зональной регистрацией абонентских терминалов, автор: Пантелеймонов И.Н.);
18) максимальное количество активных абонентов:
18.1) при ЧКРК и при сигнально-кодовой конструкции QPSK 5/6 или OQPSK 5/6:
18.1.1) в 1-м луче - не менее 29;
18.1.2) в 1-м НСР:
- при использовании 40-лучевой АФАР - 1 156,
- при использовании 58-лучевой АФАР - 1 676;
- при использовании 65-лучевой АФАР - 1 878;
- при использовании 89-лучевой АФАР - 2 572;
18.2) при ЧВРК и при сигнально-кодовой конструкции QPSK 5/6 или OQPSK 5/6:
18.1.1) в 1-м луче-23;
18.1.2) в 1-м НСР:
- при использовании 40-лучевой АФАР - 920,
- при использовании 58-лучевой АФАР - 1 334;
- при использовании 65-лучевой АФАР - 1 495;
- при использовании 89-лучевой АФАР - 2 047;
19) максимальный объем трафика ЦИ в 1 секунду:
19.1) при ЧКРК и при сигнально-кодовой конструкции QPSK 5/6 или OQPSK 5/6:
19.1.1) в 1-м луче - 59,2 Мбит/с;
23.2) в 1-м НСР:
- при использовании 40-лучевой АФАР - 2 368,1 Мбит/с;
- при использовании 58-лучевой АФАР - 3 433,7 Мбит/с;
- при использовании 65-лучевой АФАР - 3 848,1 Мбит/с;
- при использовании 89-лучевой АФАР - 5 269 Мбит/с;
19.2) при ЧВРК и при сигнально-кодовой конструкции QPSK 5/6 или OQPSK 5/6:
19.2.1) в 1-м луче - 47 Мбит/с;
19.2.2) в 1-м НСР:
- при использовании 40-лучевой АФАР - 1 884,2 Мбит/с;
- при использовании 58-лучевой АФАР - 2 732 Мбит/с;
- при использовании 65-лучевой АФАР - 3 061,8 Мбит/с;
- при использовании 89-лучевой АФАР - 4 192,3 Мбит/с.
20) количество несущих частот при ЧВРК: 2-4;
21) количество временных интервалов на 1-ой частоте при ЧВРК: 12-6;
22) коэффициент расширения спектра при ЧКРК: 30;
23) количество служебных каналов связи в 1-м луче: 1.
Основные технические характеристики ФЛС:
1) топология сети - точка-точка;
2) способ разделения каналов связи: передача кадров 2-го уровня модели OSI;
4) способ предоставления каналов связи: один канал на одной несущей (SCPC-PAMA);
5) диапазон частот - Ка, общая задействованная ширина полосы частот в радиолиниях вверх - 2000 МГц и в радиолиниях вниз - 1800 МГц;
4) количество несущих частот в радиолинии - 6;
5) количество частотных полос в ЗРВ одной ЗС:
- в радиолинии вниз - 2;
- в радиолинии вверх - 2;
6) ширина полосы частот:
- в радиолинии вниз - 900;
- в радиолинии вверх - 1000;
7) полоса цифровой обработки сигнала - до 300 МГц и более;
8) количество полос цифровой обработки сигнала и соответствующее им количество несущих частот в одном поддиапазоне - не более 3;
9) вид кодирования - LDPC или LDPC и БЧХ
10) способы модуляции сигналов и скорости кодирования:
- при самых худших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при сильном дожде в условиях ослабления сигнала до 20дБ) - предпочтительнее офсетная 2-х кратная фазовая манипуляция (ОФМ-4, OQPSK) или 2-х кратная фазовая манипуляция (ФМ-4, QPSK), скорость кодирования LDPC: 1/2; 2/3; 3/4; 3/5;
- при самых лучших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при отсутствии дождя и облаков) - 5-и кратная амплитудно-фазовая манипуляция (32APSK), скорость кодирования: до 9/10.
