Τοπολογίες και Αρχιτεκτονικές Δορυφορικών Δικτύων

Transcript

1 Τοπολογίες και Αρχιτεκτονικές Δορυφορικών Δικτύων Σύνοψη Σ αυτό το κεφάλαιο περιγράφονται οι βασικές τοπολογίες και αρχιτεκτονικές των δορυφορικών δικτύων που συναντώνται στην πράξη, οι οποίες αποτελούν εισαγωγή για την αναλυτική περιγραφή των δορυφορικών συστημάτων που ακολουθούν σε επόμενα κεφάλαια. Συγκεκριμένα, αναλύονται τα δίκτυα δορυφόρων μονής και πολλαπλής δέσμης, οι τεχνικές διασύνδεσης των δεσμών, οι δια-δορυφορικές ζεύξεις, καθώς και οι τοπολογίες σύνδεσης αστέρα (Star), πλέγματος (Mesh) και η υβριδική τοπολογία (Star&Mesh). Επίσης, μελετώνται οι αρχιτεκτονικές και τα είδη ζεύξεων Σημείο-προς-Σημείο (Point-to-Point) και Σημείο-προς-Πολλαπλά Σημεία (Point-to-MultiPoint), καθώς και τα δίκτυα πολυεκπομπής (multicast) και internet. Προαπαιτούμενη γνώση Το κεφάλαιο του παρόντος βιβλίου απαιτεί από τον αναγνώστη να διαθέτει γνώση και εμπειρία σε θέματα δορυφορικών ζεύξεων και συστημάτων Εισαγωγή Τα δορυφορικά δίκτυα χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον για να παρέχουν δύο βασικούς τύπους υπηρεσιών: υπηρεσίες τηλεόρασης, που σχετίζονται με τις υπηρεσίες ευρυεκπομπής (broadcasting) και υπηρεσίες τηλεπικοινωνιών, που σχετίζονται με τις υπηρεσίες αμφίδρομης επικοινωνίας, συμμετρικής τηλεφωνίας ή την ασύμμετρη πρόσβαση διαδικτύου. Στην περιοχή κάλυψης ενός μόνο δορυφόρου μπορούν να αναπτυχθούν ένα ή περισσότερα δορυφορικά δίκτυα και να λειτουργούν με έναν μόνο πάροχο δορυφορικού δικτύου. Με αυτό τον τρόπο, ο πάροχος θα βασίζεται στο επίγειο τμήμα και θα χρησιμοποιεί ορισμένους πόρους επί του δορυφόρου (on-board), μέσω των δορυφορικών διαύλων που χρησιμοποιούνται. Το επίγειο τμήμα αποτελείται από το τμήμα χρηστών και το τμήμα ελέγχου και διαχείρισης. Στο τμήμα χρηστών βρίσκονται τα δορυφορικά τερματικά (Satellite Terminals, ST), που συνδέονται με τον εξοπλισμό του τελικού χρήστη στις εγκαταστάσεις του πελάτη (Customer Premises Equipment, CPE) άμεσα ή μέσω ενός LAN και ενός κεντρικού σταθμού (Hub) ή σταθμών-πυλών (gateways), που μερικές φορές ονομάζονται τερματικά πρόσβασης στο δίκτυο (Network Access Terminals, ΝΑΤ), τα οποία συνδέονται με τα επίγεια δίκτυα. Το τμήμα των χρηστών αποτελείται από: Τα δορυφορικά τερματικά, που είναι επίγειοι σταθμοί, οι οποίοι συνδέονται στα CPE, στέλνοντας ή λαμβάνοντας φέροντα από έναν δορυφόρο, αποτελώντας τα σημεία δορυφορικής πρόσβασης ενός δικτύου. Τα CPE, που ονομάζονται και τερματικά χρηστών (User Terminals, UT), τα οποία περιλαμβάνουν εξοπλισμό, όπως τηλεφωνικές συσκευές, τηλεοράσεις και set-top-boxes, και προσωπικούς υπολογιστές. Τα τερματικά των χρηστών είναι ανεξάρτητα από την τεχνολογία του δικτύου και μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο στα επίγεια όσο και στα δορυφορικά δίκτυα. Τον επίγειο σταθμό-πύλη (Gateway, GW), που παρέχει λειτουργίες διαδικτύωσης σε ένα επίγειο δίκτυο ή μεταξύ του δορυφορικού δικτύου και του Internet. Το τμήμα ελέγχου και διαχείρισης αποτελείται από (Maral & Bousquet, 2012): To κέντρο διαχείρισης και αποστολής του δικτύου (Mission and Network Management Centre, MNMC), που είναι υπεύθυνο για τις υψηλού επιπέδου και μη-πραγματικού χρόνου λειτουργίες διαχείρισης για όλα τα δορυφορικά δίκτυα που έχουν αναπτυχθεί στην περιοχή κάλυψης ενός δορυφόρου. Μπορεί να διαχειρίζεται πολλά NCC και NMC. Τα κέντρα διαχείρισης του δικτύου (Network Management Centres, NMC), που ονομάζονται επίσης διαδραστικά κέντρα διαχείρισης δικτύου (Interactive Network Management Centres 11-1

2 INMC), για λειτουργίες διαχείρισης μη-πραγματικού χρόνου, τα οποία σχετίζονται με ένα μόνο δορυφορικό δίκτυο. Τα κέντρα ελέγχου του δικτύου (Network Control Centres, NCC) για τον έλεγχο σε πραγματικό χρόνο των συνδέσεων και των συσχετισμένων πόρων που εκχωρούνται στα τερματικά, τα οποία αποτελούν το δορυφορικό δίκτυο. Ένα δορυφορικό δίκτυο περιλαμβάνει μια σειρά από δορυφορικά τερματικά, μία ή περισσότερες πύλες και ένα NCC, που λειτουργεί από έναν χειριστή και χρησιμοποιεί ένα υποσύνολο των δορυφορικών πόρων ή την αντίστοιχη χωρητικότητα. Το Σχήμα 11.1 απεικονίζει δύο δορυφορικά δίκτυα, που αναπτύσσονται στην περιοχή της δορυφορικής κάλυψης, και τις ζεύξεις που μπορούν να δημιουργηθούν μεταξύ των διατάξεών τους. Σχήμα 11.1 Διατάξεις ενός τυπικού δορυφορικού δικτύου Συνδεσιμότητα Η συνδεσιμότητα χαρακτηρίζει τον τρόπο με τον οποίο οι κόμβοι ενός δικτύου συνδέονται μεταξύ τους. Η συνδεσιμότητα μεταξύ των τερματικών των χρηστών που συνδέονται σε επίγειους σταθμούς μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους, ανάλογα με την τοπολογία του δικτύου (Maral, 2003): είτε με απευθείας ζεύξη (μονού «άλματος», one hop) από ένα δορυφορικό τερματικό σε ένα άλλο τερματικό μέσω δορυφόρου, κατά την οποία θα πρέπει η απόδοση της ζεύξης να τηρεί την απαιτούμενη ποιότητα. Αυτό ισχύει ιδίως για την τοπολογία πλέγματος. Η ζεύξη τερματικού χρήστη απεικονίζεται στο Σχήμα 11.2, είτε με διπλή ζεύξη (διπλού «άλματος», double hop) μέσω δορυφόρου σε δίκτυο τοπολογίας αστέρα, με το πρώτο τμήμα από το δορυφορικό τερματικό στο Hub και στη συνέχεια το δεύτερο hop, χρησιμοποιώντας τo Hub ως αναμεταδότη στο τερματικό προορισμού, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα

3 Σχήμα 11.2 Συνδεσιμότητα τερματικών χρηστών μέσω τοπολογίας πλέγματος Σχήμα 11.3 Συνδεσιμότητα τερματικών χρηστών και ενός Hub ως αναμεταδότη μέσω τοπολογίας αστέρα Συγκρίνοντας τα Σχήματα 11.2 και 11.3 υποδηλώνεται ότι μία μικρή κεραία μπορεί να χρησιμοποιηθεί καλύτερα για τερματικά σε τοπολογία αστέρα από ό,τι για τερματικά σε τοπολογία πλέγματος. Αυτό συμβαίνει λόγω του ότι η εξερχόμενη ζεύξη (outbound ή forward link) σε έναν κεντρικό σταθμό (Hub) για τερματικά δικτύου αστέρα, παρέχει περισσότερη ισχύ και βελτιωμένη ικανότητα να λαμβάνονται φέροντα που μεταδίδονται από τα τερματικά της εισερχόμενης ζεύξης (inbound ή return link), σε σύγκριση με τα τερματικά της τοπολογίας πλέγματος, ως αποτέλεσμα του μεγαλύτερου μεγέθους της κεραίας του Hub. Μία ζεύξη χρησιμεύει ως φυσική υποστήριξη σε ένα δίκτυο για μια σύνδεση μεταξύ ενός τερματικού αποστολής και ενός τερματικού δέκτη. Το δίκτυο αποτελείται από διάφορες ζεύξεις και κόμβους. Κάθε ζεύξη διαθέτει δύο τελικούς κόμβους, ένας που στέλνει και ένας που λαμβάνει. Σε ένα δορυφορικό δίκτυο υπάρχουν: 11-3

