شبکه مخابراتی ماهواره ای VSAT در بسیاری از کشورها و از جمله ایران طی دهه اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته و در زمینه های مختلف مخابراتی (به خصوص انتقال Data) کاربرد وسیعی پیدا کرده است.
نام ماهواره مورد استفاده Intelsat 902 است و واقع در62 درجه شرقی است.
در این مقاله ساختار و اصول کار این نوع شبکه مورد بررسی قرار گرفته است.
2-ساختار شبکه VSAT
شبکه VSAT شرکت خدمات انفورماتیک، یک شبکه مخابرات ماهواره ای است که در جهت انتقال داده های بانکی، تحت پروتکل های مختلف (…,SDLC,X-PAD,X.25)مورد استفاده قرار گرفته است.
این شبکه با بهره گیری از ایستگاه های زمینی کوچک و کم قدرت (آنتن های با قدرت 8/1 متر و کمتر و هم چنین پایانه ها با قدرت حدود یک وات) که از طریق ایستگاه مرکزی پر قدرت(HUB) با یکدیگر ارتباط برقرار می نمایند، امکان ایجاد سرویس های ارتباطی مختلف را با هزینه مناسب در محدوده وسیع جغرافیایی فراهم می آورد(شکل 1).
ایستگاه مرکزی علاوه بر اینکه نقش یک سوئیچ هوشمند را در داخل شبکه (جهت ارتباط پایانه ها با یکدیگر) دارا می باشد، وظیفه کنترل و مدیریت بر برنامه ریزی و عملکرد کلیه اجزاء شبکه را نیز عهده دار می باشد.
3-اجزائ شبکه VSAT
بطوریکه در شکل (1) نشان داده شده اسست، شبکه VSAT از سه جزء اساسی پایانه VSAT، ایستگاه مرکزی یا HUB و کانال ماهواره ای تشکیل شده است.
ساختار هر کدام به شرح زیر می باشد.
1-3-پایانه VSAT
پایانه VSAT از دو بخش اساسی به نام واحد درونی (IDU)2 و واحد بیرونی (ODU)3 تشکیل شده است.
IDU در داخل ساختمان و در نزدیکی تجهیزات کاربر نصب می شود، در حالیکه ODU که شامل آنتن و بخش RFU4 می باشد، در خارج از ساختمان قرار می گیرد.
وظیفه کلی هر کدام از این واحد ها به شرح زیر می باشد.
1-1-3- واحد I DU
واحد IDU همانطور که در شکل (2) نشان داده شده است به عنوان رابط شبکه با تجهیزات کاربر عمل نموده و بر حسب برنامه ریزی هر پورت پشتیبانی از پروتکل های مختلف کاربر را انجام می دهد.
این واحد شامل بخش IF+Baseband یک گیرنده – فرستنده ماهواره ای می باشد که وظیفه تبدیل اطلاعات کاربر به سیگنال قابل دریافت توسط واحد RF به شکل قابل استفاده توسط پایانه کاربر در جهت دریافت را به عهده دارد.
بدین ترتیب، پایانه کاربر با پروتکل های مختلف (…,X.25,SDLC,LAN) اطلاعات خود را طریق پورت هایRS442,RS232 یا LAN به IDUتحویل داده و یا از آن تحویل می گیرد.
-1-3- واحد ODU
واحد ODU از سه قسمت RFU ، آنتن و پایه تشکیل شده است (شکل(2)).
پایه برای ثابت نگه داشتن آنتن و RFU استفاده می شود.آنتن به قطر 8/1 متر از جنس فایبر گلاس با یک لایه فلزی (توری آلومینیومی ) بوده و از آن به عنوان منعکس کننده (یا پخش کننده وجمع کننده ) امواج الکترو مغناطیسی استفاده می شود.
RFU در یک محفظه ضد آب5 قرار گرفته و وظیفه ارسال اطلاعات به ماهواره ودریافت اطلاعات از ماهواره در باند KU را به عهده دارد.