- сигнально-кодовая конструкция динамично изменяется в зависимости от радиопрозрачности атмосферы от QPSK 1/2 до 32APSK 9/10;
11) скорость передачи информации в одной полосе обработки (на одной несущей частоте):
- минимальная скорость передачи информации при самых худших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при сильном дожде в условиях ослабления сигнала до 20дБ) в радиолиниях вниз и вверх - более 200 Мбит/с;
- максимальная скорость передачи информации при самых лучших параметрах радиопрозрачности атмосферы в радиолиниях вниз и вверх более 950 Мбит/с;
12) общая суммарная скорость передачи информации в радиолинии:
- минимальная скорость передачи информации при самых худших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при сильном дожде в условиях ослабления сигнала до 20дБ) в радиолиниях вниз и вверх - более 600 Мбит/с;
- максимальная скорость передачи информации при самых лучших параметрах радиопрозрачности атмосферы (при отсутствии дождя и облаков) в радиолиниях вниз и вверх - более 2850 Мбит/с;
13) способы автоматической регулировки в каналах связи:
- адаптивное изменение мощности излучения (Automatic Power Control, АРС);
- адаптивное изменение сигнально-кодовой конструкции (Adaptive Modulation and Code, АМС);
14) эстафетная передача (Handover):
- между соседними ЗС осуществляется без перерывов в передаче информации;
-8
15) вероятность ошибки приема информационного символа: не хуже 10.
16) антенные системы:
16.1) бортовые антенные системы НСР - две полноповоротные, приемо-передающие, осесимметричные двухзеркальные с диаметром основного зеркала 1,2 или 1,5 м;
16.2) антенные системы ЗС - минимум две полноповоротные, приемопередающие, осесимметричные двухзеркальные с диаметром основного зеркала 3; 4; 5; 6 или 7 м;
17) адресация НСР и ЗС в СППСС осуществляется с применением технологии, основанной на применении протокола IP v.6 и описанной в патенте на изобретение №2679962 от 14.02.2019 (Способ назначения IP-адресов в сети персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах с зональной регистрацией абонентских терминалов, автор: Пантелеймонов И.Н.). Структура IP-адреса НСР отображена на фигуре 8. Структура IP-адреса ЗС отображена на фигуре 9;
18) защита информации и защита от несанкционированного доступа к конфиденциальной информации пользователей по классу КС1 и КС2, способ аутентификации абонентов и защита информации на основании алгоритма матричного шифрования описанного в патенте на изобретение №2684488 от 09.04.2019 (Система защищенной передачи данных, авторы: Пантелеймонов И.Н., Толкачев В.И., Пантелеймонова А.В., Адамсон Н.В., Тодуркин В.В.);
19) защита канала удаленного управления работой каналообразующего оборудования НСР, ЗС и ПАТ осуществляется с применением технологии описанного в патенте на изобретение №2647631 от 30.05.17 (Система спутниковой связи с защитой канала удаленного управления работой, автор: Пантелеймонов И.Н.);
Основные технические характеристики МЛС:
1) топология сети - точка-точка;
2) способ разделения каналов связи: передача кадров 2-го уровня модели OSI;
4) способ предоставления каналов связи: один канал на одной несущей (SCPC-PAMA);
5) диапазон частот - V, общая задействованная ширина полосы частот в радиолиниях - 11,70 ГГц;
6) количество поддиапазонов - 10: основных - 8 и резервных - 2;
7) ширина полосы поддиапазона - 1170 МГц;
8) полоса цифровой обработки сигнала - до 300 МГц и более;
9) количество полос цифровой обработки сигнала и соответствующее им количество несущих частот в одном поддиапазоне - не более 4;
10) вид кодирования - LDPC или LDPC и БЧХ
11) способы модуляции сигналов и скорости кодирования:
- предпочтительнее офсетная 2-х кратная фазовая манипуляция (ОФМ-4, OQPSK) или 2-х кратная фазовая манипуляция (ФМ-4, QPSK), скорость кодирования: 1/2; 2/3; 3/4; 3/5; 5/6 или 7/8;
12) скорость передачи информации:
- в одной полосе обработки (на одной несущей частоте) - более 200-250 Мбит/с;
- общая суммарная скорость передачи информации в радиолинии - более 1000 Мбит/с;
13) способы автоматической регулировки в каналах связи:
- адаптивное изменение мощности излучения;
- адаптивное изменение сигнально-кодовой конструкции;
14) эстафетная передача между НСР соседних орбитальных плоскостей при переходе через полюса и при движении встречным курсом осуществляется с перерывом в передаче информации - не более 20-30 секунд;
-8
15) вероятность ошибки приема информационного символа: не хуже 10.
