Четвъртото поколение сателити и перспективите за развитие на услугите в inmarsat цвятко Т. Цанев, Гроздю Хр. Грозев, Чавдар Ил. Александров

Усъвършенстването на комуникационните технологии и нарастването на потребностите от бързи, качествени и евтини комуникации, слагат своя отпечатък върху развитието на глобалните комуникационни мрежи и системи. В процеса на това развитие през последните три десетилетия се смениха три поколения комуникационни мрежи и системи, за да се стигне до появяването на най-новото, четвърто поколение (4G), представляващо революционен скок по отношение на използваните технологии и на предлаганите услуги. В тази връзка, системата Inmarsat не само, че не прави изключение, но може да се каже, че заема челни позиции с въвеждането в експлоатация на два сателита от четвърто поколение (I-4 F1 на 9 юли 2005 г. и I-4 F2 на 23 януари 2006 г.) на чиято база се организира Широколентова глобална районирана мрежа BGAN (Broadband Global Area Network). Въвеждането на тази мрежа, от една страна, обезсмисля поддържането на някои остарели стандарти, а от друга – разширява спектъра на възможностите и на предлаганите услуги. По тези причини, авторите си поставят за задача да анализират възможностите на инкорпорираното в новата мрежа трето поколение сателити I-3 и да визират измененията, настъпили с въвеждането на I-4 и перспективите за развитие на предлаганите услуги.

Третото поколение комуникационна техника в Inmarsat влезе в експлоатация в периода 1996-1998 г. с позиционирането на четири сателита, I-3 F1- F4, покриващи четирите океански района и на един, I-3 F5, осигуряващ ограничено обслужване и резервен капацитет на системата. Създадоха се принципно нови възможности с въвеждането на тяхна база на т.нар. spot-технология (spot beam technology), при която освен пълно покритие на цял океански район, се осигурява и покритие в 7 ограничени зони (петна), позволяващо повишаване на ефективността на комуникациите и разширяване на възможностите за удовлетворяване на потребността от нови услуги.

Необходимостта от нововъведения се определя от редица фактори, по-съществени от които са: постепенното отпадане на телексните мрежи; увеличаването на броя на мобилните станции; масираното въвеждане на TCP/IP протокол в мрежите с общ достъп; разпространяването на връзките “point-to-point” върху мобилните абонати; потребността от мобилна Internet-връзка; въвеждането в практиката на електронното банкиране и др. Влияние оказва също и въвеждането на системата за известяване при терористични нападения SSAS (Ship Security Alert System).

Естествено, наследените от I-1 и I-2 стандарти (A,B,C,M), не можеха да удовлетворят напълно новите изисквания и се стигна до тяхното постепенно изместване от нови стандарти терминали и мрежи. Но докато развитието на наземната структура продължава през целия период на експлоатация на сателитната система, самите сателити остават на равнището на технологията към момента на тяхното позициониране и сравнително бързо изчерпват възможностите си. В този смисъл, съзвездието от сателити трето поколение I-3 клони към “залез”.

3.1. Терминали стандарт-А

Терминалите от най-стария в Inmarsat стандарт-А, въведен през 1979г. за I-1, все още се използват в I-3, но това ще продължи до 31 декември 2007г., когато ще бъде прекратено тяхното обслужване. Като възможности този стандарт е ограничен до осигуряването на глобално покритие (за цял океански район) за аналогово двупосочно телефониране (TLF), 50 Baud телекс (TLX), 9,6 kbps факсимиле (FAX) и предаване на данни (DATA) със скорости 9.6 kbps или 64/56 kbps. Осигурява се включване в общите комутируеми мрежи за предаване на данни PSDN (Public Switched Data Network) и за телефония PSTN (Public Switched Telephone Network). Гамата от услуги включва TLF, TLX, FAX, DATA, електронна поща (e-mail), предаване на неподвижни изображения и видеовръзка с използване на бавна развивка SSTV (Slow Scan TV). Стандартът отговаря на изискванията на Глобалната морска система за бедствие и безопасност GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System).
3.2. Терминали стандарт-В.