در بخش RF و در جهت ارسال، سیگنال MSK دریافتی از IDU ( در محدوده فرکانسی 2 111 مگا هرتز )، پس از تقویت با استفاده از دو طبقه مدولاسیون خطی در باند رادیویی 5/14 ~ 14 گیگا هرتز قرار داده می شود و سپس با استفاده از Feedhorn و آنتن به ماهواره ارسال می گردد.
در جهت دیگر سیگنال با کاربر در باند فرکانسی 7/11 ~ 95/10 گیگا هرتز از ماهواره دریافت وسپس از طریق فیدهورن به LNC6 (در بخش دریافت RFU ) هدایت می شود.
در LNC فرکانس کاربر این سیگنال به میزان 10 گیگا هرتز کاهش یافته و کاربر آن در باند فرکانسی 7/1 ~ 95/0 گیگا هرتز قرار داده می شود.
سیگنال خروجی LNC از طریق کابل IFL به IDU هدایت می شود(شکل 2).
قدرت سیگنال خروجی RFU معمولاً یک وات می باشد.
2-3- ایستگاه مرکزی (HUB ) اجزای HUB به صورت بلوک دیاگرام در شکل (3)نشان داده شده است.
وظیفه هر یک از این اجزا به شرح زیر می باشد.
شکل 2 - اجزای پایانه VSAT الف- RF Subsystem این قسمت وظیفه تغییر فرکانس کاربر سیگنال ارسالی وسیگنال های دریافتی را به عهده دارد در جهت دریافت سیگنال های Inroute در باند RF را از ماهواره گرفته وبا تغییر فرکانس کاربر آنها را در باند I F قرار می دهد (بوسیله Down Conv ) در جهت ارسال سیگنال Outroute دریافتی از بخش IF جهت ارسال به ماهواره در باند RF قرار داده می شود ( بوسیله Up Conv).
ب- IF Subsystem این بخش واسطه ای است بین بخش هایBaseband وRF .سیگنال های Inroute دریافت شده از بخش RF در این قسمت با استفاده از 7BCDs دمدوله شده و به قسمت Baseband فرستاده می شود.
در جهت ارسال سیگنال دیجیتال دریافتی از قسمت Baseband (سیگنال Outroute ) در باند IF قرار داده می شود ( بوسیله بخش MOD از Outroute Modem).
این سیگنال سپس از طریق فرستنده RF به ماهواره ارسال می گردد.
ج- Outroute Modem این قسمت وظیفه مدوله ودمودله کردن سیگنال Outroute ( در بخش IF) را به عهده دارد.
قسمت MOD این دستگاه وظیفه مدوله کردن سیگنال دیجیتالی دریافتی از بخش Baseband (یعنی سیگنال Outroute )و قرار دادن آن در باند IF را به عهده دارد.
ایستگاه HUB سیگنال Outroute را نیز برای منظورهای کنترلی نظیر محاسبه تأخیر مسیر و تخمین خطا، دریافت می کند.
دمدوله کردن این سیگنال در بخش IF به عهده قسمت DEM از دستگاه Outroute Modem می باشد.
بنابر این قسمت MOD دستگاه Outroute Modem جهت ارسال سیگنال Outroute به پایانه ها و قسمت DEM آن برای دریافت Outroute جهت منظورهای کنترلی در HUB مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل 3 - بلوک دیاگرام ایستگاه مرکزی (HUB) د- Baseband Subsystem وظیفه اصلی این بخش مسیر یابی بسته های اطلاعاتی دریافتی از پورت (پایانه) مبدأ و ارسال آن به پورت های ( پایانه های ) مقصد می باشد.
این عمل توسط قسمت های زیر انجام می شود.
Network Cluster Control(NCC) – این قسمت وظیفه تفکیک کانال های ورودی به HUB (یعنی سیگنال های Inroute )، استخراج بسته های ODLC دریافتی از پایانه ها و نیز ایجاد بسته های ODLC جهت ارسال به پایانه ها (در سیگنال Outroute ) را به عهده دارد.