16) бортовые антенные системы НСР - четыре полноповоротные, приемо-передающие, осесимметричные двухзеркальные с диаметром основного зеркала 0,5; 0,65; 0,8; 0,9 или 1 м;
17) адресация ПАТ, НСР и ЗС в СППСС осуществляется с применением технологии, основанной на применении протокола IP v.6 и описанной в патенте на изобретение №2679962 от 14.02.2019 (Способ назначения IP-адресов в сети персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах с зональной регистрацией абонентских терминалов, автор: Пантелеймонов И.Н.). Структура IP-адреса НСР отображена на фигуре 8;
18) защита информации и защита от несанкционированного доступа к конфиденциальной информации пользователей по классу КС1 и КС2, способ аутентификации абонентов и защита информации на основании алгоритма матричного шифрования описанного в патенте на изобретение №2684488 от 09.04.2019 (Система защищенной передачи данных, авторы: Пантелеймонов И.Н., Толкачев В.И., Пантелеймонова А.В., Адамсон Н.В., Тодуркин В.В.);
19) защита канала удаленного управления работой каналообразующего оборудования НСР, ЗС и ПАТ осуществляется с применением технологии описанного в патенте на изобретение №2647631 от 30.05.17 (Система спутниковой связи с защитой канала удаленного управления работой, автор: Пантелеймонов И.Н.).
Основные технические характеристики орбитальной группировки:
1) параметры орбит:
- околокруговая;
- квазиполярная;
- изомаршрутная в одной орбитальной плоскости;
- высота может быть выбрана от 700 до 1000 км;
2) минимальный угол радиогоризонта (угол места потребителя) - 30°;
3) Основные баллистические параметры для вариантов орбит высотой 700, 870 и 1000 км приведены в таблице 1:
4) Создание орбитальной группировки ОГ проводиться в три этапа:
1 этап - развертывание и ввод в эксплуатацию ЗС, ЦУП и ЦУС, запуск и ввод в эксплуатацию минимального количества КА для проведения летных испытаний, тестирования, отладки работы в различных режимах эксплуатации;
2 этап - запуск и ввод в эксплуатацию минимально необходимого количества НСР для глобального радиопокрытия территории СНГ при условии обеспечения минимального угла места потребителя на не менее 30°;
3 этап - полномасштабное развертывание группировки необходимого количества КА для глобального радиопокрытия поверхности Земного шара при условии обеспечения минимального угла места потребителя на экваторе не менее 30°.
Основные технические характеристики НСР: 1) Состав НСР:
1.1) служебная аппаратура космической платформы (КПл) КА:
1.1.1) бортовой комплекс управления (БКУ);
1.1.2) система управления движением и навигацией (СУДН);
1.1.3) двигательная установка (ДУ);
1.1.4) система электроснабжения (СЭС) с системой ориентации солнечных батарей (СОСБ);
1.1.5) система ориентации и стабилизации (СОС) КА;
1.1.6) система обеспечения теплового режима (СОТР).
1.2) специальная аппаратура бортового специального комплекса (БСпК) КА:
1.2.1) БА МЛС:
- четыре остронаправленные антенны с системами наведения;
- комплекты СВЧ-оборудования;
- комплекты устройств цифровой обработки сигналов (модемов);
1.2.2) БА ФЛС:
- две остронаправленные антенны с системами наведения;
- комплекты СВЧ-оборудования;
- комплекты устройств цифровой обработки сигналов (модемов);
1.2.3) БА АЛС:
1.2.3.1) бортовой радиотехнический комплекс (БРТК) низкоскоростной
АЛС:
- многолучевая приемная АФАР и многолучевая передающая АФАР;
- СВЧ-оборудование приемо-передающего тракта;
- устройство цифровой обработки сигналов (модем).
1.2.3.2) БРТК высокоскоростной АЛС:
- многолучевая приемная АФАР и многолучевая передающая АФАР;
- СВЧ-оборудование приемо-передающего тракта;
- устройство цифровой обработки сигналов (модем).
