Перспективные системы спутниковой связи военного назначения

Одним из наиболее совершенных  на сегодняшний момент алгоритмов в  маршрутизации является маршрутизация  с учетов состояния линий. Метрикой для данного алгоритма является средняя величина задержки для тестового  пакета, что отражает не только длину маршрута, но и загрузку канала. Практической реализацией данного алгоритма является протокол OSPF.

Целью исследования было построение модели одного из реально  существующих протоколов для исследования принципов функционирования протокола, оценка его эффективности. Для выбора одного из протоколов маршрутизации были выявлены следующие критерии: распространенность, затраты на реализацию, наглядность модели, возможность использования модели для обучения теоретическим основам маршрутизации в объединенных сетях. Эти критерии были выбраны для построения общей оценки. Для исследований была выбрана версия первая версия протокола RIP (действующий на основе алгоритма дистанционно-векторной маршрутизации), т.е. реализация без учета масок IP-адресов. Модель была создана на языке VHDL, чтобы оценить не только эффективность алгоритма, но и трудности при аппаратной реализации данного протокола. Логическая схема маршрутизатора, работающего по протоколу RIPvl. Модель оперировала IP-пакетами, поступающими на четыре порта. Согласно таблице маршрутизации они коммутировались через порт с наилучшей метрикой маршрута. Таблица маршрутизации создавалась на основе входных тестовых данных, которые фактически задавали топологию сети, состоящую из аналогичных маршрутизаторов. В результате работы блока оптимизации таблицы маршрутизации в памяти маршрузатора создается дерево минимальных путей. В процессе исследования модели были практически выявлены все достоинства и недостатки данного протокола. Особое затруднение вызвало устранение эффекта счета до бесконечности, когда моделирование проходило по бесконечному циклу. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Перспективные системы спутниковой связи военного назначения

 

На данный момент основными  системами военного назначения в ВС США являются «Милстар», WGS, «Уфо» и DSCS. Затраты на оперативное использование и развитие таких ССС в период до 2025 года, по оценкам специалистов МО США, составят 2-3,5 млрд долларов в год. Наиболее совершенной в настоящее время является система «Милстар». Она обладает возможностью передачи речевых, текстовых сообщений и изображений, а также ведения видеотелеконференции. Космический компонент оперативной орбитальной группировки ССС «Милстар» состоит из двух КА «Милстар-1» и трех «Милстар-2». На КА «Милстар-1» установлена бортовая аппаратура типа Block-1 компании «TWR спейс энд электронике» (TWR Space and Electronics). Данная аппаратура поддерживает режим низкой скорости передачи информации (Low Data Rate) и позволяет осуществлять защищенную речевую связь, а также прием и передачу данных и факсимильной информации со скоростью от 75 до 2 400 бит/с в миллиметровом диапазоне длин волн (на частотах 44 и 20 ГГц по линии «вверх» и «вниз» соответственно). Благодаря применению совершенных алгоритмов обработки сигнал защищен и трудно поддается обнаружению и перехвату. КА связи следующего поколения - «Милстар-2» - оснащен бортовой аппаратурой типа Block-2, которая может передавать информацию с низкой, а также со средней и высокой скоростью (Medium Date Rate - MDR, High Data Rate - HDR) - от 4,8 кбит/с до 1,544 Мбит/с. Расширение полосы рабочих частот, необходимое для осуществления передачи данных в режиме высокой скорости, снижает стойкость к активным преднамеренным помехам, поэтому такой аппарат несет две антенны с обнулением диаграммы направленности в сторону помехи и одну с разнесенными зонами обслуживания. Антенные системы способны засекать направление активных преднамеренных помех и временно блокировать или обнулять диаграмму направленности в направлении помехи, сохраняя обычный режим работы в других направлениях без потери связи. В настоящее время в составе группировки насчитывается шесть оперативных КА DSCS-3B, а шесть находятся в резерве. Программа создания перспективной ССС WGS. Используемые для дальней магистральной широкополосной связи военные КА типов DSCS-3 и «Уфо» последних модификаций из-за их недостаточной пропускной способности к 2007 году уже не могли в полном объеме удовлетворять требованиям МО, предъявляемым к объемам передаваемой информации, к тому же к 2011-му они полностью выработают свой ресурс.