4 Ζεύξεις ραδιοσυχνοτήτων (άνω και κάτω). Καλωδιακές ζεύξεις μεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής μονάδας, ή ανάμεσα στην εσωτερική μονάδα και το τερματικό του χρήστη. Ενδεχομένως επίγειες γραμμές (μικροκύματα ή μισθωμένες επίγειες γραμμές ή γραμμές ως μέρος του δημόσιου δικτύου μεταγωγής) μεταξύ του κεντρικού σταθμού (Hub) και της κεντρικής εγκατάστασης του πελάτη. Οι ζεύξεις στα δορυφορικά δίκτυα είναι συνήθως μονόδρομες, αλλά μία σύνδεση που απαιτεί πλήρως αμφίδρομες ζεύξεις μπορεί να υλοποιηθεί με τη χρήση δύο ζεύξεων: μία για κάθε κατεύθυνση της ροής της πληροφορίας. Σε ένα δίκτυο σε σχήμα αστέρα, μια αμφίδρομη ζεύξη μεταξύ ενός δορυφορικού τερματικού και του κεντρικού σημείου (Hub) έχει δημιουργηθεί για το ένα σημείο από την εισερχόμενη (inbound) ζεύξη και για το άλλο από την εξερχόμενη (outbound) ζεύξη. Μία ζεύξη μπορεί να υποστηρίξει μία σύνδεση κάθε φορά, σε μια λεγόμενη λειτουργία ενός καναλιού ανά φέρον (Single Channel Per Carrier, SCPC) ή να μοιραστεί σε πολλές συνδέσεις, σε μια λεγόμενη λειτουργία πολλαπλών καναλιών ανά φέρον (Multiple Channels Per Carrier, MCPC). Το Σχήμα 11.4 παρουσιάζει αυτές τις έννοιες. (α) (β) Σχήμα 11.4 (α) Λειτουργία ενός καναλιού ανά φέρον (Single Channel Per Carrier, SCPC. (β) Λειτουργία πολλαπλών καναλιών ανά φέρον (Multiple Channels Per Carrier, MCPC) Είδη συνδέσεων δορυφορικών δικτύων 11-4

5 Για σήματα που παράγονται από έναν τερματικό σταθμό της πηγής, με σκοπό να παραδοθούν σε έναν τερματικό σταθμό του προορισμού, το δορυφορικό δίκτυο πρέπει να παρέχει τις ακόλουθες λειτουργίες: να δημιουργήσει μια σύνδεση μεταξύ δύο τερματικών, να δρομολογήσει τα σήματα από τον τερματικό σταθμό της πηγής στον τερματικό προορισμού, αν και ο φυσικός πόρος που προσφέρεται για την παρούσα σύνδεση μπορεί να μοιραστεί με άλλα σήματα σε άλλες συνδέσεις, και να παρέχει την πληροφορία με αξιόπιστο τρόπο. Αξιόπιστη παράδοση των δεδομένων σημαίνει ότι τα δεδομένα είναι αποδεκτά στο ένα άκρο μιας σύνδεσης με την ίδια σειρά όπως μεταδόθηκαν στο άλλο άκρο, χωρίς απώλειες και χωρίς επαναλήψεις. Τα παραπάνω υποδηλώνουν τέσσερις περιορισμούς: Καμία απώλεια (τουλάχιστον ένα αντίγραφο από κάθε τμήμα του πληροφοριακού περιεχομένου παραδίδεται). Καμία επανάληψη (δεν παραδίδεται περισσότερο από ένα αντίγραφο κάθε φορά). Παράδοση First-In First-Out (FIFO), με τα διάφορα τμήματα του περιεχομένου της πληροφορίας να παραδίδονται σύμφωνα με την αρχική σειρά. Το περιεχόμενο της πληροφορίας λαμβάνεται εντός λογικής χρονικής καθυστέρησης. Θα μπορούσαν να προβλεφθούν δίκτυα για την υποστήριξη πολλών διαφορετικών τύπων κίνησης. Ωστόσο, το δίκτυο δεν μπορεί να μεταφέρει όλα τα διαφορετικά είδη κίνησης με οικονομικά αποδοτικό τρόπο. Ως εκ τούτου, τα δορυφορικά δίκτυα βελτιστοποιούνται για δεδομένους τύπους κίνησης, οι οποίοι αποτυπώνουν την εκάστοτε ζήτηση υπηρεσιών από τον χρήστη, προσφέροντας επίσης ως επιλογή άλλα είδη υπηρεσιών. Τα περισσότερα δορυφορικά δίκτυα βελτιστοποιούνται για αμφίδρομη ανταλλαγή δεδομένων. Παρακάτω αναφέρονται μερικοί βασικοί ορισμοί και περιορισμοί που πρέπει να διέπουν τα δορυφορικά δίκτυα, πάνω στους οποίους στηρίζεται η απόδοση του δορυφορικού δικτύου. Οι συνδέσεις σημείο-προς-σημείο (point-to-point) είναι στοιχειώδεις και αποτελούν απλά μια αμφίδρομη σύνδεση μεταξύ δύο επίγειων σταθμών. Ο όρος σύνδεσης σημείο-προς-πολλαπλά σημεία (pointto-multipoint) περιγράφει ένα δίκτυο που συνδέει αμοιβαίως έναν περιορισμένο αριθμό από επίγειους σταθμούς (π.χ. μέχρι πέντε), οι οποίοι είναι κατά προτίμηση του ίδιου τύπου. Τα δίκτυα point-to-point και point-to-multipoint είναι οι πιο κοινοί και συμβατικοί τύποι δορυφορικών δικτύων. Οι πιο συνήθεις εφαρμογές τους είναι στη διασύνδεση των κύριων τηλεφωνικών κέντρων, σε συστήματα με υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων, στην ανταλλαγή τηλεοπτικών προγραμμάτων κ.λπ. Τα διαφορετικά είδη συνδέσεων ενός δορυφορικού δικτύου, που υπάρχουν και λειτουργούν σήμερα, απεικονίζονται στο Σχήμα 11.5 (Maral & Bousquet, 2012). Σχήμα 11.5 Είδη δικτυακών συνδέσεων 11-5

6 Όταν μια ζεύξη επικοινωνίας επιτυγχάνεται μέσω ενός δορυφορικού δικτύου, δύο επίπεδα συνδεσιμότητας πρέπει να διακρίνονται: η συνδεσιμότητα που απαιτείται σε επίπεδο υπηρεσιών και η συνδεσιμότητα που απαιτείται επί του δορυφόρου. Η συνδεσιμότητα σε επίπεδο υπηρεσιών καθορίζει το είδος της σύνδεσης, που είναι αναγκαία μεταξύ των CPEs ή του εξοπλισμού του δικτύου, καθώς και μεταξύ δορυφορικών τερματικών ή πυλών, για να παρέχουν την υπηρεσία που απαιτείται από τους τελικούς χρήστες. Σ αυτό το είδος συνδεσιμότητας, η επεξεργασία πραγματοποιείται κυρίως στο επίγειο τμήμα και βασίζεται σε «αναγνωριστικά», που συσχετίζονται με συνόδους στο επίπεδο 2 και 3 του δικτύου. Το Σχήμα 11.6 απεικονίζει δύο παραδείγματα υπηρεσιών επικοινωνίας. Η υπηρεσία πρόσβασης στο Διαδίκτυο χαρακτηρίζεται από τοπολογία αστέρα ή πολλαπλών αστέρων με συνδεσιμότητα multipoint-topoint: η κίνηση του πελάτη δρομολογείται υποχρεωτικά μέσα από ένα σημείο παρουσίας (POP) και το τερματικό του χρήστη (CPE) συνδέεται με το πλησιέστερο POP του παρόχου του χρήστη. Η υπηρεσία εικονικού ιδιωτικού δικτύου (VPN) χαρακτηρίζεται από τοπολογία πλέγματος, με συνδεσιμότητα point-topoint, με τη συνδεσιμότητα multipoint-to-multipoint να μπορεί, επίσης, να υιοθετηθεί για υπηρεσίες VPN πολυεκπομπής (multicast). Η υπηρεσία αυτή επιτρέπει τη διασύνδεση διαφόρων δικτύων LAN μιας επιχείρησης για τον σχηματισμό ενός ενιαίου LAN. Σχήμα 11.6 Υπηρεσίες επικοινωνίας: (α) υπηρεσίες διαδικτύου και (β) εικονικό ιδιωτικό δίκτυο Η συνδεσιμότητα επί του δορυφόρου (on-board connectivity) καθορίζει πώς οι πόροι του δορυφορικού δικτύου παράγουν μεταγωγές επί του δορυφόρου, προκειμένου να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις συνδεσιμότητας σε επίπεδο υπηρεσιών. Ως εκ τούτου, εξαρτάται από το πώς οι δορυφορικοί πόροι (σημειακές δέσμες, κανάλια, φέροντα, κ.λπ.) θα οργανωθούν τόσο στην άνω όσο και στην κάτω ζεύξη και, κυρίως, από το είδος της κάλυψης που παρέχει το δορυφορικό σύστημα. Στην περίπτωση της παγκόσμιας κάλυψης, κάθε χρήστης που βρίσκεται στην περιοχή κάλυψης, μπορεί να συνδέεται με οποιονδήποτε άλλο χρήστη. Στην κάλυψη πολλαπλών δεσμών (multi-beams), για τη διασύνδεση του κάθε χρήστη από διαφορετικές δέσμες κάλυψης, απαιτείται διασύνδεση των δεσμών και των πόρων που διατίθενται για τις δέσμες επί του δορυφόρου. Τα διαφορετικά είδη των πόρων αντιστοιχούν σε διαφορετικά επίπεδα ανάλυσης και επιφέρουν διαφορετικά είδη επεξεργασίας. Η συνδεσιμότητα επί του δορυφόρου μπορεί να παρέχεται στα εξής επίπεδα (Maral & Bousquet, 2012): Σημειακή δέσμη: Το σύνολο των συχνοτήτων που έχουν εκχωρηθεί σε μία σημειακή δέσμη είναι ενεργοποιημένο επί του δορυφόρου. Μπορεί να αντιστοιχεί σε ένα ή περισσότερα κανάλια (συνήθως 125 ή 250 MHz στην Ka-ζώνη). Δίαυλος: Είναι ισοδύναμος με τον πόρο των συχνοτήτων, όπως μεταδίδεται με κοινό τρόπο μέσω ενός αναμεταδότη (συνήθως 36 ή 72 MHz). Φέρον: Μπορεί να είναι ένα από τα FDMA φέροντα που προσπελάζουν έναν δορυφορικό τερματικό σταθμό ή επίγειο σταθμό ή ένα φέρον MF-TDMA που μοιράζονται διάφορα 11-6

