Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Разность задержек здесь объясняется тем, что в твердыхтелах сигнал распространяется медленнее, чем в воздухе.Еще одним важным свойством спутников является то, что они — исключительно широковещательное средство передачи данных. На отправку сообщения сотнямабонентов, находящихся в зоне следа спутника, не затрачивается никаких дополнительных ресурсов по сравнению с отправкой сообщения одному из них.
Для некоторых применений это свойство очень полезно. Например, можно представить себекэширование на спутнике популярных веб-страниц, что резко повысит скорость ихзагрузки на сотни компьютеров, находящихся довольно далеко друг от друга. Конечно,широковещание симулируется обычными двухточечными сетями, однако спутниковоевещание в этом случае обходится значительно дешевле.
С другой стороны, с точкизрения конфиденциальности данных, спутники — это прямо-таки беда: кто угодноможет прослушивать абсолютно все. Здесь на защиту тех, кому важен ограниченныйдоступ к информации, встает криптография.Спутники связи обладают еще одним замечательным свойством — независимостьюстоимости передачи от расстояния между узлами. Звонок другу, живущему за океаном,стоит столько же, сколько звонок подружке, живущей в соседнем доме.
Космическиетелекоммуникационные технологии, кроме того, обеспечивают очень высокую степеньзащиты от ошибок и могут быть развернуты на местности практически мгновенно, чтоочень важно для военных и служб МЧС.2.4.2. Средневысотные спутникиНа гораздо более низких высотах, нежели геостационарные спутники, между двумяпоясами Ван Аллена, располагаются средневысотные спутники (MEO, MediumEarth Orbite Satellites).
Если смотреть на них с Земли, то будет заметно их медленноедрейфование по небосводу. Средневысотные спутники делают полный оборот вокругнашей планеты примерно за 6 часов. Соответственно, наземным приемопередатчикамнеобходимо следить за их перемещением. Поскольку эти спутники находятся гораздониже, чем геостационарные, то и «засвечиваемое» ими пятно на поверхности Землиимеет более скромные размеры. Зато для связи с ними требуются менее мощные передатчики.
Спутники MEO используются для поддержки навигационных систем, а нев телекоммуникациях�, поэтому в дальнейшем мы не будем их рассматривать. Примерами средневысотных спутников являются около 30 спутников системы GPS (GlobalPositioning System, Глобальная система определения местонахождения), вращающихсявокруг Земли на высоте около 20 200 км.2.4.3. Низкоорбитальные спутникиСнизим высоту еще больше и перейдем к рассмотрению низкоорбитальных спутников (LEO, Low-Earth Orbite Satellites). Для того чтобы создать целостную систему,охватывающую весь земной шар, нужно большое количество таких спутников. Причиной тому является, прежде всего, высокая скорость их движения по орбите.
С другой стороны, благодаря относительно небольшому расстоянию между наземнымипередатчиками и спутниками, не требуется особо мощных наземных передатчиков,2.4. Спутники связи 141а задержки составляют всего лишь несколько миллисекунд. Расходы на запуск тожезначительно ниже. В этом разделе мы рассмотрим два примера спутниковых группировок, применяемых для голосовой связи: Iridium и Globalstar.IridiumВ течение первых 30 лет существования спутников связи низкоорбитальные спутники использовались очень мало, поскольку они появлялись и исчезали из зонывидимости передатчика слишком быстро.
В 1990 году фирма Motorola совершилабольшой прорыв в этой области, попросив FCC разрешить ей запустить 77 спутников связи для нового проекта Iridium (77-м элементом таблицы Менделеева является Иридиум). Впрочем, планы вскоре изменились, и было решено использоватьтолько 66 спутников, поэтому проект следовало бы переименовать в Dysprosium, ноэто название звучало бы менее благозвучно.
Идея состояла в том, что на место исчезающего из вида спутника будет тотчас приходить следующий. Этакая карусель.Такое предложение породило новую волну безумной конкуренции среди коммуникационных компаний. Каждая из них захотела «повесить» в небе свою цепочкунизкоорбитальных спутников.После семи лет притирки компаний друг к другу и решения вопросов финансирования совместными усилиями удалось, наконец, запустить спутники. Услуги связиначали предоставляться с ноября 1998 года.
К сожалению, коммерческий спрос набольшие и тяжелые телефоны спутниковой связи оказался незначительным, потомучто за семь лет конкурентной борьбы, которые прошли до запуска проекта Iridium,сотовая связь шагнула очень далеко вперед. В результате Iridium практически неприносил прибыли, и в августе 1999 его пришлось объявить банкротом — это былоодно из самых эффектных корпоративных фиаско в истории. Спутники, как и другоеимущество (стоимостью порядка $5 миллиардов), были проданы инвестору за $25миллионов в качестве своего рода космической распродажи старого барахла.