Основная задача этой системы состоит в увеличении пропускной способности каналов  связи, для чего при разработке аппаратуры связи применялись следующие  технические решения, предполагавшие: 
— развертывание дополнительных ретрансляторов миллиметрового диапазона; 
— применение гибкого полосового фильтра и возможности переключения каналов на борту для переноса в ретранслятор другого диапазона; 
— одновременное использование номиналов частот за счет пространственного и поляризационного разделения.

Основным разработчиком  программы «ВГС» является фирма  «Боинг сателлит системз». На первом этапе  работ по этому контракту, оцениваемому в 160,3 млн долларов, изготовлено три  КА связи. Кроме того, готова программа  и определен порядок развертывания космической системы связи в целом и ее наземного компонента в частности, а также имеется обеспечение технического сопровождения системы, включая подготовку обслуживающего персонала. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к новой системе, являются: обеспечение гарантированного доступа, связь в движении, способность формировать различные по назначению и конфигурации сети связи, объединенное взаимодействие сетей связи разнородных сил, глобальный охват, режим вещания и связь в приполярных районах, возможность использования малогабаритных портативных абонентских терминалов.

Существующие спутниковые системы  связи военного назначения к концу  нынешнего или началу следующего десятилетия выработают свой установленный  ресурс, а сегодня они не в полной мере отвечают требованиям МО. Это касается прежде всего пропускной способности, защищенности каналов связи, сопрягаемости с другими системами, глобальности обслуживания абонентов и некоторых других характеристик. Прогнозные оценки показывают, что возможности спутниковых систем связи военного назначения будут все больше отставать от возрастающих потребностей ВС в объеме передаваемой информации. Поэтому через каналы ССС ВН будет передаваться в основном информация, имеющая особое значение для управления боевыми действиями и обеспечения организации текущих планов ВС. Для передачи информации общего назначения, не требующей высокой степени защиты, арендуются каналы коммерческих спутниковых систем связи. В связи с этим в настоящее время в ускоренном темпе разрабатываются ССС нового поколения, которые обладают тактико-техническими и оперативными характеристиками, соответствующими требованиям всех видов вооруженных сил на перспективу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.Направления развития спутниковой связи

 

 

  Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным система. Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств которыми они обладают. К ним, в частности, относятся большая пропускная способность, неограниченные перекрываемые пространства, высокое качество и надежность каналов связи. Эти достоинства, которые определяют широкие возможности спутниковой связи, делают ее уникальным и эффективным средством связи. Спутниковая связь в настоящее время является основным видом международной и национальной связи на большие и средние расстояния. Использование искусственных спутников Земли для организации связи продолжает расширяться по мере развития существующих сетей связи. Многие страны создают собственные национальные сети спутниковой связи. Выбор технологии напрямую зависит от топологии планируемой сети, количества станций в сети, предполагаемого объема и вида трафика, времени загрузки каналов связи и пользовательских сервисов. На сегодняшней день на рынке спутниковой связи существует большое количество технических решений, позволяющих учитывать те или иные потребности клиента в современных телекоммуникационных сервисах. Но, тем не менее, не существует единого оптимального решения для всех. Далее будут описаны основные технологические методы и способы, понимание которых позволит выбрать наиболее подходящую систему спутниковой связи. Следует отметить, что какая бы не была выбрана технология для построения спутниковой сети, основным ценообразующим фактором является частотно-энергетический ресурс спутника-ретранслятора, необходимый для реализации принятого решения.