7 δορυφορικά τερματικά (συνήθως από μερικά khz έως δεκάδες MHz, ανάλογα με τη χωρητικότητα του επίγειου σταθμού). Χρονοσχισμή: Αντιστοιχεί στις TDM ή TDMA χρονοσχισμές. Ριπή, πακέτο ή κυψέλη: Αντιστοιχεί σε κάθε τύπο πακέτου του επιπέδου 2 και Τοπολογίες Δορυφορικών Δικτύων Τοπολογία Δικτύου Αστέρα Η τοπολογία ενός δικτύου με κεντρικό σταθμό (Hub) δίνεται στο Σχήμα 11.7(α) και ονομάζεται τοπολογία αστέρα (star topology). Το Hub είναι εφοδιασμένο με ισχυρότερο πομπό και μεγαλύτερων διαστάσεων κεραία από έναν τυπικό επίγειο τερματικό σταθμό. Λόγω των βελτιωμένων χαρακτηριστικών του έναντι των επίγειων τερματικών σταθμών (μεγάλο EIRP και G/T), το Hub μπορεί να λαμβάνει ικανοποιητικά τα φέροντα που εκπέμπονται από τους τερματικούς σταθμούς και να στέλνει τις ζητούμενες πληροφορίες προς τα τερματικά μέσω δικών του εκπεμπόμενων φερόντων. Σε μία τοπολογία πολλαπλού αστέρα (multi-star), αρκετοί κεντρικοί σταθμοί (Hubs) και κόμβοι μπορεί να συνυπάρχουν σε ένα δορυφορικό δίκτυο που επισημαίνεται με τον δακτύλιο. Οι κόμβοι μπορούν να επικοινωνούν μόνο με εκείνον τον κεντρικό σταθμό Hub με τον οποίο συνεργάζονται (Σχήμα 11.7(β)) (Maral, 2003). Σχήμα 11.7 Τοπολογία αστέρα με ένα Hub και τέσσερις επίγειους σταθμούς Interactive 11.1 Τοπολογία πολλαπλού αστέρα Χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της αρχιτεκτονικής δικτύου είναι ότι για την εγκατάσταση της ζεύξης μεταξύ δύο τερματικών σταθμών απαιτείται διπλό «άλμα» (double hop), εξαιτίας του οποίου εισάγεται μια χρονική καθυστέρηση της τάξης των 0,5sec, η οποία και δημιουργεί σημαντικό πρόβλημα σε μερικές εφαρμογές, με κυριότερο αυτό της μετάδοσης φωνής, που είναι ευαίσθητη στις χρονικές καθυστερήσεις. Εξίσου προβληματική είναι και η ζεύξη για εφαρμογές που απαιτούν μετάδοση μεγάλου όγκου πληροφορίας, και αυτό επειδή, καθώς το Hub εκπέμπει προς όλους τους σταθμούς, πρέπει να μοιράζει την ισχύ του προς όλες τις ζεύξεις. Αντίθετα, δεν εμφανίζεται πρόβλημα στην περίπτωση μετάδοσης πληροφορίας μικρού όγκου, που συναντάται π.χ. σε εφαρμογές αναζήτησης και ανάκτησης δεδομένων. Γενικά, η ύπαρξη κεντρικού σταθμού Hub στην περίπτωση δικτύων αστέρα προσφέρει μεγάλη ευελιξία στον έλεγχο του δικτύου με τη χρησιμοποίηση ενός εξειδικευμένου λογισμικού που ονομάζεται Σύστημα Διαχείρισης Δικτύου (Network Management System, ΝΜS), το οποίο είναι εγκατεστημένο στο NMC, με τη βοήθεια του οποίου γίνεται η ενημέρωση για την προσθήκη νέων σταθμών τοπικά στο Hub, από όπου μπορεί να αλλάξει και η διαστασιολόγηση όλου του δικτύου. Ρυθμοί μετάδοσης, σχήματα διαμόρφωσης και κωδικοποίησης, καθώς και πρωτόκολλα διασύνδεσης ελέγχονται και ανανεώνονται μέσω του λογισμικού NMS από το Hub. 11-7

8 Τοπολογία Δικτύου Πλέγματος Όταν η επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών τερματικών σταθμών μπορεί να γίνει και χωρίς τη μεσολάβηση κεντρικού σταθμού, τότε η τοπολογία ονομάζεται τοπολογία πλέγματος (mesh topology), όπως φαίνεται στο Σχήμα Στο σχήμα αυτό παρουσιάζεται η κατεύθυνση ροής της πληροφορίας από τερματικό σταθμό σε τερματικό σταθμό. Ένας σταθμός μπορεί να εκπέμπει ένα σήμα προς όλους τους υπόλοιπους σταθμούς του δικτύου, εκμεταλλευόμενος τη δυνατότητα του δορυφόρου να εκπέμπει προς όλους τους σταθμούς στην περιοχή κάλυψής του ή να εκπέμπει τόσους διαύλους όσοι είναι και οι σταθμοί με τους οποίους επιθυμεί να εγκαταστήσει ζεύξη. Σχήμα 11.8 Δίκτυο τοπολογίας πλέγματος. (α) Παράδειγμα τριών επίγειων σταθμών (τα βέλη αντιπροσωπεύουν τη ροή πληροφορίας, όπως αυτή μεταφέρεται από τα φέροντα που αναμεταδίδονται από τον δορυφόρο). (β) Απλοποιημένη παράσταση για ένα μεγαλύτερο αριθμό επίγειων σταθμών (τα βέλη αντιπροσωπεύουν αμφίδρομες ζεύξεις από δύο φέροντα που μεταδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις) To βασικό χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της τοπολογίας είναι ότι για την ολοκλήρωση κάθε ζεύξης απαιτείται ένα «άλμα» (one hop), δηλαδή μία άνω και μία κάτω ζεύξη, εισάγοντας μία χρονική καθυστέρηση της τάξης των 0,25 sec. Επίσης, η τοπολογία πλέγματος μπορεί να βασιστεί σε ένα διαφανή ή αναγεννητικό δορυφόρο. Στην περίπτωση ενός διαφανούς δορυφόρου, η ποιότητα ραδιοζεύξης μεταξύ δύο οποιωνδήποτε επίγειων σταθμών του δικτύου θα πρέπει να είναι αρκετά υψηλή, για να παρέχει στους τελικούς χρήστες μία δεδομένη ποιότητα υπηρεσίας, ώστε να επιτευχθεί συγκεκριμένος στόχος του ρυθμού σφαλμάτων bits. Αυτό συνεπάγεται επαρκής ισχύ EIRP και ποιότητα κεραίας G/T για κάθε επίγειο σταθμό, δεδομένης της λειτουργίας του δορυφορικού αναμεταδότη. Στην περίπτωση του αναγεννητικού δορυφόρου, η αποδιαμόρφωση των σημάτων επί του δορυφόρου βάζει λιγότερους περιορισμούς στις τιμές στόχου EIRP και G/T των επίγειων σταθμών. Πρέπει να ληφθούν υπόψη οι εξής περιορισμοί που συνεπάγεται η τοπολογία πλέγματος: η εξασθένηση της ισχύος του φέροντος τόσο στην άνω όσο και στην κάτω ζεύξη είναι της τάξης των 200dB, εξαιτίας της απόστασης του επίγειου σταθμού από και προς το γεωστατικό δορυφόρο αντίστοιχα, η ισχύς του δορυφόρου είναι περιορισμένη, της τάξης των μερικών δεκάδων Watt, και το μικρό μέγεθος των επίγειων σταθμών, το οποίο περιορίζει την εκπεμπόμενη ισχύ, καθώς και την ευαισθησία της λήψης. 11-8

9 Όλοι οι προαναφερθέντες περιορισμοί μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα το αποδιαμορφωμένο φέρον στο τερματικό λήψης να μην έχει την απαιτούμενη από τον χρήστη ποιότητα, καθιστώντας την απευθείας ζεύξη από επίγειο σταθμό σε επίγειο σταθμό απορριπτέα Υβριδική Τοπολογία Τέλος, υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης υβριδικής αρχιτεκτονικής του δικτύου, όπου μια ομάδα επίγειων σταθμών μπορούν να επικοινωνούν σε τοπολογία πλέγματος, ενώ οι υπόλοιποι επίγειοι σταθμοί, που απαρτίζουν το δίκτυο, να επικοινωνούν σε τοπολογία αστέρα. Αυτό γίνεται, επειδή κάποια τερματικά των επίγειων σταθμών με υψηλότερες απαιτήσεις τηλεπικοινωνιακής κίνησης μπορούν να εξυπηρετηθούν σε τοπολογία πλέγματος, ώστε να μειωθεί το κόστος που θα προκαλούσε η χρησιμοποίηση ενός κατάλληλου Hub, καθώς και να εξοικονομηθούν δορυφορικοί πόροι. Το υπόλοιπο δίκτυο μπορεί να υλοποιηθεί με τοπολογία αστέρα Συμπέρασμα Συμπερασματικά, τα δίκτυα τοπολογίας αστέρα υποχρεώνονται σε περιορισμούς ισχύος λόγω του μικρού μεγέθους των επίγειων σταθμών, σε συνδυασμό με τον περιορισμό ισχύος του δορυφορικού αναμεταδότη. Αυτό ισχύει, ιδιαίτερα όταν είναι επιθυμητοί επίγειοι σταθμοί χαμηλού κόστος. Τα δίκτυα τοπολογίας πλέγματος μπορεί να υλοποιηθούν κάθε φορά που οι εν λόγω περιορισμοί δεν ισχύουν. Τα δίκτυα τοπολογίας πλέγματος έχουν το πλεονέκτημα της μειωμένης καθυστέρησης διάδοσης (η καθυστέρηση ενός hop είναι 0,25 sec, αντί του 0,5 sec για διπλό hop), το οποίο είναι ιδιαίτερα αξιοπρόσεκτο για τις υπηρεσίες τηλεφωνίας Αρχιτεκτονικές Δορυφορικών Δικτύων Μονόδρομα Δίκτυα Στα μονόδρομα (one-way) δίκτυα, το Hub εκπέμπει πολλαπλά φέροντα προς τους επίγειους σταθμούς με δυνατότητα λήψης μόνο (receive only), όπως φαίνεται στο Σχήμα Αυτή η αρχιτεκτονική του δικτύου υποστηρίζει υπηρεσίες ευρυεκπομπής (broadcasting) από μία κεντρική θέση, όπου βρίσκεται το Hub προς απομακρυσμένες θέσεις, και όπου έχουν εγκατασταθεί οι τερματικοί σταθμοί λήψης. Στην περίπτωση αυτή, εμφανίζονται μόνο οι εξερχόμενες ζεύξεις, αφού το Hub κάνει ευρυεκπομπή πληροφορίας προς όλους τους επίγειους σταθμούς του δικτύου. Οι τερματικοί χρήστες μπορούν να επικοινωνήσουν με τον πάροχο και να υποβάλουν το αίτημά τους μέσω του Δημοσίου Τηλεφωνικού Δικτύου (PSTN). Η εισαγωγή της ψηφιακής τεχνολογίας επιτρέπει μεγάλη ευελιξία στη λειτουργία ενός δικτύου ευρυεκπομπής. Με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού στα τερματικά των χρηστών, τούς επιτρέπεται να αποκτήσουν πρόσβαση σε διαφορετικά μέρη του σήματος ευρυεκπομπής. Αυτή η μορφή επιλογής ομάδας καναλιών ονομάζεται περιορισμένη εκπομπή (narrowcasting), όπως απεικονίζεται χαρακτηριστικά στο Σχήμα (Maral, 2003). 11-9