Другиепредприятия по предоставлению услуг спутниковой связи вскоре последовали печальному примеру.Проект Iridium был вновь запущен в марте 2001 года и продолжает расти. Этасистема предоставляет связь с любой точкой земного шара при помощи ручныхустройств, связывающихся напрямую со спутниками. Можно передавать речь, данные,факсы, информацию для пейджеров, а также навигационную информацию. И все этоработает и на суше, и на море, и в воздухе! Основными клиентами Iridium являютсясудоходные, авиационные компании, фирмы, занимающиеся поиском нефти, а такжечастные лица, путешествующие в местах, где отсутствует телекоммуникационная инфраструктура (например, пустыни, горы, Южный полюс, некоторые страны третьегомира).Спутники Iridium вращаются по околоземной круговой полярной орбите на высоте750 км. Они составляют ожерелье, ориентированное вдоль линий долготы (по одномуспутнику на 32° долготы).
Шесть таких ожерелий опоясывают Землю, как показано нарис. 2.15. У каждого спутника максимум 48 ячеек (пятен от лучей сигналов), а полосапропускания вмещает 3840 каналов. Некоторые каналы используются пейджинговымикомпаниями и для навигации, остальные — для передачи данных и речи.142 Глава 2. Физический уровеньРис. 2.15. Шесть ожерелий Земли из спутников IridiumШесть ожерелий позволяют покрыть всю поверхность Земли, как видно на рисунке. Интересным свойством Iridium является то, что в этой системе обмен даннымимежду очень удаленными друг от друга абонентами происходит в космосе, как показано на рис. 2.16, а.
Абонент на Северном полюсе напрямую связывается со спутником,который находится над ним. У каждого спутника четыре соседа, с которыми он можетобмениваться данными: два в том же ожерелье (см. рис. 2.15) и два в соседних. Спутники передают голосовые данные по этой сетке, и в результате речь первого абонентадостигает второго абонента на Южном полюсе.Рис. 2.16.
Пересылка данных в космосе (а); пересылка данных наземными станциями (б)GlobalstarАльтернативой проекту Iridium является система Globalstar. Она построен на48 низкоорбитальных спутниках, но имеет иную схему ретрансляции сигналов. Если2.4. Спутники связи 143в Iridium в качестве маршрутизаторов используются сами спутники, передающие поцепочке сигнал (что требует наличия на них довольно сложного оборудования), тов Globalstar применяется обычный принцип «узкой трубы». Допустим, звонок приходит на спутник с Северного полюса (рис. 2.16, б). Принятый сигнал отправляетсяобратно на Землю и захватывается крупной наземной приемопередающей станциейрядом с домиком Санта-Клауса.
Маршрутизация производится между такими станциями, разбросанными по всему миру. Наземная цель сигнала — ближайший ко второмуабоненту наземный маршрутизатор. Через находящийся рядом с ним спутник вызовпоступает к абоненту. Преимуществом такой схемы является то, что наиболее сложноеоборудование устанавливается на поверхности Земли, а здесь работать с ним гораздопроще, чем на орбите. К тому же использование мощных наземных антенн позволяетпринимать слабый сигнал со спутника; значит, можно уменьшить потребную мощностьтелефонов. В результате телефоны передают сигналы с мощностью всего несколькомилливатт, и наземные антенны получают очень слабый сигнал, даже после его усиления спутником.
Тем не менее такой мощности хватает для нормальной работы.За год в космос запускается около 20 спутников, включая спутники-гиганты, весящие более 5000 кг. Организации, которые не могут позволить себе огромных бюджетныхтрат, используют крошечные спутники. Для того чтобы сделать исследование космического пространства более доступным, академики из Калифорнийского политехнического института и Стэнфорда в 1999 году придумали стандарт миниатюрных спутников и подходящей пусковой установки, значительно снижающие стоимость запускаспутника (Nugent и др., 2008). CubeSat — это спутник, представляющий собой куб состороной 10 см.
Каждый такой спутник весит не более одного килограмма, а стоимостьего запуска не превышает 40 000 долларов. Пусковая установка прикрепляется к летательным аппаратам, которые отправляются в коммерческие полеты. Фактически пусковая установка — это труба, вмещающая до трех миниатюрных спутников. На орбитуони выстреливаются при помощи пружины. Уже запущено около 20 спутников CubeSat,и еще очень много проектов находятся в активной разработке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