3.Ретрансляторы связи

 

Ретранслятор — оборудование связи, которое соединяет два или более радиопередатчика, удалённых друг от друга на большие расстояния. В случае использования космических средств связи говорят о спутниках связи или о спутниках-ретрансляторах. Ретрансляторы, дублирующие сигнал с существенной задержкой по времени и/или повторяющие его несколько раз, называют также «попугаями». Слово «ретранслятор» также применяется в переносном смысле, например о человеке, передающем другим воспринятое им мнение. Ретрансляторы бывают активные и пассивные.

Ретранслятор активный — приёмо-передающее радиотехническое устройство, располагающееся на промежуточных пунктах линий радиосвязи, усиливающее принимаемые сигналы и передающее их дальше. В качестве промежуточного пункта может использоваться как неподвижный объект (башня радиорелейной линии, здание), так и подвижный объект (например, спутник связи). Активный ретранслятор имеет  антенну (или несколько антенн), радиоприёмник, радиопередатчик, источник электрического питания, средства дистанционного управления и контроля оборудования, средства автоматизации. Современная аппаратура ретранслятора обычно выполнена на полупроводниковых приборах, однако мощные каскады передатчиков чаще конструируются с применением ламп(бегущей волны, магнетронов, клистронов и т. п.). Набирающие популярность сегодня ретранcляторы сигнала GSM (напр., Aileron, Anytone, Picocell) выполнены с использованием дуплексов, усилителей входного и выходного сигнала, приемо-передающих антенн. В отличие от пассивных ретрансляторов, активные имеют ограничения на число линий связи и пропускную способность, определяемые его оборудованием. Чтобы избежать взаимных помех на приёмных и передающих концах аппаратуры, применяется разделение сигналов:

- частотное

- временное

- кодовое

Для повышения надёжности ретранслятора в него обычно встраивается система контроля, не допускающая  перегрузки передатчика выходным сигналом, и резервный комплект оборудования, включаемый автоматически или дистанционно. В проводных системах связи аналогичные устройства (отличие только в среде распространения сигнала) обычно называются повторителями, репитерами (в цифровых системах) и линейными усилителями (в аналоговых). В смешанных и комбинированных сетях эти термины (ретранслятор, репитер, повторитель, линейный усилитель) могут применяться как обобщающие синонимы в соответствующем контексте.

Ретранслятор пассивный — устройство, определённой формы механическая конструкция, электропроводящая среда или небесное тело заранее известной или специально созданной формы, способное рассеивать или направленно отражать электромагнитное излучение рабочего диапазона частот линии связи и используемое в качестве промежуточного пункта этой линии. В отличие от активных устройств, пассивные отражатели успешно обслуживают сети связи из практически неограниченного числа линий с различными частотами радиосигналов, так как взаимные помехи на отражателе с линейными характеристиками отсутствуют. При работе через пассивный ретранслятор необходимый уровень перепринимаемого сигнала обеспечивают:

- увеличением мощности радиопередатчика

- увеличением размеров и эффективности антенн передающей и принимающей станций

- сужением используемой полосы частот

- понижением скорости передачи информации.