1.2.4) бортовое сетевое и вычислительное оборудование (БСВО):
- сервер управления сетями связи и БСпК;
- бортовой маршрутизатор со следующими интегрированными службами: сервер установления соединения, DNS-сервер, криптошлюз (КШ)сервер баз данных (БД) зарегистрированных абонентов в НСР, сервер БД регистрации соединений НСР с ЗС в ФЛС, сервер БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС, сервер БД зарегистрированных абонентов в ЗРС (см. патент на изобретение №2714220 от 19.08.2019. Способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах с зональной регистрацией абонентов и маршрутизатор низкоорбитального спутника ретранслятора с интегрированными службами для осуществления указанного способа. Автор: Пантелеймонов И.Н.);
- коммутатор низкоскоростной АЛС, выполняющий функции: шлюза IP-телефонии и SIP-сервера, аутентификации абонентов и шифрования информации в НАЛС, межлучевую коммутацию и передачу информации на бортовой маршрутизатор;
- коммутатор высокоскоростной АЛС, выполняющий функции: шифрования информации в ВАЛС, межлучевую коммутацию и передачу информации на бортовой маршрутизатор.
Алгоритм оптимального выбора НСР для отправки запроса на регистрацию (описан в патенте на изобретение №2660114 от 29.09.17) ПАТ помимо мощности принимаемых сигналов определяет вошел НСР только что в его зону радиовидимости (ЗРВ) или покидает эту ЗРВ. Принцип действия основан на оценке доплеровского сдвига частоты принимаемого от НСР сигнала. Способ регистрации абонентов в системе связи (описан в патенте на изобретение №2658879 от 12.09.17) заключается в следующем: поверхность земного шара условно разбивают на зоны радиосвязи (ЗРС) и ПАТ регистрируется не в каждом НСР, а в зоне радиосвязи. ПАТ сообщает о своем нахождении в той или иной ЗРС, серверу БД зарегистрированных абонентов в ЗРС, находящемуся на НСР и который сообщает об этом всем НСР и ЗС.
Порядок адресации устройств связи (ПАТ и других АУ, НСР, ЗС) в предлагаемой СППСС осуществляется следующим образом (описано в патенте на изобретение №2679962 от 14.02.2019):
1) Для адресации в сети персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах с зональной регистрацией абонентских терминалов применяют протокол IP v.6. и функцию самостоятельного присвоения адресов;
2) Применяется следующие виды IP-адресов:
- глобальный индивидуальный (Global Unicast) IP-адрес - для вызова конкретного AT;
- групповой IP-адрес вызова (Multycast) - для вызова группы (определенной категории) AT;
- широковещательный вызов (Broadcast Unicast) конкретного AT по всей СППСС;
- любой (Anycast) - это глобальный индивидуальный IP-адрес любого AT в наземной сети (Internet или СПС).
2) Общие правила назначения IP-адресов:
- если какой-либо параметр не определен или не задан, то в этой области IP-адреса указывается цифра 0.
- если в какой-либо области IP-адреса указывается цифра F, то данный IP-адрес является групповым или широковещательным
3) Структура IP-адреса устройств связи:
3.1) сетевая часть - первые 48 бит IP-адреса (первые три квартета шест-надцатеричных чисел): адрес сети присваивается международным комитетом (агентством ICAN или RIR) всей сети;
3.2) подсетевая часть - средние 16 бит IP-адреса (четвертый квартет шестнадцатеричных чисел): адрес подсети, присваивается ПАТ и других АУ, НСР, ЗС при нахождении в соответствующей ЗРС и содержат информацию:
- в первых 8 битах подсети - номер ЗРС в которой находится;
- в следующих 8 битах подсети - при необходимости указывается номер подзоны радиосвязи (ПЗРС) в которой находится ПАТ и других АУ, НСР, ЗС;
3.1) узловая часть - последние 64 бит IP-адреса (последние четыре квартета шестнадцатеричных чисел) содержат информацию:
а) пятый квартет шестнадцатеричных чисел:
- первое шестнадцатеричное число (4 бита) - приоритет абонента, который присваивается каждому устройству связи;
- второе шестнадцатеричное число (4 бита) - приоритет трафика, который определяется программным обеспечением источника информации;
- третье и четвертое шестнадцатеричное число (8 бит) - код страны при временном нахождении в ней;
б) шестой квартет шестнадцатеричных чисел:
- первое и второе шестнадцатеричное число (8 бита) - код страны, где зарегистрировано устройство связи на постоянной основе.
4) Особенности адресации ПАТ и других АУ:
4.1) третье и четвертое первое число шестого квартета шестнадцатеричных чисел и первое шестнадцатеричное число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел (12 бит) - код страны, где зарегистрировано устройство связи на постоянной основе.
4.2) второе, третье и четвертое число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел и все числа восьмого квартета шестнадцатеричных чисел - адрес конкретного ПАТ и других АУ, представляющий собой номер мобильного телефона в сетях подвижной связи (формат ЕЛ 64) и присваивается ТДН и ТДВ при подключении к ним смартфона, планшета или ноутбука.