10 Σχήμα 11.9 Μονόδρομo (one-way) δίκτυο σε σχήμα αστέρα. (α) Παράδειγμα με τέσσερα τερματικά (τα βέλη αντιπροσωπεύουν ροή πληροφορίας, όπως αυτή μεταφέρεται από τα εξερχόμενα φέροντα που αναμεταδίδονται από τον δορυφόρο). (β) Απλουστευμένη αναπαράσταση για ένα μεγαλύτερο αριθμό τερματικών (τα βέλη αντιπροσωπεύουν αμφίδρομες ζεύξεις) Σχήμα Εφαρμογή ευρυεκπομπής (broadcasting), όπου στην ευρύτερη περιοχή κάλυψης υπάρχουν μικρότερες narrowcasting ομάδες. Ο κεντρικός σταθμός εκπέμπει κωδικοποιημένα σήματα, στα οποία ορισμένοι μόνο χρήστες μπορούν να έχουν πρόσβαση Δίκτυα Διανομής (Distribution Networks) Στα δίκτυα διανομής η πληροφορία μεταδίδεται σε μία μόνο κατεύθυνση, χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο ως αναμεταδότη, από τον κεντρικό σταθμό Hub προς έναν αριθμό από απομακρυσμένους σταθμούς μόνο λήψης (receive only), παρέχοντας έτσι ένα παράδειγμα τοπολογίας αστέρα. Η διανομή της πληροφορίας μπορεί να είναι επιλεκτική, δηλαδή να απευθύνεται σε μια ομάδα τερματικών (ή ακόμη και μόνο σε ένα) ή να λαμβάνεται από οποιοδήποτε τερματικό της περιοχής κάλυψης. Πρέπει να τονιστεί, ότι ο δορυφόρος είναι πραγματικά ένα μοναδικό μέσο μετάδοσης για τις υπηρεσίες αυτού του τύπου εκπομπής. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές της δορυφορικής διανομής πληροφορίας για τερματικά σε λειτουργία λήψης μόνο. Για παράδειγμα, η λειτουργία του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμού θέσης (GPS) βασίζεται στη λήψη, με μικρά τερματικά, των σημάτων αναφοράς που μεταδόθηκαν από αρκετούς δορυφόρους σε τροχιά. Ένα άλλο παράδειγμα παρέχεται από τα συστήματα τηλεειδοποίησης, όπου αποκλειστικά σήματα απευθύνονται στους χρήστες. Μια άλλη σημαντική εφαρμογή είναι η διανομή των δεδομένων προς μικρούς σταθμούς λήψης μόνο ή VSATs (περισσότερες λεπτομέρειες για VSATs θα βρείτε στο Κεφάλαιο 14). Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται γενικά στο πλαίσιο των επιχειρησιακών επικοινωνιακών δικτύων και η διανομή μπορεί να είναι είτε γενική είτε να περιορίζεται σε κλειστές ομάδες χρηστών (υποδίκτυα). Αλλά η κύρια και πιο δημοφιλής εφαρμογή του δικτύου διανομής είναι η μετάδοση τηλεοπτικών προγραμμάτων (ή ραδιοφωνικών προγραμμάτων) προς τους μικρούς και φθηνούς σταθμούς TVRO είτε για μεμονωμένους χρήστες (Direct-Τo- Ηome, DTH) είτε για ομαδική λήψη. Υπάρχουν δεκάδες εκατομμυρίων τέτοιων TVROs σε όλο τον κόσμο, με την εφαρμογή τους να αυξάνεται διαρκώς, λόγω της έλευσης των τηλεοπτικών «μπουκέτων», δηλαδή της ταυτόχρονης ψηφιακής μετάδοσης πολλαπλών προγραμμάτων. Ο σχεδιασμός των συστημάτων τηλεοπτικής μετάδοσης προσφέρει ένα πρώτο και πολύ απλό παράδειγμα της βελτιστοποίησης του κόστους των υπηρεσιών. Από τη μία μεριά, το κόστος της επένδυσης του επίγειου κεντρικού σταθμού και των εγκαταστάσεων επεξεργασίας σήματος / μετάδοσης και το επαναλαμβανόμενο λειτουργικό κόστος (μίσθωση χώρων τμήματος, προσωπικό, ανταλλακτικά κ.λπ.) μοιράζονται μεταξύ της πολλαπλότητας χρηστών. Από την άλλη πλευρά, με την εφαρμογή ενός δορυφόρου 11-10

11 με υψηλή τιμή EIRP (σημειακές δέσμες, αναμεταδότης που λειτουργεί κοντά στο σημείο κορεσμού), οι σταθμοί TVRO μπορούν να χρησιμοποιήσουν μικρές κεραίες και μπορούν να παραχθούν μαζικά, με πολύ χαμηλό κόστος. Για παράδειγμα, κεραίες διαμέτρου μεταξύ 0,6m έως 0,8m χρησιμοποιούνται συνήθως για τη λήψη ψηφιακών τηλεοπτικών μπουκέτων που μεταδίδονται στα 11GHz από έναν υψηλής ισχύς δορυφορικό αναμεταδότη FSS (π.χ. 49dBW EIRP). Σημειώστε ότι η μείωση της διαμέτρου της κεραίας μπορεί να περιορίζεται από την ανάγκη να αποφεύγονται παρεμβολές από κοντινούς δορυφόρους. Αυτό δεν πρέπει να συμβαίνει στην BSS, όπου οι δορυφόροι έχουν σημαντική απόσταση μεταξύ τους (περισσότερες λεπτομέρειες μπορείτε να βρείτε στο Κεφάλαιο 13). Στην περίπτωση της διανομής δεδομένων σε VSATs, το κόστος και η περιορισμένη διαθεσιμότητα του ωφέλιμου φορτίου συχνά παραμένουν σημαντικοί παράγοντες. Ο σχεδιασμός του συστήματος συνήθως βασίζεται στη χρήση ενός τμήματος του αναμεταδότη και η βελτιστοποίησή του είναι ένας συμβιβασμός μεταξύ κόστους του VSAT και του ωφέλιμου φορτίου που καταλαμβάνει Δίκτυα Συλλογής (Collective Networks) Τα δίκτυα συλλογής λειτουργούν με αντίστροφο τρόπο από ότι τα δίκτυα διανομής, δηλαδή χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων που συλλέγονται μονόδρομα από απομακρυσμένους επίγειους σταθμούς προς έναν κεντρικό επίγειο σταθμό. Δεδομένου ότι τα περισσότερα τέτοια δίκτυα λειτουργούν σήμερα εκτός των υπηρεσιών FSS, ειδικά για την τηλεπισκόπηση από αφύλακτους σταθμούς, δεν φαίνεται να έχουν βρει πολλές εφαρμογές στο πλαίσιο των υπηρεσιών FSS μέχρι τώρα Αμφίδρομα Δίκτυα Στα αμφίδρομα (two-way) δίκτυα, οι τερματικοί σταθμοί μπορούν να εκπέμπουν και να λαμβάνουν προς και από το Hub, καθιστώντας την τηλεπικοινωνιακή κίνηση αμφίδρομη και διαδραστική (interactive) (Σχήμα 11.11). Ο κεντρικός σταθμός Hub μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στην περίπτωση αυτού του είδους των δικτύων, παίζοντας τον ρόλο του αναμεταδότη του σήματος πληροφορίας για την επικοινωνία μεταξύ των σταθμών, ενώ ταυτόχρονα εκτελεί διάφορες λειτουργίες συντονισμού του δικτύου. Συνήθως, ο σταθμός Hub είναι συνδεδεμένος με έναν κεντρικό υπολογιστή στα κεντρικά γραφεία της εταιρείας που χρησιμοποιεί το δίκτυο, οπότε και τα διάφορα απομακρυσμένα τερματικά συνδέονται μέσω αυτού με διάφορες υπηρεσίες που υποστηρίζει ο κεντρικός υπολογιστής (Maral, 2003). Σχήμα Αμφίδρομο (two-way) δίκτυο επίγειων σταθμών σε σχήμα αστέρα. (α) Παράδειγμα με τέσσερις επίγειους σταθμούς (τα βέλη αντιπροσωπεύουν ροή πληροφορίας, όπως αυτή μεταφέρεται από τα φέροντα που αναμεταδίδονται από τον δορυφόρο). (β) Απλουστευμένη αναπαράσταση για ένα μεγαλύτερο αριθμό επίγειων σταθμών (τα βέλη αντιπροσωπεύουν αμφίδρομες ζεύξεις από δύο φέροντα που μεταδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις). Συγκεντρωτικά, τα αμφίδρομα δίκτυα έχουν αρκετές χαρακτηριστικές λειτουργίες που μπορούν να συνοψισθούν ως εξής: 11-11