Още в периода на второто поколение техника в Inmarsat I-2 стандарт-А е счетен за остарял и през 1993 г. е въведен стандарт-В със същите възможности и покритие както стандарт А (TLX,FAX и 9.6 или 64/56 kbps DATA), но осигуряващ допълнително висококачествена цифрова телефония със скорост 16 kbps, предаване на данни по стандартен телефонен канал със скорост 2,4 kbps и включване в цифровата мрежа с интеграция на услугите ISDN (Integrated Services Digital Network). С въвеждането на I-3 са добавени и нови възможности – 14,4 kbps FAX 16 kbps DATA и разширяване на услугите до пълната гама цифрови комуникации, включително с достъп до LAN/WAN и частни мрежи, Internet, e-mail, SMS връзка на екипажите, видеоконфериране, телемедицина, криптиране на информацията. Важно за корабоплаването е съответствието на изискванията на GMDSS и осигуряването на дистанционен трекинг и мониторинг, картна и синоптична информация. Създадена е и възможност за разплащане с кредитни карти.

Стандарт-С се въвежда през 1991 г. за осигуряване на предаването на текстови съобщения до и от бреговите земни станции в развиващата се глобална система GMDSS чрез 50 Baud TLX, 600 bps DATA и FAX в телексен формат само за направлението кораб-бряг. Възможен е и обмен на информация с някои терминали от стандарти A/B/C/F.

Предлаганите услуги, освен TLX и FAX, включват двупосочен пакетен обмен (пр. Х-25) и e-mail (пр. Х-400) до/от кой да е РС-терминал от PSTN, PSDN или Internet. В рамките на стандарт-С е изградена система за разширено групово повикване EGC (Enhanced Group Calling system), която включва мрежи за доставяне на информация относно безопасността на корабоплаването (Safety Net) и за публична кореспонденция (Fleet Net). Стандартът е основен за корабоплаването, т.к. осигурява седем от ключовите функции на GMDSS. Отговаря също на изискванията на SSAS.

В интерес на по-малките кораби през 2002 г. се въвежда стандарт Mini-C с почти същите възможности, като стандарт С, но без възможност за включване в системата EGC.

Стандарт-М се въвежда през 1992г. с цел да се допълнят предлаганите към момента услуги с глобална цифрова 6,4 kbps TLF връзка, 2,4 kbps FAX и 1,2 – 2,4 kbps DATA с дуплексен достъп до PSTN/PSDN. Стандартът не обслужва GMDSS, но се използва за рутинни комуникации на море.

С въвеждането в експлоатация на Inmarsat I-3 възниква потребност от развитие на стандарт-М и през 1997г. се приема стандарт Mini-M за мобилни преносими терминали тип “laptop”, използващ spot-технологията. Стандартът осигурява 2,4-4,8 kbps TLF и гласова поща (voice mail), 2,4 kbps FAX и некомпресирана DATA информация и 9,6 kbps за компресирана информация.

Освен, че осигурява евтини TLF, FAX и DATA комуникации, стандарт Mini-M позволява да се организира виртуален офис навсякъде в зоните на покритие. Предлаганите услуги отначало включват TLF, FAX, DATA и e-mail, но впоследствие са разширени и към настоящия момент Mini-M предлага още Internet, Web-browsing, SMS, обмен с бази данни или локални мрежи (LAN), пейджинг, връзка на екипажите, видеоконфериране и телемедицина, както и засекретяване на информацията. Създадена е и възможност за разплащане със SIM-карти.

Макар, че по принцип стандарт Mini-M не е предвиден за GMDSS, със своите възможности той се налага като базов стандарт и ляга в основата на последвалите го стандарти M-4 и F.
3.4 Терминали стандарт M-4 .

Стандарт M-4 (Dataphone) се въвежда през 1999г. за осигуряване на развитието на нова глобална мрежа GAN (Global Area Network) и представлява комбинация от възможностите на стандарт Mini-M за осигуряване на нискоскоростни (2,4 kbps) DATA, TLF и FAX, и на стандарт В за високоскоростен обмен на данни HSD (High Speed Data) 64/56 kbps. Нов момент в този стандарт е осигуряването на мобилна 64 kbps IP-пакетна връзка с постоянна готовност в мрежата MPDS (Mobile Packed Data Service).

