Новата широколентова глобална районирана мрежа inmarsat-bgan цвятко Т. Цанев, Гроздю Хр. Грозев, Чавдар Ил. Александров



Дата11.02.2017
Размер113.58 Kb.
#14699
НОВАТА ШИРОКОЛЕНТОВА ГЛОБАЛНА РАЙОНИРАНА МРЕЖА INMARSAT-BGAN
Цвятко Т. Цанев, Гроздю Хр. Грозев, Чавдар Ил. Александров
Висше военноморско училище „Н. Й. Вапцаров”, Варна
THE NEW INMARSAT’S BROADBAND GLOBAL AREA NETWORK (BGAN)
Tsvyatko T. Tsanev, Grozdyu H. Grozev, Chavdar I. Alexandrov
N.Y.Vaptsarov“ Naval Academy Varna, Bulgaria
ABSTRACT: The new Inmarsat 4G satellites (I-4) entered in exploitation. They are replacing their high successful predecessors - the I-2 and I-3 spacecraft – as the pillars of Inmarsat’s new BGAN services. In our paper we attempt to analyze the changes, the possibilities and the features of the Inmarsat’s network structure and how they reflect on maritime communications.

KEY WORDS: maritime communications, Inmarsat-BGAN, mobile services.


1. Въведение


Неспирното възходящо развитие на комуникационните технологии и бързото увеличаване на броя на мобилните абонати, както и измененията на структурата и интензивността на трафика, доведоха до внедряване в практиката на новото, четвърто поколение (4G) комуникационни мрежи и системи. Това стана възможно на основата на интегрирането на много технологии в обща рамка и използването в 4G на около два пъти по-високи скорости на обмен на информация в сравнение с третото поколение (3G). В глобален мащаб започна изграждане и въвеждане в експлоатация на нови мрежи, позволяващи издигането на мобилните комуникации на ново количествено и качествено равнище.

Системата Inmarsat, която отдавна е надхвърлила рамките на осигуряването на комуникациите в корабоплаването, успешно навлезе в ерата на 4G комуникациите с въвеждането в експлоатация на нови сателити от четвърто поколение (I-4 F1, I-4 F2), поставящи основата на изграждането на нова широколентова глобална районирана мрежа (Broadband Global Area Network, BGAN). Предвид това, в настоящия доклад се прави опит за анализ на възможностите на различните мрежи в Inmarsat и на развитието им в близко бъдеще.


2. Развитието на мрежите от второ и трето поколение като предпоставка за въвеждане на BGAN

Сателитите от второ поколение (I-2), позиционирани в началото на 90-те години, реално изчерпиха възможностите си към края им. На тяхна база бяха развити нови стандарти (B, C, M, D, E) и мрежи (Safety net, Fleet net) и се разшири гамата от 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. „зонова 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. Възможностите за удовлетворяване на потребността от нови услуги бяха разширени с въвеждането на стандартите Мини-М, М-4, F-77, F-55 и F-33. На базата на стандарт М-4 беше развита Глобална районирана мрежа GAN (Global Area Network), в която освен нискоскоростни (2,4 kbps) DATA, TLF и FAX, и високоскоростен обмен на данни HSD (High Speed Data) 64/56 kbps за ограничените зони се осигурява мобилна 64 kbps IP-пакетна връзка с постоянна готовност в мрежата MPDS (Mobile Packed Data Service). Стандарт М-4 и мрежата GAN на свой ред послужиха като основа за въвеждането на стандарти F-77, F-55 и F-33 и за развитие върху капацитета на I-3 на Широколентова глобално-районирана регионална мрежа BGAN-R, управлявана от регионални оператори. Скоростта на предаване беше увеличена до 128 kbps. Експлоатацията на BGAN-R имаше концептуално значение за въвеждането на мрежата от четвърто поколение BGAN.
3. Технологични аспекти на системата BGAN

В технологично отношение новата система притежава някои определящи ключови особености:



  • Нова мрежова архитектура;

  • Конвергенция с наземната 3G мобилна инфраструктура;

  • Нова оптимизирана технология за потребителските терминали;

  • Ново поколение потребителски продукти за BGAN.