12 Όπως και στην περίπτωση της μονόδρομης τοπολογίας αστέρα, το συνολικό κόστος του συστήματος ελαχιστοποιείται, διότι η υψηλής επένδυσης κεντρική μονάδα (Hub), η οποία κατ ανάγκη υλοποιείται με σχετικά μεγάλη κεραία και με δαπανηρό εξοπλισμό ελέγχου και υπομονάδων ραδιοζεύξεων, μοιράζεται μεταξύ πολλών χρηστών. Η υψηλή ποιότητα της κεραίας του Hub (G/T) επιτρέπει στους απομακρυσμένους χρήστες να είναι εξοπλισμένοι με σταθμούς χαμηλού κόστους, διότι απαιτείται μόνο ένα, σχετικά μικρό, κέρδος κεραίας και ένας ενισχυτής εκπομπής χαμηλής ισχύος. Τα εξερχόμενα φέροντα (outbound) από τον κεντρικό σταθμό προς τους απομακρυσμένους σταθμούς απαιτούν υψηλή RF ισχύ από τον δορυφορικό αναμεταδότη. Ωστόσο, τα εισερχόμενα φέροντα (inbound), από τους απομακρυσμένους σταθμούς προς τον κεντρικό σταθμό, απαιτούν πολύ λιγότερη ενέργεια. Σε αυτήν την περίπτωση, η συνολική ισχύς που απαιτείται από τον δορυφορικό αναμεταδότη ελέγχεται κυρίως από τα εξερχόμενα φέροντα. Ένα ανώτατο όριο στην ισχύ του ενισχυτή των απομακρυσμένων σταθμών (και ένα ελάχιστο όριο για τη διάμετρο της κεραίας τους) μπορεί να επιβληθεί από το μέγιστο επιτρεπόμενο EIRP εκτός κεντρικού άξονα (παρεμβολή άνω ζεύξης προς τους γειτονικούς του δορυφόρους). Για παράδειγμα, υποθέτοντας μία κεραία 1m για έναν απομακρυσμένο σταθμό στη ζώνη 6/4 GHz, η μέγιστη ισχύς εκπομπής θα πρέπει να είναι περίπου 0,5W/4kHz (- 3dBW/4kHz)), βάσει της σύστασης ITU-R S.524. Οι συνέπειες είναι ότι μία αρκετά μεγάλη κεραία του Hub θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί και ότι μπορεί να χρειαστεί ένα σημαντικό ποσό ενέργειας. Στην περίπτωση των τηλεπικοινωνιών σε αγροτικές περιοχές, ο κεντρικός σταθμός (Hub) είναι συνήθως εφοδιασμένος με εξοπλισμό μεταγωγής και συχνά δρα ως «εξ αποστάσεως» τηλεφωνικό κέντρο ή κέντρο δεδομένων για τους απομακρυσμένους σταθμούς. Επιπλέον, μπορεί να διαχειριστεί τη διαδικασία σύνδεσης / αποσύνδεσης των απευθείας ζεύξεων μεταξύ των απομακρυσμένων σταθμών, με δυνατότητα λειτουργίας τεχνικής DAMA στον κεντρικό σταθμό. Σημειώστε ότι, στην περίπτωση αυτή, το δίκτυο χρησιμοποιεί αρχιτεκτονική πλέγματος. Εάν η καθυστέρηση του διπλού hop είναι αποδεκτή, η αρχιτεκτονική αστέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή πλήρως διασυνδεδεμένων ζεύξεων μεταξύ μικρών, χαμηλού κόστους απομακρυσμένων σταθμών (εξοπλισμένων με μικρές κεραίες και χαμηλής ισχύος στερεάς κατάστασης ενισχυτές). Φυσικά, αυτό συνεπάγεται τη χρήση ενός δορυφόρου υψηλής ισχύος EIRP για κάθε εξερχόμενο φέρον. Σε μια τέτοια διάρθρωση, ο κεντρικός σταθμός (Hub) λειτουργεί ως αναμεταδότης μεταξύ των απομακρυσμένων σταθμών. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκτελέσει πολλές περισσότερες λειτουργίες από απλή αποδιαμόρφωση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτιστοποίηση χωριστά των εξερχόμενων και των εισερχόμενων ζεύξεων. Ορισμένες λειτουργίες επεξεργασίας σήματος, οι οποίες θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στο Hub, είναι: αποπολυπλεξία των εισερχόμενων φερόντων ή αλλαγή των σημάτων προς τον προορισμό τους και πολυπλεξίας τους σε μια διαφορετική διάταξη, αν είναι απαραίτητο. Στην απλούστερη περίπτωση των εισερχόμενων και εξερχόμενων φερόντων SCPC, απαιτείται μόνο μεταγωγή, που είναι μια απλοποιημένη λειτουργία DAMA. Άλλες λειτουργίες που παρέχει το Hub είναι: αναγέννηση σήματος, διαμόρφωση και μορφοποίηση, εισαγωγή / απομάκρυνση των βοηθητικών σημάτων (όπως ο έλεγχος και τα κανάλια παροχής υπηρεσιών), υλοποίηση διόρθωσης σφαλμάτων κ.λπ. Στην πραγματικότητα, αυτές οι λειτουργίες στο Hub είναι πολύ παρόμοιες με εκείνες ενός αναγεννητικού δορυφόρου Υβριδική Αρχιτεκτονική Ένα παράδειγμα υβριδικής αρχιτεκτονικής φαίνεται στο Σχήμα 11.12, όπου τρεις επίγειοι σταθμοί υψηλής κίνησης, που βρίσκονται π.χ. σε επαρχιακές πρωτεύουσες, είναι σε πολυσημειακή διάρθρωση (multipoint configuration) και ο καθένας από αυτούς αποτελεί τον κεντρικό σταθμό Hub του υποδικτύου αστέρα

13 Σχήμα Υβριδική αρχιτεκτονική δορυφορικού δικτύου Ένα άλλο παράδειγμα υβριδικής αρχιτεκτονικής φαίνεται στο Σχήμα 11.13, όπου το Hub είναι εξοπλισμένο με δύο κεραίες, οι οποίες στοχεύουν σε δύο διαφορετικούς δορυφόρους, (Ε) και (Δ). Ο (Ε) υποτίθεται ότι είναι ένας εγχώριος δορυφόρος με υψηλό EIRP, ενώ o δορυφόρος (Δ) είναι ένας διεθνής δορυφόρος. Εδώ, το Hub λειτουργεί ως αναμεταδότης, επιτρέποντας στα επίγεια δορυφορικά τερματικά της χώρας Α να αποκτήσουν πρόσβαση στην εγκατάσταση του host για την επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων (π.χ. μια μεγάλη βάση δεδομένων), που εδρεύει στη χώρα Β. Ένα απλοποιημένο σύστημα θα αποτελείται από έναν μόνο δορυφόρο που χρησιμοποιείται τόσο για τη ζεύξη των δορυφορικών τερματικών στο Hub (π.χ. μέσω ενός υψηλού αναμεταδότη EIRP μισθωμένο σε διεθνή δορυφόρο) όσο και για τη ζεύξη του Hub με τον host. Στην περίπτωση αυτή, το Hub θα είναι εξοπλισμένο με μία μόνο κεραία. Σημειώστε ότι αυτές οι διαρθρώσεις εφαρμόζονται μόνο στις περιπτώσεις, όπου η καθυστέρηση διπλού hop δεν προκαλεί προβλήματα

14 Σχήμα Υβριδική αρχιτεκτονική δικτύου και διεθνής αναμετάδοση Συνδεσιμότητα επί του δορυφόρου Τα δορυφορικά συστήματα πολλαπλών δεσμών (multi-beams) καθιστούν δυνατή τη μείωση του μεγέθους των επίγειων σταθμών και συνεπώς το κόστος του επίγειου τμήματος. Η επαναχρησιμοποίηση των συχνοτήτων από μία δέσμη σε μία άλλη επιτρέπει την αύξηση της χωρητικότητας, χωρίς να αυξηθεί το εύρος ζώνης που διατίθεται στο σύστημα. Το δορυφορικό ωφέλιμο φορτίο, που χρησιμοποιεί κάλυψη πολλαπλών δεσμών, πρέπει να είναι σε θέση να διασυνδέει όλους τα επίγειους σταθμούς του δικτύου και κατά συνέπεια πρέπει να παρέχει διασύνδεση των περιοχών κάλυψης (Maral & Bousquet, 2012). Ανάλογα με την ικανότητα επεξεργασίας επί του δορυφόρου (on-board) και το επίπεδο δικτύου, διαφορετικές τεχνικές μπορεί να εκληφθούν για τη διασύνδεση της κάλυψης: Μεταπήδηση του αναμεταδότη (transponder hopping), που χρησιμοποιείται, όταν δεν υπάρχει επί του δορυφόρου επεξεργασία. Μεταγωγή επί του δορυφόρου (on-board switching), που χρησιμοποιείται, όταν υπάρχει διαφανής και αναγεννητική επεξεργασία. Δέσμη σάρωσης (beam scanning). Για την τελευταία τεχνική, κάθε περιοχή κάλυψης φωτίζεται διαδοχικά από μια δέσμη κεραίας, της οποίας ο προσανατολισμός ελέγχεται από ένα δίκτυο μορφοποίησης δέσμης (Beam-Forming Network, BFN) που αποτελεί μέρος του υποσυστήματος της κεραίας επί του δορυφόρου. Οι επίγειοι σταθμοί μεταδίδουν ή λαμβάνουν τις ριπές τους, όταν η περιοχή φωτίζεται από μια δέσμη. Η διασύνδεση με δέσμη σάρωσης μπορεί να υλοποιηθεί τόσο με διαφανή όσο και με αναγεννητικά ωφέλιμα φορτία Διασύνδεση με διαφανές ωφέλιμο φορτίο Σε περίπτωση απουσίας αποθήκευσης επί του δορυφόρου, τουλάχιστον δύο δέσμες είναι απαραίτητες σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, μία για την εγκαθίδρυση της άνω ζεύξης και μία για την εγκαθίδρυση της κάτω 11-14