Като цяло, предлаганите услуги са както в стандарти В и Mini-M, но стандарт М-4 осигурява развитието на мрежите от трето поколение GAN и BGAN-regional и създава предпоставки за изкристализиране на концепцията за разработване на терминалите стандарт F и на широколентовата глобално-районирана мрежа BGAN за четвъртото поколение сателити на Inmarsat (I-4).
3.5 Терминали стандарти Fleet-77, Fleet-55 и Fleet-33.

От 2002г. до въвеждането на BGAN на базата на наличния капацитет на I-3 Inmarsat развива Широколентова глобално-районирана регионална мрежа BGAN-R, управлявана от регионални оператори. Мрежата покрива Европа, Северна Африка и Азия. Скоростта на предаване е ограничена до 128 kbps. Въведени са новите стандарти F-77, F-55 и F-33, използващи spot-технологията.

Стандарт F-77 е базиран главно върху концепцията на I-4. Той представлява развитие на терминалите стандарти Mini-M и M-4 за големи кораби и е предназначен да замени терминалите стандарт-В в периода на експлоатация на I-4. Използвайки spot-технологията, осигурява 4,8 kbps TLF и гласова поща (voice mail), 2,4-9,6 kbps FAX и до 128 kbps адаптивно предаване на данни (flexible DATA).

Предлаганите услуги освен TLF, Voice, FAX, DATA и e-mail, включват още мобилна IP-пакетна връзка с постоянна готовност в мрежата MPDS, мобилен достъп до ISDN, Internet/Intranet, Web-browsing, SMS връзка на екипажите, обмен с бази данни или с LAN/WAN и частни мрежи, пейджинг, видеоконфериране и телемедицина, както и засекретяване на информацията. Стандартът съответства на изискванията на GMDSS и осигурява оше дистанционен мониторинг и трекинг и доставка на картна и синоптична информация. Създадена е и възможност за разплащане с кредитни и USIM-карти.

Стандарт F-55 е предназначен за по-малки съдове и осигурява глобална връзка 4,8 kbps TLF и 2,4-9,6 kbps FAX/64 kbps DATA в ограничените зони. Спектърът на услугите е както за F-77, с изключение на GMDSS.

Стандарт F-33 е предназначен за малки съдове и осигурява глобална връзка 4,8 kbps TLF и в ограничените зони 2,4-9,6 kbps FAX и 64/28 kbps DATA. Услугите включват TLF/Voice, FAX, MPDS, Internet/Ethernet, e-mail и достъп до LAN. Не е предвиден за GMDSS.

С въвеждането в експлоатация на BGAN покритието на Inmarsat се разшири в граници от 78ºN до 78ºS.
3.6 Други стандарти.

От останалите стандарти, като D+, E, E+, Aero C/L/H, интерес от гледна точка на корабоплаването представляват D+ и E/E+.

Стандарт D+ осигурява глобално покритие за двупосочно пакетно (Х-25) предаване на данни с ограничен обем (до 250 bytes). Предлаганите услуги включват пейджинг, дистанционно съпровождане и мониторинг, известяване (вкл. SSAS), PSTN, Internet.

Стандарти E/E+ няма да бъдат разглеждани, т.к. по данни от Inmarsat [5], ще бъдат изведени от употреба в края на 2006 година.

Мрежовата структура на BGAN се състои от два нови геостационарни сателита (I-4), позиционирани на 63º9Е (IOR) и 54ºW (AOR-W) и оптимизирана наземна система от четири станции за сателитен достъп SAS (Satellite Access Station), по две за всеки район, и специални пунктове за включване PoPs (Points of Presence). Новата мрежа е съвместима с Inmarsat I-3, но е насочена към осигуряването на пълен обхват от широколентово мултимедийно обслужване на персонални, мобилни и преносими потребителски терминали. Съществувалите досега услуги се запазват на базата на обслужване от бреговите земни станции (LES), докато новите мултимедийни услуги се осигуряват от новата мрежова инфраструктура. Главната насока в развитието на интегрираната мрежа на настоящия етап е съвместяването на BGAN с наземните 3G мобилни мрежи и осигуряването на глобално покритие за услугите в тези мрежи.

