Перспективные системы спутниковой связи военного назначения

Содержание

 

Введение …………………………………………………………………………3

1.Алгоритмы маршрутизации трафика ………………………………………...5

1.1.Виды и  отличая  алгоритмов маршрутизации трафика связи ……8

1.2. Исследование алгоритмов маршрутизации и их реализация …….11

2.Перспективные системы спутниковой связи военного назначения ……….14

2.1.Направления развития спутниковой связи ………………………....17

3.Ретрансляторы связи ………………………………………………………….18

Заключение ……………………………………………………………………...21

 

Список используемой литературы …………………………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Основная функция телекоммуникационных систем (ТКС), или систем передачи данных (СПД), в условиях функционирования ВС заключается в организации  оперативного и надежного обмена информацией между абонентами, а  также сокращении затрат на передачу данных. Главный показатель эффективности ТКС - время доставки информации - зависит от ряда факторов: структуры сети связи, пропускной способности линий связи, способов соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами, протоколов информационного обмена, методов доступа абонентов к передающей среде, методов маршрутизации пакетов. 

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.

Правда, стоимость подобных услуг достаточно высока. Более того, подавляющее большинство потенциальных абонентов мобильных систем уже пользуются услугами сотовой связи и вполне этим довольны. Поэтому при коммерческой эксплуатации спутниковой связи возникают сложности.

Спутники давно используются для передачи телевизионных широковещательных сигналов между отделениями телекомпаний. В некоторых случаях записываются целые серии передач, которые затем показываются каждым отделением в подходящее время. Теперь и у частных лиц появилась возможность принимать этот сигнал, используя параболические антенны. Системы спутниковой связи играют важную роль в обеспечении надежного управления вооруженными силами как на территории этих государств, так и за их пределами. Основное назначение ССС заключается в предоставлении надежных, защищенных каналов для обмена информацией в пределах ТВД и для связи группировки ВС, развернутой на этом театре, с органами управления ВС. Важнейшими качествами спутниковой связи, которыми не обладают другие виды связи, являются глобальный охват и высокий коэффициент готовности - способность предоставить каналы связи из любой точки мира в очень короткое время. Комплекс ССС военного назначения США представляет собой один из важнейших компонентов информационной инфраструктуры ВС. Совершенствование ССС, которые находятся в эксплуатации, будет происходить путем совершенствования технических и эксплуатационных характеристик наземного сегмента систем, повышения эффективности, гибкости, замены устаревших элементов систем более совершенными, наращивания парка терминалов и круга пользователей. В нашей стране создается единая автоматизированная система связи. Для этого развиваются, совершенствуются и находят новые области применения различные технические средства связи.  
Еще недавно междугородняя телефонная связь осуществлялась исключительно по воздушным линиям связи; при этом на надежность связи влияли грозы и возможность обледенения проводов. В настоящее время все шире применяются кабельные и радиорелейные линии, повышается уровень автоматизации связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Алгоритмы маршрутизации трафика

 

Алгоритм маршрутизации - это правило назначения выходной линии связи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующегося на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса отправителя и получателя), и информации о загрузке этого узла (длина очередей пакетов) и, возможно, ТКС в целом. Алгоритмы маршрутизации применяются для определения наилучшего пути пакетов от источника к приёмнику и являются основой любого протокола маршрутизации. Для формулирования алгоритмов маршрутизации сеть рассматривается как граф. При этом маршрутизаторы являются узлами, а физические линии между маршрутизаторами — рёбрами соответствующего графа. Каждой грани графа присваивается определённое число — стоимость, зависящая от физической длины линии, скорости передачи данных по линии или финансовой стоимости линии.

