Критерии выбора архитектуры системы связи

Функциональные задачи управления сетью связи

Конкретные пользователи будут назначать различные приоритеты критериям выбора варианта архитектуры системы связи. Например, коммерческая компания попытается снизить стоимость и риск создания системы связи, тогда как для военных наивысшим приоритетом может быть живучесть системы. Ниже рассмотрены основные факторы, которые оказывают влияние на критерии выбора варианта архитектуры системы связи.

Орбита космического аппарата. Параметры орбиты космического аппарата определяют, как долго он будет находиться в зоне видимости наземной станции, а также определяют потенциальную необходимость использования линий межспутниковой связи. Высота полета космического аппарата определяет покрытие поверхности Земли, а параметры его орбиты в целом – задержки между последовательными прохождениями космического аппарата через зону видимости конкретной наземной станции. Параметры орбиты космического аппарата определяют также количество аппаратов в системе, необходимое для выполнения заданных требований по непрерывности покрытия поверхности Земли Мощность передатчика и размеры антенны зависят от дальности от космического аппарата до наземной станции (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 13.3 настоящей главы). Продолжительность нахождения космического аппарата в зоне видимости наземной станции определяет сложность алгоритмов вхождения в связь и управления полетом космического аппарата (подробнее этот вопрос рассмотрен в Главе 14).

Спектр радиочастот. Выбор несущей частоты радиосигнала влияет на требования к мощности передатчиков космического аппарата и наземной станции, геометрические размеры и ширину диаграммы направленности антенны и на требования по точности стабилизации космического аппарата. В свою очередь, эти факторы оказывают влияние на размеры, сложность и стоимость космического аппарата. Несущая частота сигнала влияет также на запас мощности передатчика, необходимый для компенсации затухания радиоволн в дожде (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 13.3 настоящей главы). Наконец, необходимо подать частотную заявку и получить разрешение на использование частоты от регулирующих органов, таких как Международный союз телекоммуникаций, Федеральная комиссия связи США или Межотраслевой консультативный комитет по радиосвязи Министерства обороны США. Эти же организации ведают распределением точек стояния космических аппаратов на геостационарной орбите (подробнее этот вопрос рассмотрен в Главе 21).

Скорость передачи данных. Скорость передачи данных пропорциональна количеству информации, передаваемой в единицу времени между космическим аппаратом и наземной станцией (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 13.2 настоящей главы). Чем больше скорость передачи данных, тем больше требуемые мощность передатчика и геометрические размеры антенны (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 13.3 настоящей главы). Обработка информации на борту космического аппарата уменьшает требуемую скорость передачи данных без потерь существенной информации, однако одновременно повышает сложность бортового оборудования космического аппарата (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 13.2 настоящей главы).

Коэффициент занятости. Доля времени, необходимая для эксплуатации канала связи с космическим аппаратом, носит название коэффициента занятости (англ. duty factor). Величина этого коэффициента зависит от характера космического проекта и параметров орбиты космического аппарата. Небольшая величина коэффициента занятости позволяет использовать одну наземную станцию для обслуживания более чем одного космического аппарата (такая практика является обычно для наземных станций телеметрического контроля и командного управления). Альтернативным вариантом является разделение несколькими пользователями одного канала связи с космическим аппаратом (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе 13.5 настоящей главы).

Доступность канала связи. Доступность канала связи (англ. link availability) является отношением времени, в течение которого канал связи доступен для пользователя, к общему времени работы канала. Величина доступности зависит от надежности используемого оборудования, наличие резервного оборудования, времени, необходимого для восстановления работоспособности оборудования после отказа, величины перерывов в работе канала из-за неблагоприятных метеорологических условий в районе расположения наземной станции (например, дождя), и от наличия альтернативных линий связи. Типовые значения коэффициента доступности канала связи находятся в диапазоне от 0.99 до 0.9999, причем большее значение характерно для коммерческих сетей телефонной связи (вопросы надежности более подробно рассматриваются в Главе 19).

Время доступа к каналу связи. Максимально допустимое время доступа к каналу связи (англ. link access time), или время ожидания пользователей перед получением доступа к их каналам, зависит от характера космического проекта. Например, обычно мы требуем доступа к каналам голосовой связи в течение нескольких секунд. Метеорологические данные необходимы менее, чем через час, чтобы их можно было использовать для решения задач прогноза погоды. С другой стороны, данные о рентгеновском излучении в космическом пространстве, собираемые научным космическим аппаратом, могут быть запомнены на его борту и переданы на Землю позднее. Каналы траекторных измерений, телеметрического контроля и командного управления часто должны быть доступны в режиме, близком к реальному времени, особенно если задача управления требует немедленной реакции оператора наземной станции, управляющего полетом космического аппарата. Время доступа к каналу связи существенно зависит от выбранных параметров орбиты космического аппарата, которые определяют время его нахождения в зоне видимости наземной станции. Отметьте, что режим реального времени невозможен для проектов межпланетных космических аппаратов, поскольку время распространения радиоволн на таких расстояниях исчисляется минутами или даже часами.

Угрозы. На проект системы связи могут оказывать влияние различные потенциальные угрозы. Например, при проектировании систем военной спутниковой связи выбор несущей частоты, антенны, вида модуляции и энергетического запаса канала связи должен учитывать требования устойчивости к радиопротиводействию. В то же время высотный ядерный взрыв может внести возмущения в процесс распространения радиосигналов. Физическая угроза космическому аппарату может потребовать использования в системе нескольких аппаратов или повышения защищенности его конструкции (эти вопросы более подробно рассматриваются в Главе 8). Физическая угроза наземной станции может потребовать введения в состав системы связи спутника-ретранслятора и межспутниковых линий связи, что позволит переместить наземную станцию на безопасную территорию.

В рассматриваемом примере космического проекта FireSat предусмотрено использование низкоорбитальных космических аппаратов с ограниченной зоной обслуживания каждого из них. Если расположить наземную станцию вблизи лесистой местности, подлежащей контролю со стороны системы FireSat, то это позволит отказаться от вариантов архитектуры с промежуточным хранением информации или с использованием межспутниковых линий связи. В этом случае архитектура системы связи сведется к проведению сеансов связи с единственным космическим аппаратом во время нахождения его в зоне видимости наземной станции. Для каждого района поверхности Земли, подлежащего контролю со стороны системы FireSat, необходима отдельная наземная станция.