4) Особенности адресации НСР:
4.1) третье и четвертое число шестого квартета шестнадцатеричных чисел и первое число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел (12 бит) - код ОГ;
4.2) второе и третье число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел (8 бит) - код ОП;
4.3) четвертое число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел, первое и второе числа восьмого квартета шестнадцатеричных чисел (12 бит) - адрес конкретного НСР;
4.4) третье и четвертое число восьмого квартета шестнадцатеричных чисел - адрес конкретной БА НСР.
4) Особенности адресации ЗС:
4.1) третье и четвертое число шестого квартета шестнадцатеричных чисел и первое число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел (12 бит) - код сети ЗС;
4.2) второе и третье число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел (8 бит) - группы ЗС;
4.3) четвертое число седьмого квартета шестнадцатеричных чисел, первое и второе числа восьмого квартета шестнадцатеричных чисел (12 бит) - адрес конкретной ЗС;
4.4) третье и четвертое число восьмого квартета шестнадцатеричных чисел (8 бит) - адрес конкретного оборудования ЗС.
Структура IP-адреса ПАТ изображена на фигуре 7. Структура IP-адреса НСР изображена на фигуре 8. Структура IP-адреса ЗС изображена на фигуре 9.
ПАТ (описан в патенте на изобретение №2661850 от 05.10.17)
Особенности конструкции ПАТ:
1) состоит из трех модулей:
- смартфона, или планшета, или ноутбука;
- точки доступа к низкоскоростной (ТДН) АЛС, работающему в S-диапазоне для приема на малонаправленную спиральную антенну: пилот-сигналов, сигналов вызова и синхронизации в служебном канале и для обеспечения режима телефонной связи и SMS-сообщений;
- точки доступа к высокоскоростной (ТДВ) АЛС, работающему в Ка-диапазоне для обеспечения широкополосного доступа в сеть Internet или ведомственные сети через СППСС с использованием АФАР;
Причем, комплектацией ПАТ можно варьировать следующим образом:
- если абоненту не требуется доступ в сеть Internet или ведомственные ЛВС сети, то достаточно ограничиться покупкой ТДН и тогда абонент буде иметь возможность только отправлять SMS или осуществлять телефонные звонки;
- если абоненту требуется доступ в сеть Internet или ведомственные (частные) ЛВС сети, то необходимо приобрести ТДН и ТДВ, т.к. ТНД может работать без ТДВ, а ТДВ без ТДН работать не может.
2) не содержит встроенного модуля для работы в сети СПС 2G-4G, а подключается к любому смартфону, планшетному компьютеру или ноутбуку по беспроводным соединениям Blue Tooth или Wi-Fi, что позволяет:
- уменьшить стоимость ПАТ в целом;
- пользователю не держать при себе ТДН и ТДВ СППСС, достаточно находиться в зоне действия организуемых ими радиосетей BlueTooth или Wi-Fi;
- разрешает увеличить мощность передачи ТДН и ТДВ выше допустимой санитарными требованиями в мобильном телефоне для увеличения скорости передачи информации.
3) содержит интерфейсы: USB; Blue Tooth; Wi-Fi; Ethernet.
Конструктивно ТДВ может быть выполнен в форм-факторе смартфона 6', планшета 8' и 10', ноутбука 6', 8', 10', 12' и 14', а ТДН - может конструктивно представлять собой спутниковый телефон, адаптер для ТДВ или адаптер для мобильного телефона или смартфона.
Внешний вид ПАТ, состоящего из двух модулей: ТДН и ТДВ изображен на фиг. 2. Внешний вид ТДН, в виде адаптера к смартфону на примере модели ПАТ "Thuraya SatSleeve" изображен на фиг. 3. Функциональная схема AT изображен на фиг. 4. Структура IP-адреса ПАТ изображена на фиг. 7.
i
i
8
В способе аутентификации абонентов и шифрования информации (описан в патенте на изобретение №2684488 от 09.04.2019) периодические изменения позиций ключей в матрице ключей, а также изменение алгоритмов в матрице алгоритмов являются альтернативой хранения в постоянном запоминающем устройстве большого количества ключей и алгоритмов. Работа системы основана на двух последовательных процессах: аутентификации информации абонентской радиолинии и шифрования абонентской радиолинии. Порядок смены ключей аутентификации K, формулы математических операций и механизм смены алгоритмов аутентификации A и алгоритмов шифрования A известны каждому НСР и каждой ЗС. Процесс аутентификации удостоверяет, что абонент имеет право доступа к услугам связи и предшествует процедуре установления соединения. После установления соединения начинает работу процедура шифрования информации в абонентской радиолинии.
