Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций

Диссертационная работа:

Афонин, Александр Александрович. Повышение эффективности спутниковых сетей, реализуемых на основе технологий VSAT : диссертация ... кандидата технических наук : 05.12.13 / Афонин Александр Александрович; [Место защиты: Моск. гос. авиац. ин-т].- Москва, 2011.- 218 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/259

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность

Анализ современных мировых тенденций развития связи в направлении создания глобальной информационной инфраструктуры показывает, что уже в ближайшее десятилетие возможен качественный переход к новому обществу -обществу информационного типа. Спутниковые сети связи и вещания являются интегрирующими звеньями этой инфраструктуры и одним из основных средств, обеспечивающих качественное изменение услуг связи в экономически слабо развитых, малонаселенных или труднодоступных регионах.

Рынок спутниковой связи неуклонно расширяется. Одним из основных направлений его развития сегодня является создание сетей на основе технологий VSAT (VSAT - very small aperture terminal - терминалы с очень малой апертурой антенны). Это связано как с повышением социальной активности общества, так и с расширением сферы услуг спутниковой связи для корпоративных и ведомственных пользователей. Движущей силой создания сетей VSAT является интенсификация экономического прогресса и развития сети Интернет. Причем интенсификация сегодня обусловлена не только увеличением объемов производства в промышленности и повышением его эффективности, но и тенденциями, связанными с переходом к информационному обществу.

Развитие сетей VSAT можно условно разделить на три этапа. В 1990-х основной сферой приложения технологий VSAT являлась организация технологических и выделенных сетей в интересах государственных структур и крупных корпораций с использованием закрепленных каналов. Одной из самых крупных и первых многофункциональных корпоративных сетей VSAT в России является сеть Центрального Банка РФ «Банкир». Основным назначением сети является передача банковской информации и обеспечение телефонной и факсимильной связью. В 2000-х с развитием интерактивных сетей VSAT клиентами спутниковых сетей становится средний и малый бизнес. С ростом

информатизации общества начался поиск новых дешевых решений по предоставлению доступа в Интернет физическим лицам (абонентам) с использованием спутниковой связи. С 2004 года начался процесс создания сетей спутниковой связи на основе VSAT технологий, работающих в Ка-диапазоне и ориентированных на предоставление массового доступа в Интернет. В настоящее время этот процесс переживает бурный рост. Из действующих региональных сетей отметим WildBlue (США, Канада), Tooway (Европа, западная часть России), HughesNet (США), IpStar (Юго-Восточная Азия и Австралия). В стадии разработки находятся проекты создания подобных региональных (в том числе РСС-ВСД в России) и глобальных сетей VSAT (например, Inmarsat Global Xpress).

Несмотря на то, что технология VSAT относится к фиксированной спутниковой службе, в настоящее время данная технология применяется и для организации связи с подвижными объектами. Общие принципы организации спутниковых каналов связи являются универсальными. Основное различие состоит в особенностях антенной техники. Но эти аспекты в данной работе не рассматриваются.

Одной из основных проблем развития VSAT сетей является нехватка частотного ресурса в Ки-диапазоне, поэтому перспективные сети проектируется для работы в менее загруженном и обладающим большим частотным ресурсом Ка-диапазоне. Важно отметить, что при проектировании спутниковых сетей VSAT, ориентированных на массового потребителя, остро встает вопрос их технико-экономической эффективности, поскольку такие сети начинают конкурировать с наземными сетями связи. Соответственно, при проектировании сетей VSAT должен учитываться конечный результат -обеспечение заданного качества услуг физическим лицам при условии минимизации затрат на реализацию технических решений.

Общие вопросы построения спутниковых сетей, и в том числе сетей VSAT, отражены в трудах отечественных и зарубежных авторов. Следует

отметить Анпилогова В.Р., Бутенко В.В., Камнева В.Е., Кантора Л.Я.,

Кислицына А.С., Кукка К.И., Родди Д., Симонова М.М., Спилкера Д., Элберта Р. и др. В данных работах отражены общие принципы технического построения и функционирования VSAT сетей Ки- и Ка-диапазона.

При этом известные работы, как правило, затрагивают вопросы анализа и оптимизации параметров в сетях VSAT, реализованных на основе технологий типа «точка-точка» или технологий с закрепленными каналами (например, типа MCPC/SCPC). Достаточно полно исследованы свойства телефонных сетей с коммутацией каналов, в том числе реализованных на основе систем VSAT.

Однако, вопросы оценки и повышения эффективности каналов
современных сетей VSAT с использованием технологий TDM/TDMA и
коммутацией пакетов, тем более с учетом особенностей Ка-диапазона,
исследованы недостаточно и/или имеют закрытый коммерческий характер. В
результате, разработка обобщенных методик и моделей для оценки и выбора
вариантов, обеспечивающих повышение технико-экономической

эффективности каналов в сетях связи на базе современных технологий VSAT с учетом особенностей Ка-диапазона, является актуальной как в теоретическом, так и в практическом плане.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертационной работы является решение задачи повышения эффективности сетей спутниковой связи, реализованных на базе интерактивной технологии VSAT, в том числе ориентированных на предоставление услуг массового доступа в Интернет. Заданная цель подразумевает решение очень широкого спектра задач. Часть из них выполнена в данной работе, а именно:

  1. Анализ общих тенденций и технологических решений, используемых в действующих и проектируемых сетях VSAT, оценка наиболее перспективных решений.

  2. Оценка эффективности спутниковых каналов в сетях VSAT на основе анализа избыточности информации на канальном и физическом уровнях.

