СИСТЕМА ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО РЕСУРСА
INFORMATION RESOURCE FREQUENCY-TIME DIVISION SYSTEM

Система частотно-временного разделения информационного ресурса предназначена для обеспечения телефонной связи, передачи данных в сетях спутниковой связи, использующих топологию «звезда» [1], в интересах сбора и обработки большого количества информации от удаленных источников.
Областью применения и преимущественной областью использования изобретения являются спутниковые системы связи, обеспечивающие возможность одновременного доступа к ретранслятору космической станции (РТР КА) нескольких наземных станций.
Существуют распределенные системы обработки, в которых требуется обеспечить сбор данных от удаленных источников на пункте сбора информации (ПСИ) по каналам с высокой (1-2 Мбит/с) пропускной способностью [2]. От ПСИ, в состав которого входит узловая станция спутниковой связи (УССС), к источникам, т.е. оконечным станциям спутниковой связи (ОССС), поступают команды управления, которые носят разовый характер и не требуют высокой скорости обмена (не более 64 кбит/с). Информация, полученная от всех ОССС, обрабатывается на ПСИ с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) и выдается на узел связи вышестоящего пункта управления (ВПУ). Обобщенная информация, передаваемая от ПСИ на ВПУ, как правило, тоже не требует наличия высокоскоростного канала (до 64 кбит/с). Одновременно по всем указанным направлениям должно обеспечиваться наличие канала оперативно-командной связи (до 64 кбит/с). Схема информационных потоков представлена на фиг. 1.
В настоящее время в Единой системе спутниковой связи ЕССС-2 [3] существует несколько основных способов многостанционного доступа (МД) [2].
Принцип работы многостанционного доступа с временным разделением информационного ресурса (МДВР) [2] заключается в следующем: каждому пользователю предоставляется определенный временной интервал (кадр), в течение которого он производит передачу и прием данных. Для передачи данных с УССС на РТР КА используется одна групповая частота. Передача данных с РТР КА на ОССС осуществляется на другой групповой частоте. Каждая станция принимает свои данные в отведенный для нее интервал времени. При этом на всех станциях время синхронизировано. Преимуществами этого способа является использование одних групп частот, а также небольшое количество передающих и приемных трактов на УССС и ОССС. Недостатками являются высокие требования к синхронизации каналов или централизованному распределению времени. Вся обработка информации может производиться с помощью аппаратуры на РТР КА.
МДВР в указанном виде в ЕССС-2 не применяется в связи с неравномерным потоком данных от ОССС, т.к. временные интервалы для передачи данных не всегда заполнены, а также из-за недостаточной помехозащищенности, но принципы работы этого решения применяются при использовании многостанционного доступа с частотно-временным разделением (МДЧВР).
1
2
При использовании многостанционного доступа с частотным разделением информационного ресурса (МДЧР) [2] каждому абоненту выделяются отдельные взаимосвязанные пары частот для передачи и приема данных, т.е. на каждую ОССС идет привязка одной пары частот, связанной с УССС, например f - на передачу, f - на прием.
Количество УССС и ОССС зависит от топологии сети. Для топологии «звезда» применяется одна УССС и несколько ОССС. В составе УССС и всех ОССС содержатся ЭВМ для реализации режимов работы систем.
1
2
1
2
На фиг. 2 представлен пример схемы организации связи с МДЧР для одной УССС и двух ОССС с указанием частот обмена данными. Передача информации с УССС через РТР КА на OCCC и ОССС осуществляется с помощью взаимосвязанных пар частот f и f:
1
f - для передачи данных с УССС на РТР КА;
2
1
2
f - для передачи данных с РТР КА на ОССС, ОССС.
1
2
3
5
4
6
Для передачи информации от ОССС, ОССС через РТР КА на УССС используются другие взаимосвязанные пары частот (f, f и f, f):
3
4
1
2
f, f - для передачи данных с ОССС, ОССС на РТР КА соответственно;
5
6
1
2
f, f - для передачи данных с РТР КА на УССС (от ОССС, ОССС).
1
2
При передаче информации от ОССС и ОССС происходит обработка полученных данных на РТР КА и последующая их передача на УССС, а затем - на ВПУ, не показанный на фиг. 2. При работе МДЧР происходит разделение пар приемников и передатчиков по частотам. Каждой паре выделяется свой спектр на все время соединения.
