Карпенко М.П. Телеобучение

Подождите немного. Документ загружается.

М.П. Карпенко. Телеобучение

391

канале шумов, другими словами, предотвратить ошибки при приеме. Да-

лее сигнал поступает на цифровой модулятор, который преобразует его в

форму, подходящую для передачи по каналу. На приемной стороне сигнал

проходит обратные преобразования (демодуляция, помехоустойчивое де-

кодирование), после чего поступает к пользователю.

Состав и характеристики такой телекоммуникационной системы за-

висят от следующих факторов:

− характеристик коммуникационного канала;

− характера передаваемой информации;

− необходимой полосы частот;

− необходимой мощности передатчика.

При этом направление потока информации определяет расположение

передатчика и приемника. В случае использования одностороннего канала

связи (симплексный канал

) передатчик находится в базовом вузе, прием-

ники – в центрах доступа. При использовании двусторонней спутниковой

связи (дуплексного канала связи

), как в базовом вузе, так и в центрах до-

Симплексное соединение (simplex) – физическое или логическое соединение двух

точек, при котором данные могут передаваться всегда только в одном направлении.

Дуплексная передача (duplex) – передача данных одновременно в двух направле-

ниях по одному каналу.

Рис. 6.14. Модель цифровой коммуникационной системы

392

Телекоммуникации и виртуальные среды

ступа устанавливаются приемопередаточные устройства, но базовая и ре-

гиональные приемопередаточные системы имеют различные характерис-

тики ввиду разной интенсивности их работы (рис. 6.15).

Принимаемый

сигнал

симплексный

канал

Передаваемый

сигнал

Базовый вуз

Передатчик

Источник

информации

Информационный

сигнал

Центр доступа

Приемник

Информация

пользователя

Информационный

сигнал

а)

Принимаемый

сигнал

Принимаемый

сигнал

дуплексный

канал

Передаваемый

сигнал

б)

ередаваемый

сигнал

Базовый вуз

Приемопередаточное

устройство

Информация

пользователя

Информационный сигнал

Источник

информации

Центр д оступа

Приемопередаточное

устройство

Информация

пользовател

Информационный сигнал

Источник

информации

Рис. 6.15. Модели цифровых коммуникационных систем, применяемых в образователь-

ной распределенной спутниковой сети:

а – с использованием односторонней спутниковой связи; б – с использованием двусто-

ронней спутниковой связи

Однако переход во всех центрах доступа на новый вид связи, сопря-

женный с установкой специального оборудования в каждом центре доступа

и прочими техническими процессами в корпоративной сети, в настоящее

время нецелесообразен. В развивающейся сети центров доступа сущест-

вуют малые центры доступа, которым не нужна обратная связь. Поэтому

одновременно в сети будет существовать разделение на два типа связи:

− односторонняя передача (ИСОТ) – для массовой одновременной

рассылки данных;

− двусторонняя передача – для осуществления обратной связи, в том

числе для организации семинаров в режиме реального времени, проводи-

М.П. Карпенко. Телеобучение

393

мых преподавателем из базового с группами учащихся различных центров

доступа.

Ввиду использования двух типов спутниковой связи для реализации

всех вузовских процессов приемно-передаточный комплекс (телепорт)

центрального узла спутниковой образовательной сети состоит из двух мо-

дулей – модуля односторонней спутниковой передачи и модуля двусторон-

ней спутниковой передачи. Аналогичную структуру имеет приемо-переда-

ющий комплекс локального узла – модуль одностороннего спутникового

приема и модуль двусторонней спутниковой передачи (рис. 6.16).

Базовый вуз

Модуль

односторонне й

спутниковой

передачи

Модуль

двусторонней

спутниковой

передачи

Модуль

приема

данных

Модуль

приема и

передачи данных

Центр доступа

Образовательный

контент

Видео, звук, данные

Рис. 6.16. Схема связи базового вуза и центра доступа

Для совершенствования работы распределенного вуза в спутниковой

сети требовалось подобрать наиболее эффективную систему двусторонней

спутниковой связи, которая должна поддерживать множество различных

IP-приложений, реализуя схемы соединения «центральный терминал –

удаленный терминал» и «удаленный терминал – удаленный терминал».