Алгоритмы маршрутизации можно разделить на:

- адаптивные и неадаптивные

- глобальные и децентрализованные

- статические и динамические

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. Различают следующие способы маршрутизации:

-Централизованная маршрутизация реализуется обычно в сетях с централизованным управлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации. Такое управление маршрутизацией уязвимо к отказам центрального узла и не отличается высокой гибкостью.  
 -Распределенная (децентрализованная) маршрутизация выполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.  
 -Смешанная маршрутизация характеризуется тем, что в ней в определенном соотношении реализованы принципы централизованной и распределенной маршрутизации. К ней относится, например, гибридная адаптивная маршрутизация.

Задача маршрутизации  в сетях решается при условии, что кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за минимальное время, зависит от топологии сети, пропускной способности линий связи, нагрузки на линии связи. Топология сети изменяется в результате отказов узлов и линий связи и отчасти при развитии ТКС (подключении новых узлов и линий связи). Пропускная способность линий связи определяется типом передающей среды и зависит от уровня шумов и параметров аппаратуры, обслуживающей линии. Наиболее динамичным фактором является нагрузка на линии связи, изменяющаяся довольно быстро и в труднопрогнозируемом направлении.  
Для выбора оптимального маршрута каждый узел связи должен располагать информацией о состоянии ТКС в целом - всех остальных узлов и линий связи. Данные о текущей топологии сети и пропускной способности линий связи предоставляются узлам без затруднений. Однако нет способа для точного предсказания состояния нагрузки в сети. Поэтому при решении задачи маршрутизации могут использоваться данные о состоянии нагрузки, запаздывающие (из-за конечной скорости передачи информации) по отношению к моменту принятия решения о направлении передачи пакетов. Следовательно, во всех случаях алгоритмы маршрутизации выполняются в условиях неопределенности текущего и будущего состояний.

Эффективность алгоритмов маршрутизации. Она оценивается следующими показателями: 

-временем доставки пакетов адресату;  
- нагрузкой на сеть, которая при реализации данного алгоритма создается потоками пакетов, распределяемыми, по линиям и узлам сети. Количественная оценка нагрузки осуществляется длиной очередей пакетов в узлах;  
- затратами ресурсов в узлах связи (временем работы коммуникационной ЭВМ, емкостью памяти)  
  Факторы, снижающие эффективность алгоритмов маршрутизации:  
- передача пакета в узел связи, находящийся под высокой нагрузкой;  
-  передача пакета в направлении, не приводящем к минимальному времени его доставки; '  
-  создание на сеть дополнительной нагрузки за счет передачи служебной информации, необходимой для реализации алгоритма. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.Виды и  отличая  алгоритмов маршрутизации трафика связи

 

Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между ними в степени учета изменения топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута. 

- Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния (нагрузки). Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества - простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя от дельных ее элементов. Из этого вида некоторое практическое применение получили случайная и лавинная маршрутизации. 

Случайная маршрутизация характеризуется тем, что для передачи пакета из узла связи выбирается одно, случайно выбранное свободное направление. Пакет “блуждает” по сети и с конечной вероятностью когда-либо досчитает адресата. Естественно, что при этом не обеспечивается ни оптимальное время доставки пакета, ни эффективное использование пропускной способности сети. 

- Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптация к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают  однопутевую и многопутевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачи пакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузками, а вторая - на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с малоизменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов. 

- Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения как топологии, так и нагрузки сети. Существует несколько модификаций адаптивной маршрутизации, различающихся тем, какая именно информация используется при выборе маршрута. Получили распространение такие модификации: локальная, распределенная, централизованная и гибридная адаптивные маршрутизации. 

Локальная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей: таблицу маршрутов, которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла; данные о состоянии выходных линий связи (работают или не работают); длину очереди пакетов, ожидающих передачи. Информация о состоянии других узлов связи не используется. Таблица маршрутов определяет кратчайшие маршруты, обеспечивающие доставку пакета адресату за минимальное время. Преимущество такого метода состоит в том, что принятие решения о выборе маршрута производится с использованием самых последних данных о состоянии узла. Недостаток метода в его “близорукости”, поскольку выбор маршрута осуществляется без учета глобального состояния всей сети. Следовательно, всегда есть опасность передачи пакета по перегруженному маршруту. 

