CC BY
91
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
УДК 004.75, 007.51
В.М. Миронов
К.т.н., Академия ФСО России, г. Орел, Российская Федерация А.С. Косухин Академия ФСО России, г. Орел, Российская Федерация
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МДВР В СПУТНИКОВЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ С ТОПОЛОГИЕЙ «ЗВЕЗДА», ПОСТРОЕННЫХ НА СТАНДАРТНЫХ СПУТНИКОВЫХ МОДЕМАХ
Аннотация
Статья посвящена поиску вариантов использования стандартных модемов в сети с топологией «звезда». На основе анализа систем синхронизации существующих VSAT-сетей, определены основные технические требования к системам нежесткой синхронизации терминалов, использующих метод доступа с временным разделением (МДВР).
Ключевые слова
Синхронизация, временное разделение, удаленное управление оборудованием,
многостанционный доступ.
Синхронизация в спутниковых сетях связи (ССС) предназначена для обеспечения многостанционного доступа терминалов к ресурсам сети (TDMA и MF-TDMA). Исходя из анализа современных спутниковых VSAT-сетей, условно системы синхронизации можно разделить на жесткие (IDirect, Hughes) и нежесткие (Vipersat).
Основными характеристиками жестких систем синхронизации являются:
- наличие временного разделения (TDM) прямого канала;
- передача синхроданных (признаков принадлежности таймслота) в байтовых последовательностях фрейма;
- минимальное (1-2 символа) отклонение терминала от точного времени начала передачи;
- контроль и постоянная корректировка времени передачи терминалов со стороны контроллера (ЦЗС).
Для систем с нежесткой синхронизацией, характерны следующие свойства:
- общий прямой IP-канал от ЦЗС (SCPC);
- передача всех данных управления на уровне IP-пакетов;
- сигнал синхронизации представляет собой алгоритм поведения терминалов на определенное время (либо до поступления нового сигнала);
- корректировка времени передачи терминалов не производится, т.к. параметры сигнала терминала (защитные интервалы, длинная преамбула) позволяют не учитывать географическое месторасположение терминалов.
Оба типа имеют свои достоинства. Для жесткой синхронизации это, очевидно, большее количество терминалов, снижение накладных расходов на передачу служебного трафика, более предсказуемые задержки в канале связи. Вместе с тем, реализация жестких алгоритмов синхронизации требует более плотной интеграции программного обеспечения с аппаратными платформами (модемами), что усложняет и удорожает разработку системы.
С другой стороны, системы с нежесткой синхронизацией более просты в разработке, могут использовать уже готовые серийные SCPC-модемы, однако, количество терминалов на один контроллер при этом существенно ниже.
Условия применения ССС предполагают кроме прочего создание в интересах пользователя соединений «точка-точка». Автоматизированная система управления ССС в данном случае выполняет функции удаленного управления модемами с целью создания и поддержания работоспособности соединения «точка-точка», обеспечивая при этом рациональное распределение частотного ресурса.
Учитывая то, что через «звезду» ССС будут передаваться неприоритетные данные управления сетью,
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
а также невысокое количество терминалов в ССС [1, с. 99], применение нежесткой схемы синхронизации выглядит более приемлемым на данном этапе развития отечественной промышленности, работающей в области спутниковых телекоммуникаций.
Необходим некий механизм синхронизации, позволяющий обеспечивать доступ абонентских станций (терминалов или абонентских земных станций (АЗС)) к хабу (центральной земной станции (ЦЗС)) в режиме TDMA. Также необходимо учесть, что стандартный спутниковый модем не предназначен для буферизации пользовательского трафика. При этом необходимо где-то хранить эти данные до момента получения разрешения на передачу. Реализовать подобный буфер можно модифицировав программное обеспечение модема, однако на практике это сложно осуществить.
Вопрос синхронизации терминалов, использующих стандартные спутниковые модемы различных производителей, приходится решать, принимая во внимание различия не только в способах управления модемами, но и в алгоритмах преобразования пользовательских данных. Например, вовсе не обязательно, что если модем обеспечивает передачу Ethernet-трафика, то с ним может взаимодействовать любой модем, обладающий той же функциональностью (пример - модемы CDM-625 производства Comtech EF Data). Возможный выход заключается в использовании синхронных интерфейсов данных (V.35, RS-422), которыми оборудовано подавляющее большинство стандартных модемов. Передавать данные через эти интерфейсы можно с помощью Ethernet-конвертеров (например, RC908 Raisecom).
