В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр
Денис 
Денис В предыдущей статье, опубликованной в [1], на примере действующей в настоящее время системы связи "Гонец" рассматривались ее качественные показатели с точки зрения пространственной доступности и оперативной готовности низкоорбитальной группировки космических аппаратов. В то же время для оценки качества системы связи по ее целевому назначению необходимо использовать критерий оперативности, поскольку оперативность – это способность правильно и быстро решать поставленные задачи. Считая, что радиоинтерфейс системы связи обеспечивает достаточный уровень достоверности передачи информации, оперативность будет определяться своевременностью, т.е. соответствием времени доставки сообщений предъявленным требованиям [3, 4]. В литературе вопросам оценки возможного времени доставки сообщений в низкоорбитальной системе связи рассматриваемого типа посвящен ряд работ [5, 6, 10]. Однако результаты были получены только для некоторых частных случаев.
Для уточнения временных характеристик доставки сообщений c учетом особенностей работы системы, использующей перенос сообщений на борту низкоорбитальных КА, рассмотрим основные режимы работы.
Наиболее часто используется два основных режима, характеризующиеся разной схемой организации связи [1].
Первый соответствует схеме организации связи абонентов через КА, работающие в радиоконтакте с земными узловыми станциями (ЗУС) – режим online. Второй соответствует способу передачи сообщений с помощью КА, не находящихся в непосредственном контакте с ЗУС, – режим offline. Именно в этом режиме осуществляется транспортировка информации в бортовом запоминающем устройстве КА.
Для указанных режимов работы имеются следующие характерные направления передачи сообщений. Первое направление – Абонент–КА– ЗУС (ЗУС–КА–Абонент), второе – Абонент–КА–Абонент. Так, например, в режиме online абоненты системы ORBCOM используют только маршруты Абонент–КА–ЗУС. При этом КА находится в непосредственном контакте как с абонентом, так и с ЗУС. Для системы "Гонец" в режиме online допускаются также маршруты Абонент–КА–Абонент, при этом оба абонента должны иметь непосредственный радиоконтакт с одним и тем же КА, который работает под управлением ЗУС и передает сообщение от одного абонента другому.
В режиме offline для системы ORB-COM передача сообщений организуется на основе направления от Абонента к КА с последующей транспортировкой сообщения на борту КА к ЗУС (Абонент–КА–ЗУС) и наоборот: ЗУС–КА– Абонент. Для системы "Гонец" в данном режиме также допускается перенос сообщений от абонента к абоненту без участия ЗУС (Абонент–КА–Абонент).
Оперативность работы системы связи в целом будет характеризоваться временем передачи сообщений в указанных режимах работы и по рассмотренным маршрутам.
Будем проводить анализ применительно к одному из вариантов построения низкоорбитальной системы связи "Гонец", который предусматривает использование орбитальной группировки (ОГ) из 24 КА, расположенных в четырех орбитальных плоскостях по шесть КА в каждой, и трех ЗУС, расположенных в Москве, Железногорске и Комсомольске-на-Амуре. Используются круговые орбиты с высотой полета КА 1500 км и наклонением 82,5 град. [7, 8, 10, 11]. Также ограничимся рассмотрением передачи только коротких сообщений, а именно таких, которые могут быть переданы в течение однократного радиоконтакта абонента с КА и не нуждаются во фрагментации. Длительность таких сеансов оценивалась [1].
Очевидно, оперативность передачи сообщений при работе системы связи в режиме online наиболее высокая. При недостаточной насыщенности ОГ КА она определяется временем подлета к абонентам КА, подходящего для организации связи, т.е. временем ожидания готовности ОГ к работе с абонентом.
При этом пространственная доступность абонентов будет ограничиваться зоной ответственности ЗУС. Соответствующие зоны, полученные путем имитационного моделирования работы системы в режиме online, приводились в [1] для времени 15 мин ожидания подлета к абонентам КА, работающего в режиме online. Соответственно, повышение оперативности работы системы в этом режиме может быть достигнуто за счет уменьшения размеров зон ответственности ЗУС или за счет увеличения числа КА в ОГ.
Так, на рис. 1 слева показаны зоны ответственности Московской ЗУС для гарантированно не превышаемого времени ожидания 5, 10 и 15 мин подлета КА, а справа – для среднего времени ожидания, которое является наиболее вероятным.