  1. Оценка влияния внутрисистемных помех (в том числе влияния межлучевых помех и неравномерности группового времени запаздывания в полосе пропускания радиочастотного тракта) в сетях VSAT на пропускную способность спутниковых каналов, использующих адаптивные методы модуляции и кодирования.

  2. Разработка способов формирования рабочей зоны многолучевых спутников и распределения их емкости по лучам с целью приближения распределения пропускной способности в сетях VSAT к распределению абонентов.

  3. Разработка методики вероятностной оценки пропускной способности сетей VSAT, в том числе многолучевых сетей VSAT.

  4. Разработка математической модели экспресс-оценки технико-экономических параметров сетей VSAT.

Методы исследования

В качестве основных методов исследования в работе используются методы теории вероятностей и случайных процессов, теории математической статистики, теории систем передачи информации с использованием основ математического моделирования.

Научная новизна

Научная новизна диссертации определяется тем, что в ней разработаны:

  1. Алгоритм и методика вероятностной оценки пропускной способности многолучевых сетей VSAT, позволяющая определить количество потенциальных подписчиков, которым будет обеспечено заданное качество услуги при известной скорости канала или решить обратную задачу, т.е. определить возможные скорости каналов, предоставляемых абонентам при известном (заданном) их количестве.

  2. Математическая модель экспресс-оценки технико-экономической эффективности сетей VSAT для выбора наилучших решений на этапе

проектирования или модернизации сетей VSAT с целью повышения их технико-экономической эффективности.

Личный вклад

Методики, результаты исследования эффективности сетей VSAT, включая численные результаты, аппарат моделирования, разработаны и получены автором лично.

Практическая ценность работы

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в научно-исследовательских работах в области спутниковой связи в интересах Министерства связи и массовых коммуникаций РФ и Федерального агентства связи РФ.

Разработанные в данной работе методики и модели могут применяться на этапах системного и технического проектирования сетей спутниковой связи, реализуемых на основе технологий VSAT, с целью определения параметров оборудования и применяемых технических решений для повышения технико-экономической эффективности используемых спутниковых каналов.

Материалы диссертации использованы в следующих работах:

Разработка организационно-технических предложений совместного использования полос радиочастот 14,399-14,5 ГГц и 29,5-30 ГГц VSAT системами и РЭС фиксированной службы военного и гражданского назначения (итоговый отчет, заказчик - ФАС, 2009);

Анализ технико-экономической эффективности совмещения систем спутникового мобильного звукового вещания и систем мобильного доступа четвертого поколения и целесообразность совмещения (итоговый отчет, заказчик - ФГУП НИИР, 2010);

Оценка технико-экономической эффективности высокоскоростного доступа к информационным сетям через системы спутниковой связи и основных рисков реализации проекта, представление граничных составляющих

единовременных и текущих затрат и вариантов тарифной политики и тарифных планов, обеспечивающих окупаемости проекта (итоговый отчет, заказчик -ФГУПНИИР,2010).

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

  1. 14-я ежегодная Конференция и выставка операторов и пользователей сети спутниковой связи и вещания Российской Федерации SATRUS-2009. Москва, 2009.

  2. Конференция Космос и отечественная наука. ФГУП «Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга». Москва, 2011.

  3. VII ежегодный Международный конгресс и выставка Broadband Russia&CIS 2011. Москва, 2011.

  4. Международная конференция операторов и пользователей спутниковых сетей связи на базе технологии VSAT в Российской Федерации VSAT-Russia 2011. Дубна, 2011.

  5. Научно-технический семинар «Новейшие спутниковые технологии в образовании», Чистополь, 2011.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ в научно-технических журналах и трудах международных и всероссийских конференций.

Основные положения, выносимые на защиту

1 Результаты оценки эффективности прямых и обратных спутниковых каналов в сетях VSAT на основе анализа избыточности информации на канальном и физическом уровнях при передаче длинных и коротких ІР-пакетов. Показано, что эффективность прямых каналов в интерактивных сетях VSAT на

физическом уровне близка к единице. Соответственно, общая эффективность практически равна эффективности каналов на канальном уровне и составляет для длинных IP-пакетов не менее 0,9, а для коротких IP-пакетов в среднем 0,75 в зависимости от используемых канальных протоколов. Показано, что значение эффективности обратных каналов в интерактивных сетях VSAT на физическом и канальном уровнях, реализованных на основе TDMA, существенно меньше 1. Причем общая эффективность заметно снижается при увеличении числа активных станций в канале.

  1. Существование ярко выраженного «порогового» ограничения значения сигнал/шум в составной радиолинии многолучевых спутниковых сетей, обусловленного внутрисистемными межлучевыми помехами. Наличие «порогового» эффекта ограничивает возможные для использования сигнально-кодовые конструкции для прямых и обратных спутниковых каналов. В частности, показано, что при оценке максимально достижимой пропускной способности в прямых каналах многолучевых сетей следует ориентироваться на 16 APSK, 3/4, а для обратных каналов на 8PSK, Ул.

  2. Способы неравномерного распределения лучей и емкости в лучах при формировании рабочей зоны многолучевого спутника для обслуживания территории с выраженной неравномерной плотностью распределения населения, обеспечивающие повышение технико-экономической эффективности сети за счет рационального распределения ресурса сети.

  3. Методика вероятностной оценки пропускной способности многолучевых сетей VSAT на основе использования коэффициента «переподписки».

  4. Математическая модель экспресс-оценки технико-экономических параметров сетей VSAT для выбора наилучших решений на этапе проектирования (или модернизации) сетей VSAT с целью повышения их технико-экономической эффективности.

Структура и объем работы


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net