В качеството на потребителски устройства, освен изброените в §3 стандарти терминали (B,Mini-M,M-4,F), които се “вписват” в новата мрежа, ще се използва малогабаритна апаратура в комплект с преносими или джобни персонални компютри, авиационни или морски радиоинсталации. В зависимост от типа на терминала скоростите на обмен могат да достигат до 492 kbps.

Фигура 1: Терминал тип „Тетрадка” Фигура 2: Терминал тип „Джобен”
На фигури 1 и 2 са показани два основни типа BGAN-терминали, а в таблица 1 – техните основни характеристики. Терминалите са предвидени за работа с PC-laptop и PDA (Personal Digital Assistant) и са съвместими със стандартен комуникационен софтуер IT/PC.

Характеристики	Терминал тип „Тетрадка”	Терминал тип „Джобен”
Размер	~ A4 (21x30x3cm)	~ A5 (15x21x3 cm)
Маса (вкл. батерии)	~ 1.0 kg	~ 0.75 kg
Време за работа	1ч. на предаване, 36 ч. готовност	1ч. на предаване, 36 ч. готовност
Интерфейси	USB, Bluetooth, WLAN	USB, Bluetooth, RS-232
Локализация	GPS приемник	GPS приемник
Скорост на предаване	144(U)/432(D) kbit/s	64(U)/216(D) kbit/s

Таблица 1: Потребителски терминали

Типичните за мрежата BGAN услуги включват:

• 
  Internet/Intranet приложения (e-mail, FTP, SMS, Web-browsing и др.);
  
• 
  Telefax;
  
• 
  TLF и гласова поща (voice mail);
  
• 
  Пряк дуплексен достъп до он-лайн службите;
  
• 
  Видеоконферентна връзка;
  
• 
  Връзки в GMDSS и SSAS.
  

Анализът показва, че с въвеждането в експлоатация на мрежата Inmarsat BGAN се създават възможности и предпоставки за по-нататъшно разширяване на обхвата и за повишаване на качеството на комуникационното обслужване в следните направления:

• 
  Разширяване на сателитното покритие за част от стандартите в граници от 78ºN до 78ºS.
  
• 
  Използване на отворени стандарти и предоставяне на услуги за всякакви потребители без да се поставят специални изисквания по отношение на софтуер или мрежови протоколи.
  
• 
  Организиране на виртуален офис веднага и навсякъде.
  
• 
  Връзка с всяка точка в зоната и отпадане на необходимостта от привързване към наземните мрежи за роуминг.
  
• 
  Осигуряване на пълна гама от мултимедийни услуги.
  

1. 
   Lees G.D., W.G. Williamson. Handbook for Marine Radiocommunications, 4^th edition, London, LLP, 2004.
   
2. 
   Franchi A., J. Sengupta. Technology trends and Market Drivers for Broadband Mobile via satellite: Inmarsat BGAN., London. Inmarasat, 2000.
   
3. 
   Inmarsat Maritime Communications Handbook. London, Inmarsat, 1994.
   
4. 
   Шишкин А.В. и др., Глобальная морская система связи для безопасности мореплавания., изд. 3-е, Одесса, ГМА, 2001.
   
5. 
   http//www.maritime.inmarsat.com – 2005/2006.
   
6. 
   http//www.about.inmarsat.com – 2005.
   
7. 
   http//www.aosusa.com/Inmarsat .html – 2005.
   
8. 
   http//www.skyrocket.de/space – 2005.
   
9. 
   http//www.trackphone.com – 2005.
   
10. 
    http//www.xantic.net – 2005.
    
11. 
    http//www.kvh.com – 2005.
    
12. 
    http//www.tt.dc – 2005.