Основными критериями выбора технологии для перехода на двусто-

роннюю спутниковую связь в распределенной образовательной сети ака-

394

Телекоммуникации и виртуальные среды

демии, помимо множества технических параметров, были – доступность

сервисов передачи данных в любой географической точке России, сравни-

тельно низкая стоимость эксплуатации, гарантированная доставка трафи-

ка в обе стороны, т. е. обеспечение QoS для таких приложений как видео-

конференцсвязь и VoIP. Сегодня существует множество операторов связи,

предлагающих все эти сервисы.

Анализ стоимости услуг операторов спутниковых сетей передачи дан-

ных, использующих арендуемые геостационарные спутники и технологии

VSAT, показал, что при организации спутниковой сети более чем из 100

точек становится рентабельным самостоятельное строительство и эксплу-

атация сети VSAT.

Выбор технологии VSAT обоснован экономическими, техническими

и дидактическими перспективами развития образовательной распреде-

ленной сети академии. Именно поэтому основой телекоммуникационной

образовательной сети академии как распределенного вуза стала система

двусторонней спутниковой связи на базе технологии VSAT.

Система состоит из следующих компонентов (рис. 6.17):

− центральная станция системы (головная земная станция со средс-

твами управления), расположенная в базовом вузе;

− удаленные станции – VSAT-терминалы, размещенные в центрах до-

ступа. Станции могут работать со спутниковыми каналами в Ku-диапазо-

не, расширенном Ku-диапазоне, C-диапазоне или расширенном C-диапа-

зоне, обеспечивая транспортную среду для связи центральной станции и

VSAT-терминалов;

− система управления сетью, размещенная в базовом вузе.

Центральная станция системы состоит из широкополосного обору-

дования и радиочастотного терминала. Радиочастотный терминал – это

стандартная антенна с типовым диаметром 4,5 м для Ku-диапазона. Широ-

кополосное оборудование имеет модульное исполнение и содержит:

− спутниковые процессоры центральной станции для контроля пере-

дачи через спутник;

− сервер протоколов центральной станции (HPS) с интерфейсом

100 BaseT;

− процессор протоколов центральной станции (HPP) для последова-

тельных протоколов;

− внутренние средства TCP-ускорения и маршрутизации, подключен-

ные к пользовательскому центральному терминалу;

М.П. Карпенко. Телеобучение

395

− расширенная объектно-ориентированная система управления сетью

(NMS).

Модульная конструкция центральной станции позволяет сделать каж-

дую локальную вычислительную сеть центра доступа максимально рента-

бельной для реализации учебного и других вузовских процессов. Кроме

того, модульное представление конструкции позволяет достаточно легко

реализовывать новые функции, а также независимым образом задавать

размеры портов центрального терминала и полосы для входящих и исхо-

дящих сообщений.

Система управления сетью (NMS) позволяет оператору проводить

мониторинг и управлять всей внутренней сетью. Модель клиент/сервер

предоставляет базовому вузу возможность осуществлять централизован-

ный менеджмент и управление. Сервер рабочей станции системы управле-

ния сетью (NMS) обычно размещается в месте центральной станции, в то

Центральная станция

спутниковой системы –

Базовый вуз

Удаленная

станция

сп

тниковой

системы –

Центр доступа

Серверная

стойка

Процессор

протоколов

центральной

станции

Радио-

частотны й

терминал

Блок

наружной

установки

VSAT

Блок

внутренней

установки

VSAT

Последовательный

порт

Система

управления

сетью

Сервер

мультивещания

Internet/

Intranet

Центральный

терминал

УЛВС

Сервер

протоколов

центральной

станции

Рис. 6.17. Архитектура системы двусторонней спутниковой системы, обеспечивающей

работу распределенного вуза

396

Телекоммуникации и виртуальные среды

время как пользовательская рабочая станция системы управления сетью

(NMS) у самого пользователя. Интерфейс пользовательской системы уп-

равления сетью (NMS) используется для конфигурирования сети, менедж-

мента оператора, мониторинга сети, отображения команд управления,

тревог и событий, сбора статистических данных и подготовки отчетов.

На рис. 6.18 изображен основной экран системы управления сетью (NMS)

системы.

Рис. 6.18. Основной экран системы управления сетью (NMS) спутниковой системы

VSAT-терминал центра доступа (удаленная станция) состоит из не-

большой наружной антенны (с типовым диаметром 0,55–1,2 м для Ku-диа-

пазона и 1,8 м для C-диапазона), маломощного блока наружной установки

(ODU) и блока внутренней установки (IDU).