Система управления должна управлять очередностью включения терминалов, реализуя тем самым TDMA-режим. Данные по распределению времени доступа (синхропакет), формируемые системой управления, доставляются при помощи multicast-рассылки терминалам и служат признаком окончания действия текущего алгоритма распределения и начала следующего. Синхропакет содержит перечень идентификаторов терминалов, допущенных к обратному каналу, длительность включения каждого терминала, а также параметры приемника ЦЗС. Программный агент, управляющий модемом терминала, получает синхропакет и дает команду модему на включение или выключение передачи в отведенное ему время. Использование программного агента избавляет систему управления от необходимости учета нюансов управления той или иной моделью спутникового модема. Помимо задач управления модемом, в функции программного агента входит буферизация трафика в сторону ЦЗС.
Очевидно, в силу различного географического положения, не все терминалы получают синхропакет одновременно. К тому же, скорость обработки пакета и передачи команды на включение/выключение передачи может быть различной, что обуславливает необходимость увеличения защитного интервала, не позволяющего накладываться сигналам терминалов. Это приводит к дополнительным временным издержкам, что ограничивает количество возможных терминалов до 8 на контроллер (при длительности таймслота 250 мс).
Распределение таймслотов по терминалам может быть статическим (всем терминалам - одинаковое время на передачу), либо динамическим, при котором каждому терминалу выделяется время передачи в зависимости от его активности на предыдущем этапе. В любом случае целесообразно разделять терминалы, находящиеся в активном состоянии и терминалы, введенные в систему, но не проявляющие активности. Очевидно, что время для передачи должно выделяться и тем и другим, однако приоритет должен быть за активными терминалами. Это позволяет использовать временной ресурс более эффективно.
Основные требования к системе синхронизации нежесткого типа, применяемой в ССС можно сформулировать следующим образом:
- формирование данных о распределении должно производиться с учетом информационной нагрузки на терминал и его приоритетности (в случае динамического распределения времени доступа);
- распространение данных о распределении должно осуществляться широковещательно, единым пакетом;
- данные о распределении должны учитывать выделение времени неработающим терминалам в качестве запросного канала;
- данные о распределении должны содержать информацию о длительности действия алгоритма распределения, а также о параметрах сигнала обратного канала контроллера;
- при каждом включении передачи терминал должен отправлять контроллеру отчет о состоянии (телеметрию).
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
В соответствии с моделью сетевого управления ISO, управление сетями связи подразумевает реализацию функций, касающихся следующих аспектов [2, с. 4]:
• Производительность - измерение и текущий контроль уровней сетевого трафика, использования сетей и других статистических параметров работы сетей и систем с целью сохранения их производительности на приемлемых уровнях;
• Конфигурация - документирование конфигурационными данными сетей и систем, а также текущий контроль влияния использования различных версий аппаратного и программного обеспечения на режим функционирования сети, ее надежность и производительность;
• Учет - вычисление параметров использования сети и служб с целью контроля и регламентирования отдельных пользователей или групп;
• Отказы - обнаружение, регистрация и исправление проблем сетей и систем в целях обеспечения нормального их функционирования;
• Безопасность - контроль доступа к сетевым ресурсам, предотвращая отказы от обслуживания, нежелательные обращения или нападения на эти ресурсы, и разрешая обращения к ним лишь при условии выполнения надлежащей аутентификации и авторизации.
Для реализации перечисленных функций необходимо осуществлять постоянный мониторинг состояния элементов системы связи, на основе данных которого, а также на основе внешних факторов (задач), вырабатываются необходимые команды управления (коррекции).
Учитывая возможность использования в ССС для организации соединений «точка-точка» спутниковых модемов различных производителей, очевидным будет разделение тракта передачи команд управления на два участка:
1) От системы управления ЦЗС до ПО терминала.
2) От ПО терминала до стандартного спутникового модема.