NCC هم چنین مسئولیت ایجاد و ارسال بسته های کنترل به پایانه ها را نیز به عهده دارد.
Data Port Cluster(DPC) –این قسمت وظیفه دریافت بسته های ODLC داده ها (Date )، مسیر یابی آنها تحت نظارت مدیریت شبکه و ارسال آنها به پورت مقصد در شبکه را به عهده دارد.
هر DPC شامل چهار مدول 8LIM است که هر LIM شامل هشت پورت داده ها ( Date Port ) می باشد.
هر یک از این پورت ها به یک پورت داده ها در پایانه های VSAT اختصاص داده می شود.بسته های اطلاعاتی دریافتی از پایانه ها به یکی از این پورت ها در HUB رسیده وسپس به پورت دیگری برروی LIM که متناظر با پورت پایانه مقصد (در شبکه ) می باشد، هدایت می گردد ویا به عبارت دیگر مسیر یابی می شود.
تعداد DPC درHUB با توجه به تعداد پایانه ها وپورت های داده های آنها در شبکه انتخاب می گردد.
(VPC) Voice Port Cluster – وظیفه این قسمت مشابه DPS می باشد ،با این تفاوت که VPC بسته هایODLC مربوط به صوت را مسیر یابی می کند.
فرآیند مسیر یابی به کمک یک مرکز سوئیچ ( PBX) متصل به VPC ها صورت می گیرد.
تعدادVPC نیز مانندDPS به تعداد پایانه های مجهز به پورت صوت یا تعداد این پورتها در شبکه و نیز ترافیک پیش بینی شده برای ارتباطات صوتی در شبکه ،بستگی دارد.
(SIC) System Interface Cluster – این قسمت به عنوان واسطه بین S CC و IF Subsystem عمل می کند.
هر SIC شامل یک PM یک LIM و یک LIM I/O می باشد.
مسیر یابی پیغام ها بین BCDs , Modem , Outroute , SCC مانیتور کردن وضعیت Outroute Modem , BCDs و بخش IF و همچنین همزمانی سیستم، در این قسمت انجام می شود.
ز – System Control Center (SCC) وظیفه این بخش برنامه ریزی و کنترل کلیه عملیات در شبکه می باشد.
این بخش حاوی اطلاعات مربوط به کلیه پارامترهای شبکه بوده و توسط کنسول مدیریت شبکه امکان وارد کردن و نظارت بر پارامترهای شبکه را ایجاد می کند.
کنترل وبرنامه ریزی کانال های ارسالی(Outroute) و کانال های دریافتی(Inroute) در HUB و اختصاص ظرفیت آنها به پایانه ها و نیز مسیر یابی بسته هایODLC از دیگر وظائف این بخش می باشد.
3-3- کانال ماهواره استفاده از کانال های ارتباط ماهواره ای در باندهای فرکانسی مختلفی امکان پذیر می باشد.
مهمترین این باندها عبارتند از باند KU و باند C .پهنای باند قابل استفاده ماهواره در هر یک از این باندها 500 مگا هرتز می باشد.
باندK U بدلیل دارا بودن فرکانس بالاتر و وجود تداخل کمتر در این باند در ارتباطات منطقه ای مورد استفاده قرار می گیرد.
باند C به دلیل پایین بودن فرکانس آن در مخابرات بین المللی و پوشش های وسیع ماهواره ای کاربرد دارد.
در شبکهVSAT سیستم بانکی کشور از باند فرکانس KU سیستم ماهواره ای استفاده می شود که در محدوده فرکانسی 5/14-14 گیگا هرتز ارسال به ماهواره و در محدوده فرکانسی 7/11 – 95/10 گیگا هرتز دریافت از ماهواره صورت می پذیرد.
هر یک از باندهای فرکانسی در ماهواره به اجزائی موسوم به ترانسپوندر(Transponder) با پهنای باندهای مختلف تقسیم می گردد.