На линиях радиорелейной  связи в качестве таких ретрансляторов используются плоские и Уголковые отражатели, антенные системы (зеркальные антенные комплексы). В космической связи применяются пассивные спутники связи. Таков, в частности, американский «Эхо-2», представляющий собой надувной шар диаметром 40 м из полимерной плёнки, покрытый алюминием. Исследуется возможность применения искусственных облаков из паров металла, ионизируемых солнечным излучением или радиоизлучением с Земли. Также неоднократно проводились эксперименты по использованию поверхности Луны. В отношении пассивных ретрансляторов применяется также термин «зеркало», вне зависимости от их практической конструкции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Маршрутизатор – это устройство сетевого уровня эталонной модели OSI, использующее одну или более метрик для определения оптимального пути передачи сетевого трафика на основании информации сетевого уровня”. Из этого определения вытекает, что маршрутизатор, прежде всего, необходим для определения дальнейшего пути данных, посланных в большую и сложную сеть. Пользователь такой сети отправляет свои данные в сеть и указывает адрес своего абонента. И все. Данные проходят по сети и в точках с разветвлением маршрутов поступают на маршрутизаторы, которые как раз и устанавливаются в таких точках. Маршрутизатор выбирает дальнейший наилучший путь. То, какой путь лучше, определяется количественными показателями, которые называются метриками. Лучший путь – это путь с наименьшей метрикой. В метрике может учитываться несколько показателей, например, длина пути, время прохождения и т.д. Маршрутизаторы реализуются по разному. Маршрутизаторы делят на устройства верхнего, среднего и нижнего классов. Высокопроизводительные маршрутизаторы верхнего класса служат для объединения сетей предприятия. Они поддерживают множество протоколов и интерфейсов, причем не только стандартных, но, подчас, и весьма экзотических. Устройства данного типа могут иметь до 50 портов локальных или глобальных сетей. С помощью маршрутизаторов среднего класса формируются менее крупные сетевые объединения масштаба предприятия. Стандартная конфигурация включает два-три порта локальных сетей и от четырех до восьми портов глобальных сети. Такие маршрутизаторы поддерживают наиболее распространенные протоколы маршрутизации и транспортные протоколы. Спутниковые системы связи развивались параллельно с развитием локальных сотовых систем. Сейчас они покрывают практически всю поверхность Земли, и пользователь получает услуги глобальной связи независимо от своего местонахождения. Пользователи спутниковой связи устанавливают связь с любым абонентом, используя радиоканал до спутника.

Основные, цели маршрутизации заключаются в обеспечении минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю;  
максимальной пропускной способности сети, что достигается, в частности, нивелировкой загрузки линий связи ТКС;  
максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащейся в нем информации; надежности доставки пакета адресату;  
минимальной стоимости передачи пакета адресату. Алгоритмы маршрутизации классифицируются на статические и динамические. Те алгоритмы, которые явно не причисляются к этим типам, определяют стратегию маршрутизации, не определяя конкретные принципы построения протоколов. Статические алгоритмы маршрутизации, в отличие от динамических, не учитывают постоянно изменяющуюся топологию сети. Это делает ее непригодной для использования в большинстве сетей. Современные протоколы маршрутизации предусматривают автоматическое формирование таблиц маршрутизации и поддержание их виртуального состояния на основе взаимодействия маршрутизаторов друг с другом. На каждом маршрутизаторе функции определяют программы опроса и прослушивания, с помощью которых он обменивается информацией с другими маршрутизаторами. Полученная информация используется для построения и обновления таблицы маршрутизации. Таблица маршрутизации, иногда называемая базой банных маршрутизации, включает набор оптимальных путей, используемых маршрутизатором при передаче пакетов в данный момент времени. Каждая строка этой таблицы содержит информацию. Динамические алгоритмы маршрутизации обеспечивают автоматическое формирование и обновление таблиц маршрутизации в масштабе реального времени. В соответствии с данными алгоритмами между маршрутизаторами осуществляется обмен сообщениями. При отсутствии маршрутной информации маршрутизаторы запрашивают ее друг у друга. В случае возникновения изменений в сети мершрутизаторы уведомляют друг друга. Полученные друг от друга сообщения стимулируют пересчет оптимальных маршрутов и обновление таблиц маршрутизации в масштабе реального времени. Без динамических алгоритмов маршрутизации администрирование больших и сложных сетей существенно затрудняется. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

- Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2002 - 811 с.

- В. Столингс. Современные компьютерные сети. 2-е изд./. - СПб.: Питер, 2003. - 783 с.

-  Таненбаум Э. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2002. - 848 с.

-  А. Маршалл. Гинесс. Большая книга знаний. Тверь: изд-во “АСТ”, 2001. – 480 с.