В предлагаемом методе шифрование информации выполняется следующим образом:
с
i
8
1-й шаг. Ключ шифрования К на сеанс связи вычисляется из вычисленного на этапе аутентификации ключа аутентификации K с применением действующего в настоящий момент алгоритмом шифрования А.
А8
8
А8
A8
2-й шаг. Номера алгоритмов шифрования А8 записываются в матрицу алгоритмов шифрования М. Каждому порядковому номеру соответствует заданная математическая формула. Номера алгоритмов шифрования A записанных в матрице алгоритмов шифрования М, перемещаются по позициям данной матрицы по определенному правилу в соответствии с действующим на данный момент порядком смены позиций C алгоритмов шифрования.
Способ передачи информации управления работой бортовой аппаратурой НСР (описан в патенте на изобретение №2690966 от 07.06.2019) заключается в том, что команды управления и телеметрическая информация передаются в линиях связи в едином потоке данных с целевой информацией, но в разных виртуальный вычислительных сетях (VLAN) и зашифровываются отдельными алгоритмами и ключами. НСР установивший связь с ЗС при этом является ретранслятором информации управления для остальных НСР СППСС.
Способ защиты каналов управления работы оборудования НСР, ЗС, ПАТ и других абонентских устройств (описан в патенте на изобретение №2647631 от 30.05.17) и отличается простотой реализации, т.к. требует установки только дополнительной сетевой карты Ethernet, выполняющей роль интерфейса модуля управления (Manager Module). Работа системы защиты каналов управления заключается в том, что команды управления передаются в виде IP-пакетов вместе с информацией трафика в едином потоке данных, защищенном с помощью криптошлюза. Закрытая информация с модема поступает на криптошлюз, где дешифруется и затем, команды управления передаются на вход модуля управления.
Алгоритмы работы БРТК НСР (описаны в патентах на изобретение №2660114 от 29.09.17 и №2714220 от 19.08.2019.):
1-й вариант: вызов абонента (ПАТ или другого АУ) СППСС:
НСР получает сигнал вызова от ПАТ или другого АУ и определяет:
1-е условие, если вызываемый ПАТ находится в ЗРП данного НСР, то НСР осуществляет ретрансляцию сигнала вызова по АЛС (вниз);
2-е условие, если вызываемый ПАТ находится в ЗРП соседнего НСР, то:
1-е действие. НСР осуществляет ретрансляцию в сигнала вызова по МЛС соседнему НСР;
2 - действие. НСР, получивший сигнал вызова, осуществляет его ретрансляцию по АЛС (вниз);
3-е условие, если вызываемый ПАТ находится в ЗРП удаленного НСР, то:
1-е действие. НСР выполняет процедуру построения маршрута по МРЛ до НСР, в ЗРП которого находится вызываемый ПАТ;
2-е действие. НСР осуществляет ретрансляцию сигнала вызова по МЛС этому НСР,
2 - действие. НСР-получатель сигнала вызова, осуществляет его ретрансляцию по АЛС (вниз);
2-й вариант: вызов абонента СПС, вызов абонента ТфОП или сети Internet (доступ в сеть Internet):
НСР получает сигнал вызова от ПАТ и если:
1-е условие, этот НСР установил связь с ЗС, то:
1-е действие, ретранслирует по ФЛС (вниз) сигнал вызова на ЗС;
2 - действие. ЗС ретранслирует по наземным каналам связи ретранслирует сигнал вызова соответственно абонентам СПС, ТфОП или сети Internet;
2-е условие, этот НСР не имеет связи с ЗС, но связь с ЗС установил соседний НСР, то:
1-е действие. НСР осуществляет ретрансляцию в сигнала вызова по МЛС соседнему НСР;
2-е действие. НСР- получатель сигнала вызова, ретранслирует по ФЛС (вниз) сигнал вызова на ЗС;
3 - действие. ЗС ретранслирует по наземным каналам связи ретранслирует сигнал вызова соответственно абонентам СПС, ТфОП или сети Internet
3-е условие, этот НСР не имеет связи с ЗС, но связь с ЗС установил удаленный НСР, то:
1-е действие. НСР выполняет процедуру построения маршрута по МРЛ до этого НСР;
2-е действие. НСР осуществляет ретрансляцию сигнала вызова по МЛС этому НСР;
3-е действие. НСР - получатель сигнала вызова, ретранслирует по ФЛС (вниз) сигнал вызова на ЗС;
4 - действие. ЗС ретранслирует по наземным каналам связи ретранслирует сигнал вызова соответственно абонентам СПС, ТфОП или сети Internet.
