CC BY
217
Список использованной литературы
1. Резников, М.И. Паровые котлы тепловых станций / М. И. Резников, Ю М. Липов. М.: Энергоиздат, 1981. 345 с.
2. Инструкция по эксплуатации котлоагрегата БКЗ-500-140-1.
3. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. - М.: Наука, 1976. - 888 с.
4. Войкунский Я.И., Фаддеев Ю.И., Федяевский К.К. Гидромеханика. - Л.: Судостроение, 1982 - 455 с.
5. Глюза А.Т. и др. Тепловые и атомные электрические станции. - Минск: Вышейшая школа, 1991 - 336 с.
6. Гоппе Г.Г. Математическая модель расхода потоков жидкостей в трубопроводах как звено САР // Автоматизация химических производств, НИИТЭХИМ №4 - Москва, 1973 - с. 32-43.
© П.А. Лузин, 2015
УДК 004.75, 007.51
Миронов Вадим Михайлович
канд. техн. наук, научный сотрудник, Академия ФСО России, г. Орел, РФ E-mail: [email protected] Косухин Александр Сергеевич старший научный сотрудник, Академия ФСО России, г. Орел, РФ E-mail: [email protected]
ВАРИАНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАНДАРТНЫХ СПУТНИКОВЫХ МОДЕМОВ ДЛЯ
ПОСТРОЕНИЯ VSAT-СЕТИ
Аннотация
Статья посвящена проблеме развития корпоративных спутниковых сетей связи в условиях финансовых ограничений с одной стороны и нехваткой спутникового ресурса и требованиями повышения эффективности его использования - с другой. На основе анализа ограничений существующих систем-прототипов, определены требования к принципам построения единой системы управления, в части, касающейся синхронизации многостанционного доступа.
Ключевые слова
VSAT-сети, управление оборудованием, распределенные системы, многостанционный доступ.
Современные корпоративные информационно-вычислительные системы предъявляют все более высокие требования к пропускной способности используемых каналов связи. Приложения этих систем уже не ограничиваются привычным доступом к базам данных или корпоративной электронной почте, безусловным требованием времени является передача мультимедийных данных в реальном масштабе времени.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №9/2015 ISSN 2410-700Х_
И если для наземного сегмента корпоративной информационно-вычислительной системы вопрос модернизации не является особенно трудоемким и затратным (существующие технологии позволяют с запасом наращивать пропускную способность относительно недорого), то для спутникового сегмента уровень капитальных вложений является важным фактором, определяющим политику и технические решения при модернизации.
Развитие технологий спутниковой связи неуклонно ведет к снижению стоимости трафика, передаваемого через спутниковый канал. Появление технологии VSAT позволило, по сути, убить сразу двух зайцев для потребителей - повысить скорость передачи данных и снизить стоимость терминального оборудования до уровня сопоставимого с проводными решениями. Кроме того, VSAT-система позволяет более эффективно использовать выделенный частотный ресурс транспондера, что является чуть ли не определяющим фактором при выборе технологии построения системы спутниковой связи в условиях глобального дефицита этого ресурса [1].
Однако за эти преимущества приходится расплачиваться передачей контроля над собственной системой связи VSAT-оператору. Согласитесь, не всякая компания или ведомство может позволить себе подобный подход. С другой стороны, иметь собственный хаб VSAT-сети довольно накладно.
По данным [2], минимальный уровень затрат на создание центральной станции VSAT -сети - 2,2-2,3 миллиона долларов только для закупки и установки основного оборудования. К тому же, капитальные вложения в ранее построенные спутниковые сети требуют разумного использования уже имеющегося оборудования.
Определим требования к системе спутниковой связи компании или ведомства, которые на наш взгляд имеют решающее влияние при принятии решения относительно ее модернизации.
1. Требования к безопасности передачи информации и функционирования сети в целом. Управление сетью не должно передаваться сторонним компаниям и операторам. Управление шифрованием, распределение ключевой информации должно находиться в ведении службы безопасности компании или ведомства.
2. Требования по увеличению пропускной способности спутниковых каналов связи для передачи голоса и видео в реальном масштабе времени.
3. Требования по повышению эффективности использования выделенной полосы частот, оптимизации затрат на закупку частотного ресурса.
4. Требования максимального использования уже имеющегося оборудования спутниковой связи.
5. Требования к масштабируемости сети. Ввод в эксплуатацию дополнительных станций спутниковой связи должен осуществляться максимально оперативно и недорого.