Для первого участка необходимо разработать байт-ориентированный протокол, использующий UDP-пакеты с подтверждением от получателя. Например: Команда:
<4 байта> - идентификатор получателя; <2 байта> - номер команды; <0..255 байт> - параметры команды; Подтверждение:
<4 байта> - идентификатор получателя; <2 байта> - номер команды;
Основными параметрами спутникового модема для системы управления ЦЗС являются:
- частота приема/передачи;
- модуляция приема/передачи;
- кодирование/скорость кодирования приема/передачи;
- информационная (символьная) скорость приема/передачи;
- тип скремблера передачи;
- тип дескремблера приема;
- инверсия спектра приема/передачи;
- уровень сигнала передачи;
- состояние несущей.
Одной из функций ПО терминала является конвертация полученных команд управления от системы управления ЦЗС непосредственно в команды управления стандартными модемами, передаваемыми на втором участке тракта управления. Наиболее очевидными для использования протоколами при этом являются SNMP и протоколы управления по стыку RS-232/485 [2, с. 177]. Список использованной литературы:
1. Миронов В.М., Косухин А.С. «Вариант использования стандартных спутниковых модемов для построения VSAT-сети», Символ науки. №9/2015. - Уфа: РИО ООО «Омега сайнс», 2015. -С. 98-105.
2. ITU-T Recommendation M.3010. SERIES M: MAINTENANCE: INTERNATIONAL TRANSMISSION SYSTEMS, TELEPHONE CIRCUITS, TELEGRAPHY, FACSIMILE AND LEASED CIRCUITS.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
3. Миронов В.М., Косухин А.С. «Построение распределенной системы управления разнородным телекоммуникационным оборудованием на основе технологии Windows Communication Foundation», Системы управления и информационные технологии, 1.1(51), 2013. - С. 173-178.
© Миронов В.М., Косухин А.С., 2015
УДК 625.711.84+625.31
В.С. Морозов
д.т.н., профессор, САФУ, ИСиА г. Архангельск, Российская Федерация
РАСЧЕТ ОДНОСЛОЙНЫХ ЗИМНИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ПРОЧНОСТЬ
Аннотация
Рассмотрена методика расчета оснований временных однослойных зимних автомобильных дорог на переходах через болота. Рассмотрены математические модели и приведены результаты расчетов для одно- и двухслойных зимних дорог на болотах, которые хорошо согласуются с опытными данными. В работе впервые получены расчетные зависимости и рассмотрены результаты расчетов минимальной толщины мерзлого торфа в зависимости от нагрузки на дорогу, типа болота (коэффициент постели), ширины дороги и температуры.
Ключевые слова
Мерзлый торф, зимние автомобильные дороги, болота, расчет толщины, математическая модель.
Северные территории России и Западной Сибири богаты лесом, нефтью, газом и другими полезными ископаемыми. Однако эти территории имеют слаборазвитую транспортную инфраструктуру, что затрудняет освоение лесопокрытых площадей и месторождений полезных ископаемых.
Проезжую часть зимних автомобильных дорог прокладывают на основании из минерального грунта и на болотах. Примерно до 70 % сезонных зимних дорог в Западной Сибири и до 55 % - на Европейском Севере России проходит по болотам, заболоченным и обводненным территориям. Устройство таких дорог требует применения специальных методов их расчета на прочность [1,2], конструирования и технологии строительства [3,4].
Существующие методы расчета зимних дорог на прочность [5] рассматривают слой мерзлого торфа как некоторую плиту, лежащую на линейно-дефор-мируемом основании из талого торфа. Эта плита характеризуется своими физико-механическими свойствами (прочность, модуль упругости и др.), а основание - коэффициентом постели.
В зависимости от типа болот для их транспортного освоения применяют однослойные, двухслойные, трехслойные и многослойные дорожные одежды. Условные схемы их поперечных сечений приведены на рисунке.
Схематичные поперечные профили зимних дорог на болотах: а — однослойная дорога; б — двухслойная дорога; в — трехслойная дорога; 1 — мерзлый минеральный грунт (снеголед); 2 — продольный (поперечный) настил; 4 — мерзлый торф; 5 — основание дорожной одежды; 0-0 — нейтральная плоскость, делящая слой мерзлого торфа на зону растяжения (4') и зону сжатия (4").