Маршрутизация информации в СППСС осуществляется следующим образом:
Для трафика критичного к задержкам применяется протокол маршрутизации основанный на алгоритме поиска кратчайшего пути, в качестве которого предлагается использование протокола баллистической маршрутизации, описанной в патенте на изобретение №2714220 от 19.08.2019 и применяющий координатно-векторный алгоритм поиска кратчайшего пути в двухмерной сферической системе координат.
Д ля трафика некритичного к задержкам применяется протокол маршрутизации основанный на алгоритмах балансировки маршрутов с учетом состояния и загрузки каналов связи, а также с учетом состояния бортовой аппаратуры НСР, в качестве которого предлагается использование протокола баллистической маршрутизации, описанной в патенте на изобретение №2714220 от 19.08.2019 и применяющий алгоритмы балансировки маршрутов.
Маршрутизация в СППСС на НСР с зональной регистрацией AT, описанной в патенте на изобретение №2658879, при которой AT регистрируется в зонах радиосвязи (ЗРС) с перерегистрацией абонентского терминала в зоне радиосвязи при переходе из одной зоны радиосвязи в другую, при этом баллистическая информация о текущем положении низкоорбитального спутника-ретранслятора относительно зон радиосвязи на поверхности Земного шара периодически информации каждого космического аппарата, а информация о текущем местоположении AT относительно ЗРС на поверхности Земного шара постоянно собирается от абонентского терминала и мгновенно рассылается всем НСР и в центр управления сетью (ЦУС) и записывается в сервер определения местоположения в базу данных зарегистрированных абонентов в ЗРС каждого низкоорбитального спутника-ретранслятора СППСС.ПАТ, установивший связь с НСР, регистрируются в сервере определения местоположения низкоорбитального спутника-ретранслятора в базе зарегистрированных абонентов низкоорбитального спутника-ретранслятора и информация о регистрации абонентского терминала в низкоорбитальном спутнике-ретрансляторе, рассылается всем НСР и в ЦУС.
Предлагаемый способ маршрутизации информации в СППСС на НСР заключается в том, что бортовой маршрутизатор сперва определяет, по БД зарегистрированных абонентов в ЗРС и ПЗРС где зарегистрирован ПАТ, а затем по БД баллистической информации определяет, какие НСР с настоящий момент времени находятся в ЗРС вызываемого абонента и только после этого строит маршрут к этим НСР.
Реализация предлагаемого способа маршрутизации информации достигается:
1) посредством интеграции в бортовой маршрутизатор дополнительных серверов:
- БД зарегистрированных абонентов в НСР;
- БД регистрации соединений НСР с ШС в ФЛС;
- БД баллистической информации о нахождении НСР в ЗРС;
- БД зарегистрированных абонентов в ЗРС.
2) применением алгоритма работы бортового маршрутизатора при котором осуществляются запросы в соответствующие БД.
Схема организации связи СППСС на НСР изображен на фиг. 1. Алгоритм работы БРТК НСР при передаче сигналов вызова абонентов изображен на фиг. 5. ЗРС одного НСР изображена на фиг. 6 и ЗРС соседних НСР изображена на фиг. 7.
Создание единой многоярусной системы связи с применением СППСС на основе сети НСР для дублирования и резервирования СПС позволит гарантированно обеспечить доступ абонентов к услугам связи в любом месте Земного шара.
Принципы построения и способы организации связи, можно создать универсальную, надежную, динамичную, экономичную и высокорентабельную СППСС с простой реализацией массового доступа. Использование и адаптация стандартных для компьютерных сетей протоколов передачи информации (ТСРЯР) позволит применить стандартное сетевое оборудование (в специальном исполнении) и типовое программное обеспечение для построения бортовой аппаратуры НСР, что значительно упростит систему управления, схему построения и стоимость производства.