Преимуществами данного способа МД является независимость частотных каналов, не требующих синхронизации или централизованного распределения времени. Недостатком является большой расход частотного ресурса, а следовательно, наличие большого количества приемных трактов на УССС, равного количеству направлений связи.
Многостанционный доступ с частотно-временным разделением информационного ресурса (МДЧВР) [2] использует оба вышеуказанных способа одновременно. При передаче данных с УССС на РТР КА используется частотное разделение, а для приема каждой ОССС с РТР КА используется временное разделение, т.е. одна группа частот. Вся обработка информации происходит на РТР КА.
Пример организации связи с МДЧВР для одной УССС и двух ОССС показан на фиг. 3, где указаны частоты для передачи данных:
1
f - с УССС на РТР КА;
3
4
1
2
f, f - с ОССС, ОССС на РТР КА соответственно;
7
1
2
f - с РТР КА на УССС, ОССС, ОССС.
Использование данного способа позволяет уменьшить количество приемных трактов на УССС. Недостатком является необходимость использования для обработки информации сложной и дорогостоящей бортовой аппаратуры на РТР КА.
Существующие системы МД в спутниковых сетях связи позволяют обеспечить прием большого количества данных на УССС, как было указано выше, но с определенными ограничениями. Так, в сетях с МДЧР (2048 кбит/с на передачу - 2048 кбит/с на прием) [5] будет иметь место значительный "перерасход" трафика в обратном направлении, т.к. на прием не нужен весь канал, а только 64 кбит/с, а в сетях с МДЧВР (64 кбит/с на передачу - 256 кбит/с на прием) [5] требуемый трафик по техническим особенностям режимов работы РТР КА в настоящее время не может быть обеспечен, т.к. нет возможности использовать весь канал на приеме. Кроме того, на УССС при работе в режиме МДЧР требуется одинаковое количество приемных трактов и направлений связи.
Ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является система МДЧР с несимметричными каналами связи при использовании топологии «звезда», показанная на фиг. 2.
Использование асимметричного канала спутниковой связи [4] в предлагаемом изобретении делает возможным получение большего количества информации на приеме и использование только минимально нужной скорости на передачу исходящей.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность получения и обработки пунктом сбора больших объемов информации от удаленных источников, а также снижение стоимости системы за счет того, что обработка цифровых потоков производится специальной ЭВМ с программным обеспечением (ПО) маршрутизации на УССС и ОССС вместо сложной и дорогостоящей аппаратуры РТР КА. Данные ЭВМ с ПО маршрутизации позволяют производить объединение информации для всех ОССС в один групповой поток на УССС, а также выделять только необходимую информацию из общего группового потока каждой ОССС.
1
2
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что в систему-прототип, состоящую из одной УССС и N ОССС, например ОССС и ОССС, а также РТР КА, причем выход УССС соединен со вторым входом РТР КА, первый и четвертый выходы которого соединены со входами OCCC и ОССС, а их выходы - с первым и третьим входами РТР КА, второй и третий выходы которого соединены с первым и вторым входами УССС, а в составах УССС и каждого ОССС содержатся ЭВМ для реализации режимов работы системы, вводятся специальные ЭВМ с ПО маршрутизации в состав передающего тракта УССС и приемных трактов каждой ОССС.
На фиг. 4 представлена схема предлагаемого изобретения с обозначением частот передачи данных:
1 - РТР КА;
1
2 - ОССС;
3 - УССС;
2
4 - ОССС;
1
f - от УССС на РТР КА;
2
1
2
f - от РТР КА на ОССС, ОССС;
3
1
f - от ОССС на РТР КА;
4
2
f - от ОССС на РТР КА;
5
1
f - от РТР КА на УССС (от ОССС);
6
2
f - от РТР КА на УССС (от ОССС).