Дальнейшие рассуждения имеют ценность для коммерческих компаний или ведомств, признающих применимость всех вышеописанных ограничений к собственным сетям спутниковой связи.
Если рассматривать пункты 1-5 как некую систему ограничений, в целом облик сети спутниковой связи можно обрисовать следующим образом.
Создаваемая вновь (либо модернизируемая) сеть является VSAT-сетью, с одной (или несколькими) центральной станцией (хабом), осуществляющей управление всем телекоммуникационным оборудованием сети. Система управления позволяет эффективно управлять имеющейся полосой частот, используя TDMA в качестве основного режима доступа для узловых станций. Дополнительным режимом является расширение пропускной способности для абонента или перевод его в режим SCPC по запросу. В качестве оборудования связи используются имеющиеся стандартные спутниковые модемы.
Подобные VSAT-системы, построенные на основе спутникового оборудования, изначально предназначенного для работы в SCPC-режиме, существуют. Одной из них является система Vipersat.
Vipersat - VSAT-система, построенная на основе модемов производства Comtech EF Data Corp. Данная система предназначена для обеспечения спутниковой связью ограниченное число абонентов, и может
использовать обратный канал как TDMA, так и SCPC, специально выделенный для данного абонента с возможностью расширения пропускной способности (dSCPC).
Топология сети Vipersat подразумевает от одного до нескольких сотен удаленных терминалов, управляемых с центрального хаба при помощи системы управления VMS (VIPERSAT Management System). Каждый обратный канал от терминала получает скорость от 64К до 2Mbps, используя временное разделение. Для обеспечения расширяемости системы могут добавляться дополнительные TDMA-каналы для отдельных групп терминалов. В прямом канале от хаба используется обычная схема TDM, передаваемая через стандартный SCPC или DVB-канал со скоростью от 128Kbps до 45Mbps.
Обратный канал TDMA (STDMA - selective TDMA) имеет два режима работы - фиксированный и динамический. При фиксированном режиме обеспечивается жесткое закрепление таймслота за терминалом, чем достигается гарантированная скорость передачи. Динамический режим позволяет более успешно передавать IP-трафик, учитывая его природу. В этом случае границы таймслота терминала расширяются или сужаются до определенных пределов, позволяя компенсировать «взрывной» характер IP-потока.
Подход, предпринятый создателями Vipersat, позволяет на основе существующего SCPC-оборудования построить VSAT-сеть. Однако, исходя из того, что имеющееся спутниковое оборудование может быть различных производителей, система управления должна обеспечивать взаимодействие с широким спектром спутниковых модемов, причем, при появлении новых моделей, временные и финансовые затраты на адаптацию их для работы с системой управления должны быть приемлемы. Осуществить это можно используя описанные в [3] программные агенты, транслирующие команды системы управления в команды, предусмотренные конкретным производителем оборудования.
Рисунок 1 - Топология VSAT-сети, построенной на стандартных модемах
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №9/2015 ISSN 2410-700Х_
Кроме того, необходим некий механизм синхронизации, позволяющий обеспечивать доступ абонентских станций к хабу в режиме TDMA. Vipersat использует для синхронизации терминалов следующий механизм. Раз в несколько секунд модем, являющийся хабом, рассылает карту таймслотов (Burst Map), содержащую алгоритм распределения таймслотов по терминалам. В карте также содержится текущее значение часов хаба, которое используется остальными станциями как отправная точка. Относительно невысокая точность (около 125 мкс) часов модема, а также задержка распространения сигнала для географически разнесенных станций заставляют использовать защитные интервалы вначале каждого таймслота, что влияет на его длительность, и, тем самым, ограничивает количество возможных терминалов на один модем-хаб (около 20 для Vipersat).
Также необходимо учесть, что стандартный SCPC-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 по ряду причин.
Исходя из вышесказанного, при создании VSAT-сети на основе спутниковых SCPC-модемов различных производителей, следует обратить внимание на следующие два момента.
1. Синхронизация терминалов;
2. Буферизация пользовательских данных при работе в TDMA-режиме.
Вопрос синхронизации терминалов, использующих 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) (рис. 1), 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. Синхропакет, формируемый системой управления, доставляется при помощи multicast-рассылки терминалам и служит признаком окончания текущего таймслота и начала следующего. Он содержит идентификатор терминала, которому разрешено включить передачу, а также параметры приемника хаба.
Программный агент, управляющий модемом терминала, получает синхропакет и дает команду модему на включение или выключение передачи. 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 хаба (об этом ниже).