Системата включва нов Inmarsat I-4 космически сегмент и нова наземна инфраструктура за връзка с наземните мрежи.
3.1 Космически сегмент Inmarsat I-4.

Сателитите от Inmarsat I-4 са разработени и произведени по един от най-големите европейски космически проект EUROSTAR 3000 в частта му EUROSTAR 3000GM. По този проект за периода 2004-2008г. се предвижда позиционирането на общо 14 сателита, седем от които вече са в орбита. Частта EUROSTAR 3000GM включва 3 сателита Inmarsat I-4, два от които са позиционирани и влезли в експлоатация, съответно, I-4 F1 на 63º9Е (IOR) - на 9 юли 2005 г., и I-4 F2 на 54ºW (AOR-W) - на 23 януари 2006 г., а третият е планиран за изстрелване през 2006г. Двата сателита I-4, F1 и F2, изграждат основата на внедряването на BGAN, първата в света [4] мрежа, която осигурява едновременно широколентов режим на предаване на данни и гласова комуникация за преносими терминали. Сателитното покритие обхваща 85% от сушата на която живее 98% от населението на Земята. Зоните на покритие са показани на фиг. 1 [2]. Оставащата непокрита от I-4 сателитите повърхност се покрива от I-3 F3 POR.



Фигура 1: Зони на покритие на I-3 и I-4.
Всеки от сателитите I-4 превъзхожда сателитите I-3 по своята ефективност както следва [6]:

  • Осигурява по-голям повиквателен капацитет от всичките пет сателита I-3 взети заедно;

  • Осигурява 60 пъти по-голяма мощност от кой да е от сателитите I-3;

  • 16 пъти по-голям информационен капацитет;

  • 12 пъти по-висока ефективност на използване на радиоспектъра;

  • 25 пъти по-висока чувствителност на приемниците.

Всеки от сателитите I-4 е в състояние да облъчва глобално съответния океански район, покриващ до 1/3 от земната повърхност, 19 широки зони (wide spot beams) в рамките на същия район, обслужващи стандартите Fleet F-77 128 kbps, F-55, F-33 и Mini-M, както и 228 тесни зони (narrow spot beams), предназначени да формират основата на новата широколентова мрежа BGAN за скорости до 492 kbps.

Основните параметри на сателитите от I-2, I-3 и I-4, по данни от [2], са обобщени в табл. 1.







Inmarsat-2

Inmarsat-3

Inmarsat-4

Брой на сателитите

4

4+1 резервен

2+1 резервен


Покритие

Глобално


7 големи зони + глобално

228 малки зони + 19 големи зони + глобално

Отношение сигнал/шум

39dBW

49dBW

67dBW

Канали

4 канала по 4,5-

7,3MHz


4 канала по 0,9-2,2MHz

630 канала по 230кHz

Маса на сателитите

700kg

1000kg

3000kg

Слънчеви панели

14,5m

20,7m

48,0m

Таблица 1: Основни параметри на сателитите от Inmarsat


Бордовата апаратура на сателитите включва транспондери за излъчване в С-банд, за работа с линии ”мобилна-мобилна станция“, за конвертиране на C в L-банд и обратно за съвместяване със съществуващата наземна инфраструктура, както и за предаване на навигационна информация, съвместима с глобалната позиционираща система GPS. Транспондерите използват гъвкав алгоритъм на работа за осигуряване на регулирането на излъчваната мощност и на честотната лента и управление на конфигурирането на петната.
3.2 Инфраструктура на I-4 за връзка с наземните мрежи

Съществуващите в I-3 услуги са запазени след въвеждането в експлоатация на I-4 на базата на мрежата от брегови земни станции LES (Land Earth Station), докато за новите мултимедийни услуги е създадена нова наземна мрежова инфраструктура. Архитектурата на новата мрежа и технологията на реализацията и произтичат от стратегията на Inmarsat за съвместяване на BGAN с наземните 3G мобилни мрежи. Структурата на I-4 мултимедийна мрежа е показана на фиг. 2 [2].