15 ζεύξης (Σχήμα 11.14). Η διάρκεια χρόνου, που μία δέσμη καλύπτει μία περιοχή, είναι ανάλογη με τον όγκο της κίνησης της πληροφορίας που πρέπει να μεταφερθεί μεταξύ των δύο περιοχών. Σχήμα Διασύνδεση με δέσμες σάρωσης Διασύνδεση με αναγεννητικό ωφέλιμο φορτίο Η δυναμική μορφοποίηση των δεσμών της κεραίας σε πραγματικό χρόνο επιτρέπει τη θεώρηση των δορυφόρων μονής δέσμης με μια δέσμη, η οποία σαρώνει διαδοχικά τις διάφορες περιοχές της ζώνης εξυπηρέτησης (Σχήμα 11.15). Το σύνολο των περιοχών παραμονής (dwell areas), οι οποίες καλύπτονται διαδοχικά από τη δέσμη, σχηματίζουν την περιοχή κάλυψης του συστήματος. Όταν η δέσμη πρέπει να είναι σε μια συγκεκριμένη περιοχή παραμονής, η πληροφορία, που προορίζεται για τους σταθμούς στην περιοχή, εξάγεται από τη μνήμη επί του δορυφόρου και μεταδίδεται σε πολυπλεγμένη μορφή. Ταυτόχρονα, οι σταθμοί μεταδίδουν πληροφορία που προορίζεται για τους σταθμούς σε άλλες περιοχές παραμονής. Αυτή αποθηκεύεται στη μνήμη επί του δορυφόρου για μεταγενέστερη μετάδοση κατά τη στιγμή που η δέσμη περνά πάνω από την περιοχή προορισμού. Ένα εγγενές πλεονέκτημα αυτού του τύπου συστήματος είναι η εξαφάνιση των σταθερών ταυτόχρονων δεσμών και, επομένως, της ομοδιαυλικής παρεμβολής (Co-Channel Interference, CCI)

16 Σχήμα Αναγεννητικό δορυφορικό δίκτυο μονής δέσμης και σάρωσης Δια-δορυφορικές ζεύξεις Τα δορυφορικά δίκτυα χαμηλής τροχιάς, τα οποία χρησιμοποιούν δια-δορυφορικές ζεύξεις, μπορούν να υποστηρίξουν κλήσεις από χρήστη σε χρήστη πολύ πιο εύκολα και γρήγορα από ό,τι τα δίκτυα, τα οποία χρησιμοποιούν τη γεωστατική τροχιά. Γενικά, η εισαγωγή των δια-δορυφορικών ζεύξεων βελτιώνει τη δρομολόγηση και έτσι αποφεύγεται η ανάγκη για ορατότητα μεταξύ χρήστη και πύλης από κάθε δορυφόρο στον αστερισμό (Wolf, 2000). Υπάρχουν αρκετά συστήματα δορυφορικών επικοινωνιών, τα οποία χρησιμοποιούν δια-δορυφορικές ζεύξεις. Οι κυριότεροι λόγοι αναλύονται παρακάτω: Παρέχουν συντομότερη δρομολόγηση και σύνδεση μεταξύ αποστολέα-παραλήπτη. Επιλέγουν χαμηλότερου κόστους επίγεια δρομολόγηση. Παρακάμπτουν κατειλημμένους δορυφόρους και επίγειους σταθμούς για τη μεταγωγή των πακέτων. Βελτιώνουν τη χρησιμοποίηση της χωρητικότητας του δορυφορικού αναμεταδότη. Επιτρέπουν τη χρήση μικρότερων και υψηλότερου κέρδους σημειακών ζωνών. Επεκτείνουν την περιοχή κάλυψης του δορυφόρου σε γειτονικές και μακρινές περιοχές. Μειώνουν τη χρονική καθυστέρηση της ζεύξης. Βελτιώνουν την ποιότητα, αυξάνουν τη ταχύτητα και χαμηλώνουν το κόστος. Μειώνουν το μέγεθος και το πλήθος των επίγειων σταθμών, μειώνοντας έτσι το συνολικό κόστος υλοποίησης ενός δορυφορικού συστήματος. Για την ευκολία, όμως, στην κατασκευή των δορυφόρων προτιμώνται σταθερές κεραίες για τη διαδορυφορική χρήση. Αυτό καθιστά δύσκολη τη ζεύξη μεταξύ των δορυφόρων που ανήκουν σε διαφορετικά τροχιακά επίπεδα, καθώς οι διαδρομές που καλύπτουν τα κανάλια επικοινωνίας αλλάζουν σε γωνία και μήκος, καθώς πλησιάζουν και απομακρύνονται οι τροχιές και, κυρίως, γιατί δημιουργούνται προβλήματα, όπως: υψηλές σχετικές ταχύτητες μεταξύ των δορυφόρων, με αποτέλεσμα ισχυρών φαινομένων Doppler, και 11-16

17 προβλήματα ελέγχου ανίχνευσης, καθώς οι κεραίες πρέπει να περιστρέφονται στον άξονα τους. Όμως, οι σταθερές κεραίες χρησιμοποιούνται σε ζεύξεις δορυφόρων μεταξύ του ίδιου τροχιακού επιπέδου, με την προϋπόθεση ότι οι τροχιές είναι κυκλικές. Αυτό είναι αποτέλεσμα του δεύτερου νόμου του Kepler, διότι με τη χρήση ελλειπτικών τροχιών παρουσιάζονται αντίστοιχα προβλήματα, όπως αυτά που αναφέραμε παραπάνω για τη χρήση μη σταθερών κεραιών. Η επιλογή κυκλικής τροχιάς έχει, επίσης, το πλεονέκτημα ενός σχετικά συνεχούς μεγέθους και σχήματος αποτυπώματος στη Γη με συνεχή υπολογισμό ζεύξης και καθυστέρησης (με κάποιες αποκλίσεις), αποφεύγοντας το πρόβλημα της μεταβλητής εστίασης (zooming). Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, η επιλογή για τα συστήματα και τις τοπολογίες με χρήση δια-δορυφορικών ζεύξεων είναι η κυκλική τροχιά (Adams & Rider, Ballard, Rider, 1985) Πολικός αστερισμός Σ αυτόν τον αστερισμό, η έγκλιση των τροχιών σε σχέση με το ισημερινό επίπεδο είναι συνεχώς στις 90 ο μοίρες, έτσι ώστε όλες οι τροχιές να διασταυρώνονται στους πόλους. Αν παρατηρήσουμε ένα τέτοιο σύστημα από τη μεριά ενός πόλου, βλέπουμε ότι τα τροχιακά επίπεδα σχηματίζουν έναν αστέρα, όπως φαίνεται στο Σχήμα (Wood, 1995). Σχήμα Πολικός αστερισμός δια-δορυφορικών ζεύξεων Οι ορθοί άνοδοι των ανοδικών κόμβων των p τροχιακών επιπέδων Ω 1, Ω 2,..., Ω p είναι κατανεμημένοι σχεδόν σε ίσες αποστάσεις, με εξαίρεση τα δύο αντίθετης κατεύθυνσης τροχιακά επίπεδα στις άκρες του αστερισμού, όπου δεν μπορούν να υπάρξουν δια-δορυφορικές ζεύξεις, εξαιτίας της υψηλής ταχύτητας των δορυφόρων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις (διπλάσια της τροχιακής ταχύτητας). Εδώ, ο διαχωρισμός των - αντίθετης κατεύθυνσης - επιπέδων είναι ελαφρώς μικρότερος σε σχέση με τα άλλα επίπεδα, με σκοπό να διασφαλίσει πλήρη και υπερκαλυπτόμενη κάλυψη εδάφους. Με εξαίρεση τους πόλους, οποιοδήποτε σημείο στην επιφάνεια της Γης θα βλέπει τους δορυφόρους να κινούνται σε ίσες αποστάσεις από τον Νότο στον Βορρά ή το αντίστροφο. Καθώς οι δορυφόροι σε γειτονικά τροχιακά επίπεδα είναι πιο κοντά ο ένας στον άλλο στους πόλους από ό,τι στον ισημερινό, η κάλυψη του πολικού αστερισμού δεν είναι ομοιόμορφη, καθώς το γεωγραφικό πλάτος μεταβάλλεται. Ο ισημερινός είναι η μεγαλύτερη απόσταση για την οποία η κάλυψη και η απόσταση μεταξύ των τροχιών θα πρέπει να καθοριστεί. Στους πόλους, η υπερκάλυψη των αποτυπωμάτων των δορυφόρων προκαλεί παρεμβολές και πολλαπλή κάλυψη, απαιτώντας κάποια αποτυπώματα να απενεργοποιηθούν. Επίσης, η υψηλή 11-17