Очевидно, в силу географии, 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, по нашим оценкам, ограничивает количество возможных терминалов до 8 на хаб (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. Следующий алгоритм представляет собой один из пригодных вариантов распределения (рис. 2).
Временная диаграмма распределения, полученная на основе алгоритма (рис. 1) представлена на рисунке 3.
Нетрудно заметить, что распределение времени между активными и неактивными терминалами представляет из себя вложенный цикл, то есть на один неактивный таймслот приходится полный цикл активных таймслотов. Таким образом, цикл синхронизации по всем активным терминалам будет составлять NА +1 шагов, где - количество активных терминалов. Загруженность обратного канала, как отношение количества активных терминалов к количеству шагов цикла синхронизации, показана на рисунке 4. Здесь N - количество терминалов, зарегистрированных на хабе.
Рисунок 2 - Алгоритм распределения времени включения активных и неактивных терминалов.
Рисунок 3 - Временная диаграмма распределения таймслотов для шести терминалов, три из которых -
неактивны.
Рисунок 4 - Загруженность обратного канала связи
Очевидно, при таком распределении таймслотов неактивные терминалы получают меньше внимания со стороны хаба. Для определения доли пропускной способности, выделяемой одному неактивному терминалу можно использовать формулу:
Р =
1
(N - x)x + (x -1)'
где N - количество терминалов, зарегистрированных на хабе, X - количество неактивных терминалов. По рисунку 5 нетрудно заметить, что наименьшую долю пропускного канала неактивный терминал получает в случае, когда количество неактивных терминалов примерно равно количеству активных.
Рисунок 5 - Доля времени обратного канала, выделяемая для одного неактивного терминала.
Вторым важным аспектом, влияющим на работоспособность УЗАТ-сети, построенной на основе стандартных спутниковых модемов, является буферизация трафика в сторону хаба. Подавляющее большинство модемов, предназначенных для работы в режиме 8СРС, не имеют такой функции, что приводит к потерям пакетов при работе в режиме ТБМА.
Реализовать подобный буфер можно на той же вычислительной платформе, на которой располагается программный агент, осуществляющий управление модемом (рис. 6).
Рисунок 6 - Схема управления буфером терминала
Основным требованием к вычислительной платформе в этом случае будет наличие двух интерфейсов Ethernet. Для снижения задержек при получении и обработке синхропакетов, программный агент должен иметь максимально разрешенный операционной системой уровень приоритета. Выводы.
Мы рассмотрели подход к модернизации системы спутниковой связи корпоративной информационно -вычислительной системы в условиях ограничений, не все из которых возможно преодолеть финансовым способом. Не претендуя на окончательность и оптимальность решения, заметим лишь, что даже в рамках таких условий есть перспектива для развития системы связи и повышения эффективности использования имеющегося оборудования, пусть даже и несколько устаревшего.
Список использованной литературы:
1. Кантор Л.Я. Расцвет и кризис спутниковой связи, Электросвязь, № 7, 2007.
2. «Интерактивные сети VSAT: краткая экономическая справка», каталог «Спутниковая связь и вещание -2007», стр. 90-91.
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
© В.М. Миронов, А.С. Косухин, 2015
УДК 004.72+316.42
Никифоров Олег Юрьевич
начальник отдела ИКРиТ ВоГУ, г. Вологда, РФ E-mail: [email protected]
БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ Аннотация
Интернет Вещей - это популярная концепция развития вычислительных сетей, включающих технические устройства, оснащенные технологиями для взаимодействия как друг с другом, так и с внешней средой без участия человека. В данной статье рассматриваются ключевые технологии Интернета вещей.
Ключевые слова Интернет вещей, RFID, NFC, ZigBee.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации, проект № МК -1739.2014.6 «Человек в технической среде: конвергентные технологии, глобальные сети, Интернет вещей».
В наиболее общем обывательском приближении Интернет вещей можно представить как некоторая всеобъемлющая сеть предметов (оцифрованных артефактов), которые имеют уникальный идентификатор, обладают возможностью сообщать информацию человеку и другим техническим устройствам о своем текущем статусе и состоянии в контексте текущей задачи, умеют использовать вычислительные ресурсы облачных технологий.
Рассмотрим ряд ключевых технологий, которые оказали существенное влияние на Интернет вещей.
Радиочастотная идентификация (РЧИ), или как ее называют за рубежом RFID (Radio Frequency Identification) - это современная технология идентификации, предоставляющая существенно больше