Структурата на мрежата включва по две станции за сателитен достъп SAS (Satellite Access Station) за всеки сателитен район, пунктове за достъп до наземните мрежи PoP (Points of Presence), междустанционна мрежа за гъвкаво управление на сателитите VPN (Virtual Private Network), система за управление на мрежата, състояща се от мрежов оперативен център NOC (Network Operation Centre) и център за управление на сателитите SCC (Satellite Control Centre), и поддържаща бизнес система BSS (Business Support System).

Фигура 2: Структура на I-4 мултимедийна мрежа


Всеки океански район се обслужва от две станции за сателитен достъп, които осигуряват връзка на мобилните абонати (корабните земни станции) с наземните комуникационни мрежи чрез пунктовете за достъп до наземните мрежи (PSTN, Internet, UMTS). Основните комуникационни функции се изпълняват от станциите за сателитен достъп SAS, докато пунктовете за достъп до наземните мрежи PoPs изпълняват само функциите на комутиращи и мултиплексиращи възли.

Станциите за сателитен достъп SAS включват две основни подсистеми: радиокомутационна RSS(Radio Switching Subsystem) и мрежова комутационна подсистема NSS(Network Switching Subsystem). Радиокомутационната подсистема RSS включва сателитния радиоинтерфейс и радиокомпонентите на станцията и представлява допълнение и развитие на мрежата за радиодостъп RAN(Radio Access Network) на универсалната мобилна комутируема телекомуникационна мрежа UMTS. Мрежовата комутационна подсистема NSS използва наземните мобилни технологии и представлява аналог на комутационното ядро на UMTS.

Мрежовият оперативен център NOC и центърът за управление на сателитите SCC са сложно интегрирани и осигуряват динамично реконфигуриране на системата по отношение на каналните ресурси и на облъчваните зони в зависимост от интензивността и разпределението на комуникационния трафик. Управлението и контролът на комуникационната мрежа се осъществяват от мрежовия оперативен център NOC, а центърът за управление на сателитите SCC управлява бордовата апаратура на сателитите. Данните за състоянието на сателитите се доставят до SCC от 4 станции за следене и управление TT&C(Traffic, Telemetry & Control).

Съществена особеност на мрежата BGAN е адаптивното управление на заеманата честотна лента и осигуряването на скорости от зададена минимално гарантирана до максимално възможната. Осигурява се също едновременна работа от един терминал в мрежа с комутация на каналите с постоянна скорост и в мрежа с пакетна комутация с променлива скорост чрез мултиплексиране в общ носещ канал. По този начин един комуникационен терминал може да поддържа няколко връзки едновременно.

За постигане на висока спектрална ефективност на радиоинтерфейсите в системата се използват турбокодове с предварителна корекция на грешките (FEC) и 16-позиционна квадратична амплитудна модулация (16QAM) в комбинация с повишените енергийни възможности, които предлага spot-технологията.

В мрежата се използват отворени стандарти интерфейси и това от своя страна дава възможност тя да се развива в съответствие с новите постижения в областта на мобилните комуникационни системи.


3.3 Новата оптимизирана технология за потребителските терминали

Конвергенцията на BGAN с наземната 3G мобилна инфраструктура е насочена към съвместяване на четири различни области – сателитни системи, мобилни клетъчни системи, PC-технологии и IP-Internet технологии, и цели създаване на нова интегрирана мрежа, осигуряваща нови разширени възможности за потребителите. Съвместяването на различните мрежови инфраструктури рефлектира в най-голяма степен върху абонатната част на мрежата – потребителските терминали.