Блок внутренней установки (IDU) обеспечивает интерфейс для ло-

кальной сети центра доступа и последовательных устройств, а также уп-

равление спутниковой передачей для VSAT-терминалов. VSAT-терминал

конфигурируется с использованием программного обеспечения, загружа-

емого без посещения сайта. Программное обеспечение VSAT-терминала,

которое включает в себя TCP-ускоритель и средства маршрутизации (та-

кие как статическая маршрутизация, RIP и IRDP), включается в блок внут-

ренней установки (IDU).

М.П. Карпенко. Телеобучение

397

Блок наружной установки (ODU) удаленной станции, устанавливае-

мый в фокальной точке антенны VSAT-теминала, передает модулирован-

ные радиочастотные сигналы на центральную станцию и принимает мо-

дулированные радиочастотные сигналы от центральной станции через

спутник. Блок наружной установки содержит мощный повышающий пре-

образователь частоты (HPC) и усилитель мощности для передачи сигнала,

малошумящий блок-конвертор (LNB) для приема сигнала и поляризатор

для подключения усилителя мощности и LNB к антенному облучателю.

Блок наружной установки имеет герметичное исполнение для защиты от

воздействия окружающей среды и способен надежно функционировать

при температуре окружающей среды в диапазоне от –40 до +60°C (от -40

до +140°F) при относительной влажности до 100%. В блоке наружной ус-

тановки используется технология спутникового телевизионного приема

TVRO за счет применения в приемном тракте VSAT-терминала серийно

выпускаемого LNB массового производства. Это повышает надежность

системы по сравнению со специально разработанными оригинальными

малошумящими блок-конверторами (LNB). Кроме того, в этом случае ап-

паратура удаленной станции становится проще и дешевле.

Антенна VSAT-терминала включает в себя рефлектор (антенное зер-

кало), офсетный облучатель и монтажный комплект. Стандартный реф-

лектор представляет собой параболическое зеркало, выполненное из ком-

позиционного углепластика. Размер антенны для конкретного месторас-

положения зависит от информационной скорости входящих сообщений,

погодно-климатических условий и спутниковой зоны охвата в данном

регионе:

− для Ku-диапазона размер антенны составляет от 0,55 до 1,20 м (от 2

до 4 футов);

− для C-диапазона или расширенного С-диапазона размер антенны со-

ставляет от 1,80 до 2,4 м (от 6 до 8 футов).

Для реализации задач образовательной спутниковой сети требуется

система, в которой реализована схема двумерного спутникового доступа,

объединяющая методы TDMA, FTDMA и системы ALOHA. При этом уда-

ленные терминалы случайным образом опрашивают выбранные частотные

каналы при каждой передаче. В сравнении с другими системами VSAT, ре-

ализующими TDMA, такая схема доступа обеспечит более эффективное

использование космического сегмента, лучшее время отклика, высокую

пропускную способность и более высокую надежность благодаря лучшей

398

Телекоммуникации и виртуальные среды

защищенности от воздействия интерференционных помех, вызываемых

биениями между несущими.

Схема спутникового двумерного доступа FTDMA позволяет исполь-

зовать 27% космического сегмента для случайного доступа по сравнению с

15% в системах с традиционным алгоритмом ALOHA.

Для еще большего повышения эффективности использования схемы

случайного доступа (RA) применяется специальный алгоритм устранения

конфликтов приложения (CRA). Центральная станция идентифицирует

VSAT-терминалы, которые создают максимальный трафик, и размещает

их пакеты таким образом, чтобы не допустить возникновения конфлик-

тов VSAT-терминалов между собой. Этот метод позволяет повысить эф-

фективность использования космического сегмента примерно на 20% по

сравнению с обычным случайным доступом.

В тех случаях, когда требуется более высокая пропускная способность,

VSAT-терминал может функционировать в режиме выделенного доступа

(DA) как это показано на рис. 6.19. В данном режиме VSAT-терминал ра-

ботает на выделенной частоте, тем самым избегает конфликтов с другими

VSAT-терминалами, как это имеет место в режиме случайного доступа.

С целью достижения максимальной эффективности выделенный час-

тотный интервал (канал) может использовать до шестнадцати VSAT-тер-

миналов. При работе в режиме час-

тично выделенного доступа (PDA)

одна и та же частота может исполь-

зоваться несколькими VSAT-тер-

миналами, тем самым экономятся

частотные каналы выделенного

доступа. Реализация этой функции

приводит к существенной эконо-

мии общего частотного ресурса.