18 ταχύτητα των δορυφόρων στους πόλους κάνει τη διατήρηση των δια-δορυφορικών ζεύξεων πολύ δύσκολη, εξαιτίας του φαινομένου του Doppler και της ανάγκης περιστροφής της κεραίας κατά 180 ο για τη συνεχή παρακολούθηση των δορυφόρων κατά μήκος των πόλων. Η διαχωριστική γραμμή (seam) που ορίζεται από τα αντίθετης κατεύθυνσης τροχιακά επίπεδα, όπου δεν υπάρχουν δια-δορυφορικές ζεύξεις, έχει ως επίπτωση τη μεγαλύτερη χρονική διάρκεια της δρομολόγησης των πακέτων, επειδή η κίνηση μεταξύ αντίθετων τμημάτων της Γης πρέπει να περάσει μέσω των διαδορυφορικών ζεύξεων μεταξύ διαφορετικών τροχιακών επιπέδων πάνω από τους πόλους. Η απόσταση μεταξύ δύο επίγειων σταθμών θα ποικίλει, εξαρτώμενη από το πού βρίσκεται η διαχωριστική γραμμή, καθώς επίσης θα ποικίλει και ο χρόνος επικοινωνίας μεταξύ τους. Αν και η φυσική απόσταση μεταξύ των επίγειων σταθμών είναι συνεχώς η ίδια στην επιφάνεια της Γης, στο δίκτυο η απόσταση αυτή αλλάζει με τον χρόνο. Εάν διπλασιάσουμε τον αριθμό των τροχιακών επιπέδων, έτσι ώστε κάθε επίπεδο να καλύπτει πλήρως την ανάδρομη τροχιά του, μπορούμε να απαλείψουμε αυτή τη διαχωριστική γραμμή. Όμως, τότε χρησιμοποιούμε διπλάσιο αριθμό δορυφόρων και έχουμε δύο επίπεδα δορυφόρων για κάθε σημείο. Αυτό αποτελεί ένα διπλής κάλυψης δίκτυο, έτσι ώστε οποιοδήποτε σημείο στο έδαφος να έχει όχι ένα, άλλα δύο διακριτές και πλήρως διαχωριζόμενες περιοχές του δικτύου, τις οποίες μπορεί να δει και να επικοινωνήσει. Εάν τώρα πιάσουμε τη μία μεσημβρινή άκρη της διαχωριστικής γραμμής και τη φέρουμε πάνω στην άλλη, προκύπτει ένα σχήμα περιστροφικής καμπύλης ή σπείρας (torus). Εάν μειώσουμε τη διάμετρο αυτού του σχήματος στο μηδέν, τότε έχουμε μία σφαίρα με διπλή επιφάνεια, δηλαδή ένα δίκτυο διπλής κάλυψης. Τώρα, όμως, έχουμε εξαλείψει τη διαχωριστική γραμμή, άρα η απόσταση ανάμεσα σε δύο σημεία στο δίκτυο παραμένει ίδια και δεν μεταβάλλεται. Άρα, το δίκτυο αυτό δίνει σταθερή καθυστέρηση ανάμεσα σε δύο σημεία, και ως εκ τούτου, είναι πολύ χρήσιμο για πολυμεσικές εφαρμογές. Το παραπάνω δίκτυο όμως, έχει και μειονεκτήματα: 1) απαιτούνται οι διπλάσιοι δορυφόροι για τη διπλή κάλυψη, 2) δεν μπορεί να καθοριστεί με σαφήνεια ο αριθμός των δορυφόρων/τροχιακών επιπέδων/διακριτών φάσεων και, κατά συνέπεια, ούτε ο αστερισμός και το μέγεθος του δικτύου. Άρα, ο αστερισμός του torus δεν είναι ο πλέον κατάλληλος για τα δορυφορικά δίκτυα Αστερισμός πλέγματος Υπάρχει μία λύση για να αντιμετωπιστεί εν μέρει το προηγούμενο πρόβλημα της διπλής κάλυψης, με τη χρήση του δικτύου πλέγματος Manhattan, όπως φαίνεται στο Σχήμα Το δίκτυο αυτό είναι ένα δίκτυο κόμβων με βάση την επιφάνεια του torus, αποτελώντας τη βάση του αστερισμού. Σ αυτό το δίκτυο, κάθε κόμβος βρίσκεται σε δύο τροχιακά επίπεδα που έχουν κάθετες κατευθύνσεις. Τα δεδομένα ταξιδεύουν σε αυτά τα επίπεδα σε μία μόνο κατεύθυνση, έτσι ώστε κάθε κόμβος να έχει δύο δικτυακές εισόδους και εξόδους. Εάν τα δεδομένα μπορούν να ταξιδέψουν σε οποιοδήποτε δρόμο γύρω από το επίπεδο, τότε έχουμε ένα αμφίδρομο δίκτυο Manhattan. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διπλή κάλυψη του δικτύου και τη δυνατότητα εμφάνισης δύο επιπέδων του δικτύου από την επιφάνεια της Γης (Maxemchuk, 1987)

19 Σχήμα Αστερισμός δικτύου Manhattan διπλής κάλυψης, xωρίς διαχωριστική γραμμή Τα απρόσκοπτα δίκτυα επιτρέπουν επικοινωνία με σταθερή καθυστέρηση μεταξύ δύο επίγειων σταθμών, καθώς δεν υπάρχει καμία διαχωριστική γραμμή που να αλλάζει θέση σε σχέση με τους επίγειους σταθμούς. Το αμφίδρομο δίκτυο Μανχάταν ή αστερισμός διπλής κάλυψης προσφέρει στον επίγειο σταθμό επιλογή των δορυφόρων για τις διαδρομές που έχουν την ίδια καθυστέρηση. Το δίκτυο Manhattan, το οποίο έχει λιγότερες ζεύξεις, προσφέρει στο επίγειο σταθμό την επιλογή για μία μεγάλη και μία μικρή διαδρομή καναλιού μέσω διαφορετικών δορυφόρων σε διαφορετικά επίπεδα του δικτύου. Όμως, για την επιλογή της μικρότερης διαδρομής, ο επίγειος σταθμός θα πρέπει να λαμβάνει από ένα τροχιακό επίπεδο και να εκπέμπει σε ένα άλλο, κάτι το οποίο είναι πρακτικά δύσκολο. Στην περίπτωση που δεν απαιτείται ίδια καθυστέρηση σε όλες τις διαδρομές, μόνο ένας δορυφόρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τις δύο λειτουργίες (Wood, 1995). Η έλλειψη πλεονασμού στο δίκτυο αστερισμού Manhattan θα έχει ως αποτέλεσμα ότι μία αποτυχία ζεύξης μπορεί να αυξήσει σημαντικά τους χρόνους καθυστέρησης. Σε συνδυασμό με τις τεχνικές δυσκολίες που αναφέρθηκαν παραπάνω για τη διαφορισιμότητα των δορυφόρων, έτσι ώστε η συντομότερη διαδρομή του δικτύου μπορεί να επιτευχθεί με την αποστολή προς ένα επίπεδο του δικτύου και τη λήψη από το άλλο, η εφαρμογή του δικτύου Manhattan καθίσταται δύσκολη Αστερισμός Δέλτα Ο αστερισμός Δέλτα, που προτάθηκε από τον Walker το 1971, είναι μια πιο γενική περίπτωση συστήματος από ό,τι ο πολικός αστερισμός. Οι τροχιές είναι κεκλιμένες με συνεχή έγκλιση i, και η ίση απόσταση των ορθών γωνιών των ανοδικών κόμβων διασφαλίζουν πλήρη κάλυψη εδάφους. Δεν υπάρχει κάλυψη πάνω από ένα συγκεκριμένο γεωγραφικό πλάτος, το οποίο εξαρτάται από τη τιμή του i, και για να διασφαλίσουμε ότι δεν υπάρχει ακάλυπτη περιοχή κάτω από αυτό το γεωγραφικό πλάτος, θα πρέπει να προσθέσουμε περισσότερα τροχιακά επίπεδα και να προσαρμόσουμε την απόσταση των επιπέδων, έως ότου κάθε κατεύθυνση να καλύπτεται διπλά, δίνοντας μας τη διπλή κάλυψη δικτύου που αναφέραμε προηγουμένως (Wood, 1995). Ο αστερισμός Δέλτα μπορεί να θεωρηθεί όμοια με τη διπλή κάλυψη του πολικού αστερισμού, αλλά για στενότερες τιμές γεωγραφικού πλάτους σε σχέση με τον ισημερινό. Αντίστοιχα, τα ίδια προβλήματα που αναφέρθηκαν και πριν παρουσιάζονται και εδώ, όπως η διατήρηση των δια-δορυφορικών ζεύξεων, η πολύπλοκη ανάλυση ζεύξης εδάφους-δορυφόρου, ο πλεονασμός δορυφόρων κ.ά Άλλοι αστερισμοί 11-19