Стратегията на Inmarsat по отношение на потребителските терминали е насочена към привличане на повече потребители. Тази стратегия се реализира в няколко направления, по-важни от които са осигуряването на възможности за използване на разнообразни софтуерни продукти, задоволяването на нарастващата потребност от по-високи скорости на предаване, разширяването на гамата от услуги и, не на последно място, ниски цени на крайните устройства като съществен фактор за успеха на системата. Данни за някои от произвежданите към момента терминали за BGAN са показани в таблица 2 [6].

В съответствие със стратегията на Inmarsat изискванията към потребителите са сведени до минимум. Достатъчно е потребителите да разполагат с комуникационно терминално устройство за включване в BGAN и обикновен персонален компютър (laptop, palmtop, PDA). Компютърът се свързва с терминала чрез различни интерфейси (USB, Bluetooth и др.) и образува с него многофункционално устройство за осигуряване на няколко вида връзки едновременно. Освен персонален компютър за потребителя не са необходими други крайни устройства тъй-като те могат да му бъдат предоставени от мрежата виртуално. Самите терминали, освен че не изискват специализиран софтуер, са много опростени в експлоатационно отношение и могат да се използват от неквалифицирани лица.




Терминал

HNS 9201

World Pro 1000

Explorer 500

Wideye,

Sabre 1


Производител

Hughes Network Systems

Nera

Thrane&Thrane

Addvalue


Размери, mm

345х275х30

200х140х30

300х200х28

210х140х35

Маса, kg

1,6

<1

1,3

1,25

Максимална скорост за Internet (U/D), kbps

492/492

384/216

468/448

384/240


Предаване на данни, kbps

32,64,128,256

32,64

32,64,128

32,6

Телефонен интерфейс

ISDN handset

RJ11, Bluetooth handset

RJ11, Bluetooth handset

RJ11, Bluetooth handset

Интерфейс за данни

USB, Ethernet, WiFi 802.11b

USB, Bluetooth

USB, Ethernet, Bluetooth

USB, Bluetooth

Таблица 2. Потребителски терминали за BGAN


4. Заключение

Анализът на съвременното състояние на сателитната система Inmarsat, осигуряваща голяма част от комуникациите на корабоплаването в световен мащаб показва следното:



  • На настоящия етап Inmarsat осигурява глобални комуникации на основата на съвместяването на възможностите на сателитите I-3 и I-4, като в близко бъдеще се очаква да развие мащабно новата широколентова мрежа BGAN и да предложи нови мултимедийни услуги за потребителите. Същевременно голяма част от корабните терминали, намиращи се в експлоатация, не са в състояние да осигурят възможност за ползване на тези услуги. Целесъобразно е корабособствениците да предприемат мерки за обновяване на комуникационното обзавеждане на корабите;

  • Засега новите BGAN-продукти се осигуряват само за абонати намиращи се на сушата и по крайбрежните морски пътища въз основа на използването на spot-технологията, но това не изключва възможността те да се използват в търговското и, особено, в пътническото корабоплаване. Фактът, че терминалите за BGAN са съвместими със стандартния IT/PC- комуникационен софтуер и са свързани с глобалната позиционираща система GPS, предполага тяхното по-широко използване в корабоплаването;

  • От съществена важност за корабоплаването може да се окаже и възможността на BGAN за поддържане по един канал на няколко връзки едновременно с гарантирана минимална скорост и максимално възможната потенциална скорост.


Литература:

1. Lees G.D., W.G. Williamson. Handbook for Marine Radiocommunications, 4th 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. http//www.maritime.inmarsat.com – 2005/2006.

4. http//www.about.inmarsat.com – 2005.

5. http//www.aosusa.com/Inmarsat .html – 2005.

6. http//www.aosusa.com/bgan.html – 2006.

7. http//www.skyrocket.de/space – 2005.



8. http//www.xantic.net – 2005.


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница