تکنولوژی‌های متداول در شبکه‌های ماهواره‌ای

امروزه با رشد روز افزون تكنولوژی مخابراتی روش‌های متفاوتی جهت ایجاد شبكه‌های ارتباط ماهواره‌ای به وجود آمده است. در این مقاله به معرفی برخی از روش‌های متداول درشبكه‌های ماهواره‌ای و مشخصات هر كدام خواهیم پرداخت. به طور كلی تصمیم‌گیری برای انتخاب راه‌حل مناسب, نیازمند بررسی پارامترهای موثر در امر طراحی شبكه می‌باشد, برخی از این پارامترها عبارتند از :
۱- گستردگی شبكه ارتباطی, شامل تعداد لینك‌های ارتباطی مورد نیاز در فاز اول و نحوه افزایش آن در فازهای بعدی
۲- نوع كاربردهای شبكه (اینترانت, دیتا, صوت, ویئو كنفرانس, اینترنت)....
۳- توپولوژی یا ساختار شبكه
۴- Scalability و نحوه گسترش شبكه
۵- Availability یا قابلیت اطمینان سیستم
۶- سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های جاری
با توجه به موارد فوق راه‌حل‌های زیر ارائه گردیده و در مورد هر كدام پارامترهای فوق بررسی می‌گردد.
راه‌حل (Single Channel Per Carrier) SCPC
این روش یك راه‌حل ایده‌آل جهت كاربردهایی است كه در آن حفظ كیفیت ارتباط و داشتن یك پهنای باند ارتباط اختصاصی جزء مهم‌ترین عوامل تصمیم‌گیری می‌باشد. راه‌حل فوق مناسب‌ترین روش جهت راه‌اندازی یك ارتباط نقطه به نقطه
(point-to-point) می‌باشد. سهولت راه‌اندازی, نیاز به حداقل تجهیزات و در نتیجه قیمت مناسب از مزیت‌های استفاده از این روش می‌باشد. این روش با توجه به استفاده از یك پهنای باند ارتباطی اختصاصی راه‌حل مورد علاقه سرویس‌دهندگان ارتباطات صوتی در دنیا می‌باشد. در صورت نیاز به ایجاد یك شبكه ارتباطی چند نقطه‌ای (Point-to-Multi point) روش فوق كارآیی مناسبی نداشته و افزایش زیاد تجهیزات و افزایش هزینه پهنای باند بخش فضایی از دلایل ناكارآمدی روش فوق می‌باشد. برای رفع این موانع راه‌حل‌هایی ارائه گردیده است كه یكی از بهترین روش‌ها تكنولوژی SkyPerformer SCPC-می‌باشد.
مشخصات اصلی این تكنولوژی- Sky Performer SCPCموارد ذیل می‌باشد:
این روش جهت ایجاد یك شبكه ارتباطی چند نقطه‌ای كارآیی مناسبی داشته و قابل پیاده‌سازی به صورتFull Mesh , Distributed Mesh , Star Partial Mesh , می‌باشد.
تعداد ریموت‌های قابل پیاده‌سازی در این روش در توپولوژی Star تا سیصد و پنجاه نود و در صورت استفاده از توپولوژیMesh Distributed نامحدود می‌باشد.
در این روش لایه دوم شبكه Frame relay بوده و تمامی پروتكل‌های لایه بالاتر همچون TCP/IP را پشتیبانی می‌نماید.
پهنای باند ارسالی از ریموت‌ها (Inbound) به صورت اختصاصی بوده (SCPC) و پهنای باند ارسالی از سایت مركزی (Outband) با استفاده از تكنولوژی Sky performer برای تمامی ریموت‌ها به صورت مشترك ارسال می‌گردد. برای هر یك از ریموت می‌توان به میزان نیاز پهنای باند CIR (گارنتی شده ) و به میزان بالاتری (Burst) BIR معین نمود.
كاهش تجهیزات سایت مركزی در توپولوژی ستاره و نیز كاهش هزینه پهنای‌باند بخش فضایی این روش را به جایگزین مناسبی برای شبكه‌های SCPC تبدیل نموده است.
تجهیزات سایت‌های مركزی و ریموت در این تكنولوژی مولتی سرویس بوده و جهت استفاده همزمان دیتا و صوت وتصویر مجتمع‌سازی شده‌اند.
این روش كاملا" Scalable بوده و شروع و پیاده‌سازی آن از دو نقطه به صورت Point-to-Point قابل آغاز بوده و افزایش تعداد ریموت‌ها و پیاده‌سازی روش Point-to-Multi point به تدریج و به سادگی امكان‌پذیر می‌باشد.سیستم‌های نصب شده در سایت مركزی در روش Star به صورت Redundant پیاده‌سازی می‌گردد كه با این روش Availability سیستم به بالاتر از ۵.۹۹% می‌رسد. در صورت پیاده‌سازی روش Mesh بروز اشكال در یك سایت مانع از اثرگذاری بر كل شبكه ارتباطی خواهد گردید.
در این روش در دو سمت ارسال و دریافت از سایت مركزی و ریموت امكان استفاده از تكنیك‌های Coding مدرن مانند Turbo Code وجود دارد این امر باعث صرفه‌جویی در توان ارسالی ترانسپورت ماهواره شده كه هزینه‌های جاری سیستم را كاهش می‌دهد. ارسال به روش توربوكد دریافت اطلاعات با Eb/No پایین تر را در سایت‌های ریموت با حفظ BER مناسب امكان‌پذیر می‌نماید.
امكان استفاده از Voice با تكنیك (Voice over frame relay ) VOFR در این روش یك كانال ارتباطی صوت با كیفیت بالا (MOS =۴.۱۵) و با استفاده از حداقل پهنای باند (۶kb/s) را مهیا می‌نماید.
راه حل (D-TDMA) Deterministic TDMA
این تكنولوژی راه‌حل مناسبی جهت شبكه ماهواره‌ای مبتنی بر پروتكل IP می‌باشد در روش D-TDMA, مقدار پهنای باند اختصاص داده شده به هر ایستگاه VSAT بر اساس پارامترهایی نظیر اندازه صف اطلاعات در هر ایستگاه, كیفیت سرویس‌دهی (Quality of Service), ملاحظات اولویت‌بندی ایستگاه‌ها و برخی پارامترهای دیگر به صورت پویا ) (Dynamic تعیین می‌گردد. روش D-TDMA موجب ایجاد صرفه‌جویی قابل توجهی از نظر پهنای باند بخش فضائی خواهد شد.
به‌عنوان مثال در مقایسه بین تكنولوژی DVB-RCS و D-TDMA, سیستم‌های DVB-RCS برای انتقال بسته‌های اطلاعات IP, آنها را داخل فرم‌های اطلاعاتی MPEG تعبیه می‌نمایند كه این امر باعث كاهش كارآیی سیستم می‌گردد به طوری كه برای انتقال اطلاعات با پروتكل IP روش D-TDMA نسبت به DVB-RCS بین ۱۰ تا ۵۰ درصد در پهنای باند صرفه‌جویی به همراه دارد.
اهم مشخصات سیستم‌های D-TDMA عبارتند از :
توپولوژی این سیستم‌ها ستاره (Star) می‌باشد.
تعداد ریموت‌های قابل استفاده از لحاظ تئوری نامحدود بوده ولی به طور معمول به دلیل محدودیت‌های تكنیكی برای كاربردهای تا ۸۰۰ ریموت مناسب می‌باشد.
شبكه بر اساس پروتكل IP طراحی گردیده است.
از نظر روش Access Multiple , برای Outband (از هاب به ریموت) روش TDM و Inbound (از ریموت به هاب) D-TDMA می‌باشد.
با توجه به IP Base بودن‌, شبكه برای كاربردهای Data , Voice (VoIP) و كلا" شبكه‌هایی كه Application های تحت IP دارند مناسب می‌باشد.در هر دو سمت ارسال و دریافت از سایت و ریموت امكان استفاده از تكنیك‌های Coding مدرن ماننده Turbo code وجود دارد.
راه‌حل DVB-RCS
با افزایش تقاضای IP broadband service در دنیا روش‌های DVB-RCS از سال ۲۰۰۲ به صورت اجرایی در نقاط مختلف دنیا ارائه گردید. این روش راه‌حل مناسبی جهت ارائه سرویس اینترنت به مشتركین انتهایی در یك شبكه بزرگ می‌باشد.
مشخصات اصلی این تكنولوژی عبارتند از:
این روش شامل یك هاب مركزی بوده كه قابلیت پشتیبانی از چند صد تا چند هزار كاربر را برحسب نوع سرمایه‌گذاری امكان پذیر می‌نماید.
روش ارتباطی ریموت‌ها با مركز در این روش Star می‌باشد.
دراین روش بسترهای اطلاعات IP به فرمت MPEG-DVB تبدیل شده و از هاب مركزی به تمامی ریموت‌ها ارسال می‌گردد. هر ریموت بر حسب PID خاص خود (Packet Identifier) سیستم اطلاعات مربوط به خود را جدا می‌نماید. ارسال اطلاعات از سایت‌های ریموت به هاب مركزی با تبدیل بسترهای IP به فرمت ATM و ارسال با روش MF-TDMA صورت می‌پذیرد انجام این مراحل باعث ایجاد كمی سربار اضافی (Overhead) در شبكه ارتباطی نیز می‌گردد.این روش با توجه به نیاز به ایجاد یك هاب مركزی و سرمایه‌گذاری اولیه نسبتا" زیاد برای كاربردهایی با تعداد ریموت بالاتر از پانصد عدد قابل توجیه می‌باشد. مزیت آن این است كه با نصب یك هاب مركزی امكان افزایش ریموت‌ها به سادگی امكان‌پذیر می‌باشد. كوچك بودن ابعاد تجهیزات ریموت و پایین بودن هزینه هر ریموت از مزیت‌های اصلی این تكنولوژی می‌باشد.
Availability این سیستم‌ها با توجه به حساسیت زیاد هاب مركزی وابسته به نوع طراحی این سایت می‌باشد. عموما" در هاب مركزی از روش Full Redundant برای تمامی تجهیزات استفاده می‌نمایند تا امكان بروز مشكل را به حداقل برسانند با اتخاذ این تدابیر نرخ Availability هاب مركزی به ۹/۹۹% می‌رسد.
تكنولوژی‌هایی كه در بالا معرفی می گردید به عنوان روش‌های غالب در شبكه‌های ماهواره‌ای كنونی در نظر گرفته می‌شوند.
همان‌طور كه ملاحظه گردید هر یك از روش‌هایی كه توضیح داده شد در جای خود مناسب بوده و انتخاب نهایی یك روش در كاربردهای چند منظوره و تركیبی نیاز به بررسی دقیق‌تر مهندسان این فن خواهد داشت.

هادی طالبی- شهرام وفا