کانال های ارتباطی شبکه VSATشامل Outroute ها وInroute ها بخشی از یک ترانسپوندر را اشغال می نماید.شکل (4) نمونه ای از ترانسپوندرهای باند K u بر روی یک ماهواره و قرار گیری کانالهای ارتباطی شبکه V SAT بر روی آنها را نمایش می دهد.
4-3- انتقال اطلاعات در داخل شبکه انتقال اطلاعات در داخل شبکهV SAT از طریق دو نوع کانال Outroute و Inroute صورت می پذیرد کانال های Outroute اطلاعات را از HUB بهVSAT منتقل می نماید.
بدین ترتیب که HUB فرستنده این کانال ها و VSAT ها گیرنده آن می باشند.
نحوه ارسال بر روی این کانال ها به روش مالتی پلکس زمانی یا 9( TDM) صورت می پذیرد.
بدین معنی که HUB بسته های اطلاعات ارسالی به V SAT ها را در حوزه زمان کنار یکدیگر چیده و بر روی فرکانس کانال Outroute ارسال می نماید.(شکل5 ) کانال های Inroute جهت انتقال اطلاعات از VSAT ها به HUB مورد استفاده قرار می گیرند.
هر کانال Inroute به تعداد خاصی از پایانه ها نسبت داده می شود و مشترکاً مرد استفاده آنها قرار می گیرد.
نحوه ارسال بر روی این کانال به طریقه TDMA10 می باشد.
به عبارت دیگر تمامی پایانه های یک Inroute بر روی فرکانس مشخص اما در لحظات زمانی مختلف، اطلاعات خود را به H UB ارسال می نمایند.(شکل 6 ) مدیریت شبکه VSAT این امکان را بوجود می آورد که بتوان با تفکیک منطقی یا فیزیکی کانالهای Outroute و Inroute گروه های مستقل از پایانه های VSAT در شبکه ایجاد نمود.
بدین ترتیب علی رغم اینکه تمامی این گروه ها از ایستگاه مرکزیHUB مشترک استفاده می نمایند، تبادل اطلاعات درون هر یک بطور کاملاً مستقل از یکدیگر صورت می پذیرد.
به بیان دیگر عملاً هر بانک یا سازمان دارای یک شبکه اختصاصی خواهد بود.
شکل 5 - کانال ارتباطی Outroute در شبکه 4- مزایای شبکه VSAT با توجه به ساختار و امکانات کنترلی که در شبکه V SAT وجود دارد ، استفاده از شبکه VSAT همراه با مزایای زیر است : الف- ضریب اطمینان ارسال اطلاعات :دسترسی به اطلاعات در شبکه V SAT به سادگی امکان پذیر نیست.
ب- ضریب اطمینان بالا : بدلیل استفاده از R edundancy در لایه های مختلف.
ج- کنترل آسان در کل شبکه : کلیه پایانه ها از مرکز کنترل شبکه (ایستگاه مرکزی) قابل کنترل است.
د- سهولت توسعه : با نصب یک پایانه (در محدوده زمانی چند ساعت) می توان نقطه ارتباطی جدیدی را در سطح کشور ایجاد کرد.
ز- امکان تهیه آمار و اطلاعات ترافیکی در شبکه : ترافیک شبکه در مرکز کنترل (ایستگاه مرکزی) قابلMonitoring است.
ح- سحولت تطبیق با نیازهای کاربر : در این شبکه امکان اضافه کردن نقاط ارتباطی ویا جابجایی آنها وجود داشته و به راحتی قابل انجام است.
و- امکان استفاده از سرویس های متنوع : شبکه VSAT انواع پروتکل ها و سرویس ها را پشتیبانی می کند.
ه- سهولت عیب یابی : کنترل متمرکز روی شبکه این امکان را بوجود آورده که بتوان به راحتی و از راه دور (از طریق ایستگاه مرکزی) پایانه ها را مورد آزمایش قرار داد.
شکل 6 - کانال ارتباطی inroute شبکه