20 Ο Clare αναπτύσσει και αναλύει ένα σύστημα, το οποίο στην ουσία είναι ένα δίκτυο Δέλτα με την προσθήκη μίας ισημερινής τροχιάς. Αν και το σύστημα ανταποκρίνεται καλά, η προσθήκη της ισημερινής τροχιάς αποσταθεροποιεί το σύστημα και αποσυγχρονίζει τους δορυφόρους, ενώ οι μεγάλες γωνίες των τροχιακών επιπέδων καθιστούν δύσκολο τον έλεγχο και την παρακολούθηση των δορυφόρων. Ο Ballard και ο Rider επικεντρώνονται στα όρια της πολλαπλής ορατότητας δορυφόρου με τη διαστρωμάτωση μικρής κλίσης πολλαπλών επιπέδων, τα οποία περιέχουν λίγους δορυφόρους και χρησιμοποιούν προσεκτικό συγχρονισμό για να συμπληρώσουν τα κενά μεταξύ των αποτυπωμάτων των δορυφόρων στο ίδιο τροχιακό επίπεδο. Αν και αυτός ο τρόπος σχεδίασης δικτύου χρησιμοποιείται από το Globalstar, για να μειωθεί ο αριθμός των δορυφόρων που απαιτούνται, δημιουργούνται προβλήματα στην επικοινωνία των δορυφόρων σε γειτονικά τροχιακά επίπεδα. Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι τα σημερινά συστήματα δορυφορικών επικοινωνιών χρησιμοποιούν είτε τις σχεδόν πολικές κυκλικές τροχιές, και έχουν να αντιμετωπίσουν τα προβλήματα της διατήρησης των δια-δορυφορικών ζεύξεων στους πόλους, είτε τροχιές κεκλιμένες με μεγάλη τιμή του i -με προβλήματα στον έλεγχο και παρακολούθηση των δια-δορυφορικών ζεύξεων μεταξύ των γειτονικών τροχιακών επιπέδων- είτε θυσιάζουν την παγκόσμια κάλυψη προς όφελος της πληθυσμιακής κάλυψης Συνδεσιμότητα μέσω δια-δορυφορικών ζεύξεων Οι δια-δορυφορικές ζεύξεις μπορούν να θεωρηθούν ως ιδιόμορφες δέσμες δορυφόρων με πολλαπλές δέσμες. Σ αυτήν την περίπτωση, οι δέσμες δεν κατευθύνονται προς τη Γη, αλλά προς άλλους δορυφόρους. Για την αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ των δορυφόρων απαιτούνται δύο δέσμες: μία για μετάδοση και μία για λήψη. Η συνδεσιμότητα του δικτύου υποδηλώνει τη δυνατότητα διασύνδεσης δεσμών, αφιερωμένων σε διαδορυφορικές και άλλες ζεύξεις στο ωφέλιμο φορτίο. Μπορούμε να διακρίνουμε τρεις κατηγορίες δια-δορυφορικών ζεύξεων: ζεύξεις μεταξύ δορυφόρων γεωστατικής τροχιάς και δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (GEO- LEO), που ονομάζονται και δια-τροχιακές ζεύξεις (Inter-Orbital Links, IOL), ζεύξεις μεταξύ γεωστατικών δορυφόρων (GEO-GEO), ζεύξεις μεταξύ δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (LEO-LEO) Ζεύξεις μεταξύ γεωστατικών δορυφόρων και δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (GEO LEO) Αυτό το είδος ζεύξης χρησιμεύει για τη δημιουργία μιας μόνιμης αναμετάδοσης, διαμέσου ενός γεωστατικού δορυφόρου, μεταξύ ενός ή περισσότερων επίγειων σταθμών και μιας ομάδας δορυφόρων χαμηλής τροχιάς σε υψόμετρο της τάξεως των 500 με 1000 χλμ. Γενικά, δεν είναι επιθυμητή η εγκατάσταση ενός δικτύου σταθμών, το οποίο να είναι τόσο μεγάλο, ώστε ανά πάσα στιγμή οι διερχόμενοι δορυφόροι LEO να είναι ορατοί από έναν τουλάχιστον σταθμό. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ένας ή περισσότεροι γεωστατικοί δορυφόροι, οι οποίοι είναι μόνιμα και ταυτόχρονα ορατοί τόσο από τους σταθμούς όσο και από τους δορυφόρους χαμηλής τροχιάς και χρησιμεύουν στην αναμετάδοση των επικοινωνιών. Η τεχνική αυτή επιτρέπει, επίσης, την παράκαμψη πιθανών περιορισμών στο επίγειο δίκτυο Ζεύξεις μεταξύ γεωστατικών δορυφόρων (GEO GEO) Αύξηση της χωρητικότητας ενός συστήματος Θεωρείστε ένα δορυφορικό δίκτυο με πολλαπλές δέσμες (Maral & Bousquet, 2012). Το Σχήμα απεικονίζει την περίπτωση ενός δορυφόρου τριπλής δέσμης (Σχήμα 11.18(α)). Θεωρείται δεδομένο ότι η ζήτηση της κίνησης αυξάνεται και υπερβαίνει τη χωρητικότητα του δορυφόρου. Μία λύση είναι η αντικατάσταση του δορυφόρου με άλλον μεγαλύτερης χωρητικότητας, γεγονός όμως που συνεπάγεται ρίσκο, κόστος ανάπτυξης και διαθεσιμότητα κατάλληλου πυραύλου εκτόξευσης. Εναλλακτικά, ένας δεύτερος πανομοιότυπος δορυφόρος θα μπορούσε να εκτοξευθεί, με την κίνηση να μοιράζεται μεταξύ των δύο δορυφόρων

21 Για την αποφυγή παρεμβολών, οι δύο δορυφόροι θα πρέπει να είναι σε τροχιακές θέσεις με αρκετή απόσταση μεταξύ τους, αλλά όχι πολύ μεγάλη, ώστε να παρέχουν επαρκώς μεγάλη κοινή περιοχή κάλυψης. Για να εξασφαλιστεί η διασύνδεση μεταξύ όλων των επίγειων σταθμών, είναι απαραίτητο να εξοπλιστούν όλοι τους με δύο κεραίες, κάθε μία εκ των οποίων θα δείχνει προς ένα διαφορετικό δορυφόρο (Σχήμα 11.18(β)). Αν υποθέσουμε δορυφόρους, που είναι εξοπλισμένοι με δια-δορυφορικούς αναμεταδότες, μπορούν να τύχουν εφαρμογής τα ακόλουθα σενάρια: Να εξοπλιστούν οι σταθμοί της περιοχής 1, που εικάζεται ότι από εκεί πηγάζει η μεγάλη απαίτηση διακίνησης πληροφορίας με μία δεύτερη κεραία, ακολουθώντας την ίδια διάταξη και για τους σταθμούς των περιοχών 2 και 3 (Σχήμα 11.18(γ)). Η δια-δορυφορική ζεύξη επιβαρύνεται με την πλεονάζουσα κίνηση της περιοχής 1. Να κατανεμηθούν οι σταθμοί, κάθε ένας με μία κεραία, σε δύο ομάδες, κάθε μία εκ των οποίων θα συνδέεται με έναν δορυφόρο (Σχήμα 11.18(δ)). Η δια-δορυφορική ζεύξη μεταφέρει την κίνηση μεταξύ των δύο ομάδων. Η λύση αυτή είναι οικονομική και εξαρτάται από τη συγκεκριμένη κάθε φορά περίπτωση

22 11-22

23 Σχήμα Χρησιμοποιώντας μία δια-δορυφορική ζεύξη για να αυξηθεί η χωρητικότητα του συστήματος, χωρίς μεγάλες επενδύσεις στο επίγειο τμήμα. (α) Δίκτυο με έναν μόνο δορυφόρο. (β) Εκτόξευση ενός δεύτερου δορυφόρου να αυξηθεί η χωρητικότητα του διαστημικού τμήματος. Οι επίγειοι σταθμοί πρέπει να είναι εφοδιασμένοι με δύο κεραίες. (γ) Μόνο οι σταθμοί που βρίσκονται σε μία περιοχή με μεγάλη κίνηση πρέπει να είναι εφοδιασμένοι με δύο κεραίες. (δ) Οι σταθμοί κατανέμονται μεταξύ δύο δορυφόρων. Η δια-δορυφορική ζεύξη μεταφέρει την κίνηση μεταξύ των δύο ομάδων σταθμών Επέκταση της περιοχής κάλυψης ενός συστήματος Μία δια-δορυφορική ζεύξη επιτρέπει στους επίγειους σταθμούς δύο δικτύων να αλληλοδυνδέονται και ως εκ τούτου η γεωγραφική κάλυψη των δύο δορυφόρων μπορεί να συνδυάζεται (Σχήμα 11.19(α)). Οι εναλλακτικές λύσεις περιλαμβάνουν: Την εγκατάσταση ενός επίγειου σταθμού διασύνδεσης, εξοπλισμένου με δύο κεραίες στο κοινό τμήμα των δύο περιοχών κάλυψης, εφόσον υπάρχει (Σχήμα 11.19(β)). Τη δημιουργία σύνδεσης, μέσω του επίγειου δικτύου, από τους σταθμούς του ενός δικτύου σε έναν σταθμό του άλλου δικτύου, που βρίσκεται στα κοινά όρια των δύο περιοχών κάλυψης (Σχήμα 11.19(γ))

24 11-24

25 Σχήμα Επέκταση της κάλυψης ενός συστήματος. (α) Διασύνδεση της περιοχής κάλυψης των επίγειων σταθμών με μία δια-δορυφορική ζεύξη. (β) Διασύνδεση χωρίς δια-δορυφορική ζεύξη με έναν κοινό επίγειο σταθμό και για τα δύο δίκτυα. (γ) Διασύνδεση χωρίς δια-δορυφορική ζεύξη με ένα επίγειο δίκτυο Αύξηση της ελάχιστης γωνίας ανύψωσης των επίγειων σταθμών Οι ζεύξεις μεγάλων αποστάσεων από έναν μόνο δορυφόρο απαιτούν επίγειους σταθμούς με μικρή γωνία ανύψωσης, μερικές φορές μικρότερη των 10 ο. Αυτό προκαλεί υποβάθμιση του G/T για τον σταθμό λήψης και αυξάνει τον κίνδυνο παρεμβολών με επίγειους μικροκυματικούς αναμεταδότες. Εάν η ζεύξη περάσει μέσα από δύο γεωστατικούς δορυφόρους, που συνδέονται με μία δια-δορυφορική ζεύξη, η γωνία ανύψωσης αυξάνεται. Ως εκ τούτου, μία ζεύξη με έναν μόνο δορυφόρο με γωνία ανύψωσης 5 ο γίνεται με δύο δορυφόρους που απέχουν 30 ο, μία ζεύξη με γωνία ανύψωσης 20 ο για σταθμούς που βρίσκονται στον ισημερινό (Σχήμα 11.20) και 15 ο για σταθμούς με γεωγραφικό πλάτος 45 ο. Σχήμα Αύξηση της ελάχιστης γωνίας ανύψωσης των επίγειων σταθμών Μειώνοντας τους περιορισμούς της τροχιακής θέσης Η τροχιακή θέση ενός δορυφόρου είναι συχνά το αποτέλεσμα μίας διαμάχης, που επιλύεται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται συντονισμός, μεταξύ της επιθυμίας του παρόχου του δορυφόρου να εξασφαλίσει 11-25