Система, работающая по опи-

санной схеме, поддерживает двой-

ную скорость передачи данных,

как это показано на рис. 6.20. Это

повышает гибкость сетевых прило-

жений и улучшает использование

космического сегмента. Каждый

VSAT-терминал может поддержи-

11 31

25 14

Рис. 6.19. Схема доступа RA/DA

М.П. Карпенко. Телеобучение

399

вать две информационные ско-

рости передачи в режимах мно-

жественного доступа (например,

более низкая скорость передачи

данных назначается для кана-

лов со случайным доступом, а

более высокая скорость исполь-

зуется для каналов выделенного

доступа).

Успешная работа образова-

тельной сети с двусторонней свя-

зью оправдала выбор технологии

VSAT, которая на данном этапе

представляется наиболее эффек-

тивной системой обмена данными

в образовательной распределен-

ной спутниковой сети. Практика

показывает, что ее использова-

ние наиболее эффективно реализует функции двусторонней спутниковой

связи для ведения основных вузовских процессов, а также предоставляет

возможность быстрого доступа в Интернет в тех районах, где классичес-

кие способы связи труднодоступны или нерентабельны, а порой просто

невозможны. Также необходимо отметить такое важное преимущество

выделенной спутниковой сети VSAT по сравнению с сетью общего поль-

зования (Интернет) как возможность организации гарантированного

прохождения трафика приложений. Выделенные сети позволяют уста-

навливать приоритеты и правила для трафика, поддерживая протоколы

QoS. Публичная сеть Интернет зачастую не обладает такой возможнос-

тью, так как состоит из множества сегментов, которые принадлежат раз-

ным операторам, каждый из которых устанавливает собственные правила

прохождения трафика через его сегмент. Поэтому для проведения виде-

оконференций гарантированного качества через сеть Интернет потре-

буется договариваться со всеми операторами на всем пути прохождения

трафика. Кроме того, образовательная сеть распределенного вуза на базе

спутниковой сети VSAT позволяет без ограничения времени и с более

высоким качеством организовать телефонную и факсимильную связь, пе-

редавать данные и видеоизображение между территориально распреде-

76.8 153.6

25 14

Рис. 6.20. Схема организации доступа с двой-

ной скоростью передачи данных

400

Телекоммуникации и виртуальные среды

ленными центрами доступа – вне зависимости от расстояний и объемов

данных.

Положительный опыт Современной гуманитарной академии по ис-

пользованию двусторонней спутниковой связи в целях организации и

проведения учебного процесса показал, что качественная реализация идей

дистанционного образования в сети удаленных центров доступа может

быть основана на внедрении системы SkystarTM 360E. Данная система яв-

ляется частной/разделенной сетью станций системы VSAT-терминалов,

которая разработана для двунаправленных IP-приложений и задач муль-

тивещания с возможностью дополнительной поддержки протоколов X.25

и асинхронных протоколов. Система хорошо подходит для организации

доступа через Интернет и через Интранет на основе web-технологии, а так-

же для организации частных и разделенных сетей, посредством которых

головные офисы или информационные центры могут связываться с сотня-

ми, тысячами и даже десятками тысяч географически удаленных мест. Ра-

циональное использование системой Skystar 360E космического сегмента,

достигаемое благодаря оригинальной схеме спутникового доступа FTDMA,

на практике становится еще более эффективным за счет реализации MSK-

модуляции (манипуляции с минимальным сдвигом) и турбокодирования

во входящих каналах.

Применение системы Skystar 360E позволяет реализовать все пре-

имущества спутниковой связи для целей образования на неограниченном

пространстве:

− высокая надежность связи для обеспечения образовательным

контентом и администрирования учебного процесса самого отда-

ленного центра доступа (в том числе, недоступного другим способам

связи);

− высокая скорость доставки для повышения качества учебного про-

цесса в интерактивном режиме (обратная связь при проведении он-лайн

семинаров, моментальная обработка результатов контрольных мероприя-

тий, проводимых базовым вузом в сети центров доступа в режиме реаль-

ного времени);

− оптимальное использование полосы для сокращения расходов вуза при

работе действующих УЦ и расширении сети центров доступа;

− централизованный менеджмент для организации работы вуза в еди-

ной корпоративной сети с единой системой централизованного админист-

рирования всех вузовских процессов;