1
2
1
2
1
2
Как видно из фиг. 4, система частотно-временного разделения информационного ресурса состоит из РТР КА 1, первый и четвертый выходы которого соединены с входами ОССС 2 и ОССС 4. Выходы ОССС 2 и ОССС 4 соединены с первым и третьим входами РТР КА 1, его второй вход соединен с выходом УССС 3, а второй и третий выходы - с первым и вторым входами УССС 3. В составе ОССС 2 и ОССС 4, а также УССС содержатся ЭВМ, необходимые для реализации режимов работы системы, не показанные на фиг. 4. Кроме того, в составе передающих и приемных трактов УССС и каждой ОССС соответственно содержатся специальные ЭВМ с ПО маршрутизации.
1
2
1
2
3
4
1
2
5
6
1
2
В передающем канале УССС 3 с помощью специальной ЭВМ с ПО маршрутизации информация для всех ОССС объединяется в один групповой поток и на частоте f передается с выхода УССС 3 на второй вход РТР КА 1. На частоте f данные с первого и четвертого выходов РТР КА 1 передаются на ОССС 2 и ОССС 4. Необходимая информация выделяется с помощью специальных ЭВМ с ПО маршрутизации, расположенных в приемных трактах каждой ОССС. Затем информация обрабатывается и одновременно на частотах f и f с OCCC 2 и ОССС 4 соответственно передается на первый и третий входы РТР КА 1 с большой скоростью (1-2 Мбит/с). Со второго и третьего выходов РТР КА 1 на частотах f и f (от ОССС 2 и ОССС 4) информация передается на первый и второй входы УССС 3, на приемных трактах которого она обрабатывается с помощью ЭВМ и далее передается на ВПУ, не показанный на фиг. 4.
1
3
1
5
2
1
2
При этом скорость передачи на частоте f с выхода УССС 3 на второй вход РТР КА 1 равна скорости приема на частоте f с выхода ОССС 2 на первый вход РТР КА 1, но скорость передачи на частоте f со второго выхода РТР КА 1 на первый вход УССС 3 не равна скорости приема на частоте f с первого и четвертого выходов РТР КА 1 на вход ОССС 2 или ОССС 4. Для каждой ОССС требуется отдельная частота передачи данных на УССС 3 с РТР КА 1, как при работе системы с МДЧР.
Преимуществами предлагаемого изобретения являются:
- возможность получения больших объемов информации от удаленных источников по асимметричным каналам спутниковой связи;
- сочетание достоинств систем с МДЧР и МДВР, а именно простоты и экономичного расходования частотного ресурса, без применения аппаратуры обработки на борту РТР КА;
- использование в качестве ОССС и УССС типовых ранее выпущенных систем спутниковой связи, например Р-439-МС и Р-439-УС, с минимальными доработками.
В настоящее время разработаны маршрутизаторы типа UHP-1000 [5], позволяющие реализовать требования информационного обмена удаленных источников в режиме Full Mesh TDMA с динамическим перераспределением ресурса между станциями. Тем не менее, предлагаемое изобретение, являясь переходным решением от систем с МДЧР и МДВР к Full Mesh TDMA [5], позволяет использовать ранее выпущенные ОССС без их существенной доработки, только добавлением в состав компьютера дополнительной ЭВМ с ПО маршрутизации, что выполняется достаточно просто и не требует проведения большого объема работ.
Система частотно-временного разделения информационного ресурса прошла испытания и эксплуатируется в настоящее время.
1
2
Таким образом, введение в известную систему, состоящую из одной УССС и N ОССС, например двух, а также РТР КА, причем выход УССС соединен со вторым входом РТР КА, первый и четвертый выходы которого соединены со входами OCCC и ОССС, а их выходы - с первым и третьим входами РТР КА, второй и третий выходы которого соединены с первым и вторым входами УССС, а в составах УССС и каждого ОССС содержатся ЭВМ для реализации режимов работы системы, дополнительных ЭВМ с ПО маршрутизации в состав передающего и приемных трактов УССС и каждой ОССС соответственно, позволяющих осуществлять асимметричный обмен большими объемами информации с удаленными источниками, а также снизить стоимость системы в целом.
Литература
1. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - Питер, 2013. В. Олифер, Н. Олифер.
2. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение Скляр Бернард, вып. 2 исп. Издательский дом "Вильямс" 2003.
3. http://кртз.рф/esss.tml [12 февраля 2014 г.].
4. http://ixbt.com/comm/sat-inet.shtml [12 февраля 2014 г.].
5. http://russianarmy.mybb.ru [12 февраля 2014 г.].