CC BY
10MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
А.Ф. Акмолов
кандидат технических наук;
С.Н. Ефимов
кандидат технических наук, доцент;
Е.А. Викторов
кандидат технических наук;
A.C. Веремчук
Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского
ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЙ АЛГОРИТМ РАСШИРЯЮЩЕГОСЯ ПОИСКА АБОНЕНТОВ МНОГОСПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
Рассматриваются вопросы организации децентрализованного алгоритма расширяющегося поиска мобильных абонентов разновысотной многоспутниковой системы связи, обеспечивающей глобальное и непрерывное покрытие земной поверхности. Представлены три возможных варианта передачи пакетов запроса поиска абонента в зонах покрытия кластеров космических аппаратов первого и второго уровней.
Одним из перспективных направлений построения орбитальной группировки (ОГ) многоспутниковых систем связи с мобильными абонентами является использование разновысотных спутников-ретрансляторов (СР). Специфика таких разновысотных многоспутниковых систем связи (РМСС) объясняется наличием большого количества космических аппаратов (КА), требующих управления, а также малой продолжительностью сеанса связи через один КА, что влечет за собой неоднократный переход наземных абонентов с одного КА на другой следующий за ним. При этом основным предназначением РМСС является обеспечение непрерывного и глобального обмена всеми видами информации между мобильными абонентами РМСС — как между собой, так и с абонентами других существующих сетей: стационарных и мобильных сетей связи, использующих различные телекоммуникационные технологии.
Создание РМСС с комбинированной структурой построения ОГ КА связи позволяет сочетать преимущества различных типовых вариантов построения ССС и за счёт этого
компенсировать их отдельные слабые стороны [1]. При этом одними из основных базовых принципов построения РМСС, схема организации связи в которой представлена на рисунке 1, являются:
баллистическое построение на основе разновысотных спутниковых кластеров первого и второго уровня (в состав космического сегмента РМСС входят 24 КА на низких и восемь КА на средних околополярных круговых орбитах, причем в зоне покрытия КА второго уровня (КА-2) постоянно находятся три КА первого уровня (КА-1));
использование широковещательного режима передачи пакетов в канале управления зоны покрытия каждого СР РМСС, который может быть реализован на основе алгоритма поиска мобильного абонента.
Предлагаемый алгоритм использует широковещательные возможности кластеров КА-1 и КА-2 в пределах своих зон покрытия и учитывает наличие межспутниковых радиолиний между КА-2, обеспечивающих возможность
Рис. 1. Схема организации связи в РМСС
трансляции пакетов запроса в остальных кластерах РМСС.
Реализация алгоритма поиска абонента в РМСС в глобальном пространстве осуществляется с использованием канала управления, организуемого на выделенных частотах для передачи пакетов запроса поиска абонента в зонах покрытия кластеров КА-1 и КА-2. Данный канал может быть организован на основе протокола случайного множественного доступа типа Р-АШНА применительно к случаю коммутируемого спутникового моноканала [2], который в отличие от традиционной однолучевой схемы обеспечивает такую же степень использования пропускной способности каналов связи, что и протокол Б-АЬОНА, но в отличие от последней не требует синхронизации при передаче пакетов во временных окнах.
Последовательность поиска вызываемого абонента в РМСС предполагает реализацию следующего алгоритма:
1. Передача пакета запроса в канале управления на организацию сеанса обмена в пределах зоны покрытия кластера КА-1 с получением автоматической квитанции по обратному каналу связи в пределах пятна покрытия. В случае неудачной попытки, обусловленной искажением пакета, конфликтом пакетов или блокировкой пакета в коммутируемом моноканале кластера КА-1, данный пакет через случайный временной интервал передается повторно. Эта
процедура осуществляется до успешной передачи пакета запроса в пятне покрытия кластера КА-1.
2. Если вызываемый абонент находится в зоне покрытия кластера КА-1, то его терминал, осуществляет прием пакета запроса с использованием процедуры селекции по своему адресу. При этом осуществляется автоматическая передача пакета ответа. Передача пакета ответа осуществляется аналогичным образом в канале управления кластера КА-1 в соответствии с протоколом Р-АШНА.