Распределенная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, указанной для локальной маршрутизации, и данных, получаемых от соседних узлов сети. В каждом узле формируется таблица маршрутов (каталог) ко всем узлам назначения, где указываются маршруты с минимальным временем задержки пакетов. До начала работы сети это время оценивается исходя из топологии сети. В процессе работы сети узлы периодически обмениваются с соседними узлами, так называемыми таблицами задержки, в которых указывается нагрузка (длина очереди пакетов) узла. После обмена таблицами задержки каждый узел перерассчитывает задержки и корректирует маршруты с учетом поступивших данных и длины очередей в самом узле. Обмен таблицами задержки может осуществляться не только периодически, но и асинхронно в случае резких изменений нагрузки или топологии сети. Учет состояния соседних узлов при выборе маршрута существенно повышает эффективность алгоритмов маршрутизации, но это достигается за счет увеличения загрузки сети служебной информацией. Кроме того, сведения об изменении состояния узлов распространяются посети сравнительно медленно, поэтому выбор маршрута производится по несколько устаревшим данным. 

Централизованная адаптивная маршрутизация характеризуется тем, что задача маршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации (ЦМ). Каждый узел периодически формирует сообщение о своем состоянии (длине очередей и работоспособности линий связи) и передает его в ЦМ. По этим данным в ЦМ для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно, что передача сообщений в ЦМ, формирование и рассылка таблиц маршрутов - все это сопряжено с временными задержками, следовательно, с потерей эффективности такого метода, особенно при большой пульсации нагрузки в сети. Кроме того, есть опасность потери управления сетью при отказе ЦМ.  

Гибридная адаптивная маршрутизация основана на использовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети, в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизации. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной маршрутизации (маршруты, формируемые центром, являются несколько устаревшими) и локальной (“близорукость” метода) и воспринимает их преимущества: маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учет текущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи. 

 

 

 

1.2.Исследование алгоритмов маршрутизации и их реализация

 

В настоящее время  протоколы сетевого уровня играют важнейшую  роль в эффективном функционировании сетей, использующих принцип коммутации пакетов. Эффективность алгоритма маршрутизации определяет эффективность самого протокола. К эффективности протокола относят оптимальность выбора пути, быстродействие, загруженность линий, недопустимость перегрузок, динамическую модификацию маршрута при изменении топологии сети.

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. Все алгоритмы используют одну из трех математических моделей -Дийкстра, Беллмана-Форда, Флойда-Уоршелла. Но если статические алгоритмы распространяют их на всю описываемую подсеть, то динамические только локально, используя развитые метрики оптимальности.

Алгоритм заливки является самым  надежным и быстрым из всех существующих алгоритмов. Принцип функционирования заключается в рассылке пришедшего пакета во все линии, кроме той, по которой он пришел. Но его единственный и главный минус - недопустимо большое значение трафика. Данный алгоритм является оценочным при тестировании новых разработок и все ещё используется в специализированных сетях (например, военных).

Алгоритм маршрутизации  на основании потока основывается на предположении о том, что трафик внутри сети можно описать неким статистическому закону, на основании которого и выбираются оптимальные схемы маршрута. Динамические алгоритмы для оценки оптимальности пути используют механизм метрик. Метрикой для дистанционно-векторной маршрутизации является число отрезков сети (хлопов) между отравителем и получателем. На основании данной метрики выбирается оптимальный маршрут, локально используя алгоритм Дийкстры. Данный метод глобально использовался в коммерческих сетях и сетях общего назначения до начала 80х годов XX века. Данный алгоритм имеет ряд недостатков, главным из которых является проблема счета до бесконечности. Практическая реализация алгоритма выполнена в виде протокола RIP. Сейчас же данный метод уступил место более совершенным, но его еще поддерживает подавляющий процент выпускаемого оборудования, операционных систем (MVS, Unix, семейство MS Windows Server).