Увеличивая насыщенность системы космическими аппаратами, можно создать зоны ответственности, характеризующиеся нулевым временем ожидания готовности ОГ к работе с абонентами.
В режиме offline ситуация более сложная и определяется маршрутом передачи сообщений.
При передаче сообщений по маршруту, обязательно включающему ЗУС, получаем цепочку Абонент1–КА1–ЗУС–КА2– Абонент2, и оперативность передачи сообщений будет определяться суммой:
В случае, когда используется маршрут, предусматривающий непосредственную передачу сообщения по цепочке Абонент1–КА–Абонент2, оперативность определяется суммой:
Таким образом, для режима offline при увеличении числа КА в ОГ будет уменьшаться время ожидания готовности ОГ к работе. Однако время переноса сообщения на борту не будет зависеть от количества КА в ОГ, поскольку оно определяется движением КА и расположением Абонента2.
Оценим последовательно величину временных интервалов, соответствующих указанным направлениям передачи сообщений и влияющих на оперативность доставки.
Как было показано в [1], ОГ, включающая 24 КА, не обеспечивает гарантированного непрерывного покрытия Земли зонами радиовидимости. На различных широтах максимальное и среднее время ожидания готовности ОГ к работе с абонентами будет разным. Соответствующие зависимости показаны на рис. 2 [1].
После того, как сообщение передано на борт КА, работающего в режиме offline, время доставки будет определяться характером движения именно того КА, который получил сообщение.
Оценим время пребывания сообщения на борту КА путем анализа особенностей движения его зоны радиовидимости и набора статистики наблюдений этого КА абонентами. Для этого рассмотрим на интервале времени в один виток часть поверхности Земли, которая хотя бы один раз будет находиться в пределах видимости одного КА. Полученную область будем называть рабочей зоной витка. Часть поверхности Земли, которая на протяжении одного витка ни одного раза не будет попадать в пределы видимости КА, назовем слепой зоной витка, которая распадается на две не связанные области. Описанная ситуация показана на рис. 3 и 4 для типовой орбиты системы связи "Гонец".
На рис. 3 и 4 градациями черного цвета показано двумерное распределение повторяемости наблюдения одного КА из точек на поверхности Земли, построенное для интервала времени в один виток. Таким образом, если на борту КА находилось сообщение, в рассмотренном интервале времени в один виток оно могло бы быть доставлено только абонентам, расположенным в рабочей зоне этого витка.
Увеличивая время моделирования, получим, что из-за суточного вращения Земли рабочая зона витка постепенно осмотрит все промежуточные наземные точки, которые ранее попадали в слепые области. На рис. 5 показано максимальное время между последовательными посещениями зоны радиовидимости КА по углу места 10 град. одних и тех же абонентов, расположенных на различных широтах, гарантирующее, что рассматриваемый КА был доступен для всех точек на поверхности Земли.
Таким образом, на рис. 5 представлено максимальное (слева) и среднее (справа) время, через которое переданное абонентом сообщение может вернуться к отправителю, если не было доставлено адресату. В случае, если возникает подобная ситуация, исходное сообщение должно удаляться из бортового запоминающего устройства КА, генерироваться сигнал о том, что адресат не найден, и приниматься решение о необходимости повторной попытки передачи. При этом можно быть уверенным, что где бы ни находился адресат, он хотя бы один раз оказывался в зоне радиовидимости КА, несущего сообщение.
Рассматривая отдельно взятого абонента и КА, работающие в режиме offline, можно заключить, что адресованные абоненту сообщения попадают на борт в интервале времени между последовательными сеансами связи, этим абонентом. Поэтому графики на рис. 5 также дают хорошую верхнюю оценку максимального и среднего времени переноса информации на борту КА для различных широт места расположения абонента.
Для ОГ низкоорбитальной системы "Гонец", соответствующей этапу развертывания, предусматривающему использование 24 КА, время доставки сообщения по направлению Абонент–Абонент в режиме работы offline не превысит суммы времени ожидания подлета одного КА из ОГ (рис. 2) ивремени переноса сообщения на борту КА (рис. 5). Соответственно, для получения верхней оценки максимального времени доставки необходимо суммировать значения на графиках в левой части рис. 2 и 5, а для оценки среднего времени доставки в правой части рисунков. n
Оперативность передачи коротких сообщений в режиме offline по маршрутам, включающим ЗУС, будет рассмотрена в следующей части статьи.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #1, 2015
Посещений: 10241
Статьи по теме
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