3. При приеме пакета ответа до истечения времени таймера ожидания вызывающий терминал определяет наличие требуемого абонента в зоне кластера КА-1 и формирует запрос на установление сеанса связи требуемого вида (рисунок 1, вариант № 1). Соответствующий вариант связи представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Вариант связи в режиме прямой ретрансляции сигналов в кластере КА-1 РМСС
МБЛН ОБ СОММиШСЛГКЖ Б((ШРМБШ: Iss. 1 (141). 2018
4. При отсутствии вызываемого абонента в зоне кластера КА-1 таймер ожидания терминала вызывающего абонента превысит установленный порог. При этом будет сформирован пакет запроса с признаком поиска абонента в кластере КА-2. Данный пакет демодулируется на борту КА-1, фиксируется в списке и поступает в очередь для передачи в канале управления кластера КА-2. Далее реализуется описанный выше алгоритм передачи пакета запроса КА-1 в кластере КА-2.
5. Пакет запроса ретранслируется КА-2 в зоне покрытия. Этот пакет принимают соответствующие КА-1 и ретранслируют его каждый в своей зоне покрытия. При наличии вызываемого абонента в зоне одного из кластеров КА-1 его терминал селектирует пакет запроса по адресу вызываемого абонента и автоматически формирует ответный пакет, который передаются в канале управления кластером КА-1. Данный
пакет ответа ретранслируется в канале управления кластером КА-2, который фиксирует факт наличия вызываемого абонента в своей зоне обслуживания (рисунок 1, вариант № 2). Вариант связи в пределах одного кластера КА-2 представлен на рисунке 3.
6. При отсутствии вызываемого абонента в зоне кластера КА-2 его таймер ожидания ответа превысит установленный порог. КА-2, используя межспутниковые радиолинии, транслирует пакет по кольцу из кластеров КА-2 с использованием сети коммутации пакетов управления связью.
7. Пакет запроса ретранслируется в каждом кластере КА-2 в зоне покрытия. Механизм передачи пакета запроса в пределах каждого кластера, реализуется аналогичным образом, как описано выше в пунктах 5и6.
С учетом суммарной глобальной зоны покрытия поверхности земли всеми кластерами КА-2 вызываемый абонент будет найден самой
Рис. 3. Вариант связи в пределах одного кластера КА-2 РМСС
Рис. 4 — Вариант связи в пределахразных кластеров КА-2 РМСС
Передача пакета канала управления в кластере КА-1 (вариант № 1)
Запрсс на организацию сеанса обмена а пределах кластера КА-1
Окончание сеанса связи
Активность а луче
Подключение луча к моноканалу
Ретрансляция гахета в моноканале КА-1
Блокировка луча КА-1
Активность в луче
Активность в луче
| Снятие блокировки луча КА-1
Конфликт в луче
Случайный интервал задержки
Отключение луча от моноканала
Превышение времени ожидания вызываемого абонента
Вызываемый абонент а зоне покрытия кластера КА-1
Получение квитанции по оьрэтному каналу
Запрос с признаком поиска абонента в пределах кластера КА-2
Передача пакета канала управления в кластере КА-2 (вариант № 2)
1олучение транзитного
Запрос на установление сеанса связи требуемого вида
Вызываемый абонент в зоне покрытия кластера КА-2
Трансляция пакета запроса поиска абонента между КА-2
Информационный обмен между абонентами
Передача пакета канала управления между кластерами КА-2 (вариант № 3)
Блокировка лучей КА-1 на время передачи транзитного пакета в моноканале
Рис. 5. Алгоритм расширяющегося поиска абонентов
сетью в одном из этих кластеров в зоне покрытия кластераКА-1 (рисунок: 1, вариант№ 3). Вариант связи для удаленных абонентов, находящихся в зонах покрытия разных кластеров КА-2, представлен на рисунке 4.
Общая реализация децентрализованного алгоритма расширяющегося поиска абонентов РМСС показана на рисунке 5, где представлены все три варианта передачи пакетов запроса по-
иска абонента в зонах покрытия кластеров КА-1 и КА-2.
Достоинством предлагаемого подхода является его децентрализованность, что с учетом возможного применения РМСС как системы двойного назначения является важным фактором, обеспечивающим успешное функционирование системы связи в особые периоды военно-политической обстановки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мальцев Г.Н., Цветков К.Ю., Родионов A.B., Акмолов А.Ф., Ефимов С.Н., Коса-ревичД.В., Викторов Е.А. Концепция построения разновысотной многоспутниковой системы связи с мобильными абонентами. // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. Выпуск № 630. / под ред.
М.М. Пенькова. - СПб.: BKA им. А.Ф. Можайского, 2011. - С. 5-10.
2. Цветков К.Ю., Акмолов А.Ф., Викторов Е.А. Модель канала управления передачей смешанного трафика речи и данных в разновысотной системе спутниковой связи. // Информационно-управляющие системы, 2012. №3. — С. 63-70.
