автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Анализ и пути повышения эффективности гибридных сетей спутниковой связи

УДК 621.396.931

На правах рукописи

Голованов Сергей Валерьевич

АНАЛИЗ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБРИДНЫХ СЕТЕЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Специальность 05.12.13 -«Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре «Радиотехника и радиотехнические системы» Московского государственного университета сервиса (МГУС)

Наугаый руководитель кандидат технических наук, доцент

A. М. Тенякшев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

B. В. Соломенцев;

кандидат технических наук В. В. Бвдин

Ведущая организация - Центр Космической Связи «Дубна»

ФГУП «КОСМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ»

Защита диссертации состоится « ЛЛ. » Лл££А*р 2004 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 223.011.02 в Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУ ГА) по адресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульвар, Д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА. Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

доцент, кандидат технических наук ^ЯТ^* А- С. Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Развитие систем спутниковой связи привело к появлению систем, построенных на базе терминалов с малой апертурой - сетей VSAT (Very Small Aperture Terminal). Такие сети связи в общем случае состоят из двух и более терминалов (опорных сетей), объединенных посредством спутникового канала связи. В последнее время спутниковые системы связи получили своё дальнейшее развитие за счёт совместного использования спутникового и наземного каналов связи. Такие системы получили название гибридные спутниковые сеги связи (ГССС).

Поскольку такая конфигурация широко используется при построении спутниковых систем связи, встает задача оптимизации работы подобных гибридных сетей связи. В частности, использование дополнительного наземного канала делает необходимым создание модели спутниковой гибридной сети связи, функционирующей на базе обобщенного протокола автоматической повторной передачи (Automatic Repeat reQuest - ARQ), что позволяет значительно сократить избыточность передаваемой информации, обеспечив вместе с тем высокую достоверность передаваемых данных.

Современные тенденции развития телекоммуникационных услуг в направлении их интеграции приводят к необходимости создания мультисервисных сетей связи, способных в едином канале обеспечивать передачу разнородной информации: видео, голос, данные.

В подобной постановке задача сводится к анализу характеристик спутниковой сети связи при совместной передаче голоса и данных и приоритете речи. Как правило, спутниковая система связи является многопользовательской средой, важным параметром которой является дисциплина множественного доступа.

«

В связи с вышеизложенным, основной целью диссертационной работы является разработка методов оптимизации протоколов передачи и распределения информации с учетом особенностей спутникового и наземного сегментов гибридной телекоммуникационной сети.

В соответствии с этим, в диссертационной работе были поставлены и решены следующие основные задачи:

• многокритериальный анализ и оптимизация параметров обобщенного протокола ARQ (длины информационной части кадра при вариации вероятности поступления кадра, времени запаздывания, интенсивности канальных ошибок; максимизации пропускной способности) для одноадресной и многоадресной конфигураций ГССС с целью повышения эффективности передачи информации с пакетной коммутацией;

• анализ характеристик спутниковой системы связи при совместной передаче голоса и данных и приоритете речи с оценкой влияния приоритетов на параметры системы связи, при использовании различных схем многостанционного доступа семейства Aloha: «чистая» Aloha, слотированная Aloha (Aloha- S), Aloha с резервированием (Aloha-R);

• разработка методики определения оптимальных параметров ГССС на основе моделей спутникового и наземного сегментов гибридной спутниковой сети вязи, функционирующих на базе обобщенного протокола ARQ;

• сравнительный анализ качественных характеристик спутникового и гибридного сегмента спутниковых сетей с целью повышения эффективности и оценки целесообразности использования гибридных конфигураций в различных условиях.

Методы исследования

Исследования выполнены с использованием методов теории вероятности, случайных процессов, теории телетрафика. Математические расчеты выполнены в среде MathCAD 2000 Pro.

Научная новизна

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые:

• проведен многокритериальный анализ и оптимизация параметров обобщенного протокола ARQ ( длины информационной части кадра при вариации вероятности поступления кадра, времени запаздывания, интенсивности канальных ошибок, максимизации пропускной способности; размера окна повторной передачи; времени таймера повторной передачи) для одноадресной и многоадресной конфигураций спутниковых и гибридных сетей связи с целью повышения эффективности передачи информации с пакетной коммутацией;

• проведены исследования и сравнительный анализ качественных характеристик спутниковой системы связи при использовании различных схем многостанционного доступа семейства Aloha: «чистая» Aloha, слотированная Aloha (Aloha- S), Aloha с резервированием (Aloha-R) , при совместной передаче голоса и данных с оценкой влияния приоритетов на параметры гибридной сети связи;

• разработаны модели спутникового и наземного сегментов ГССС, функционирующей на базе обобщенного протокола ARQ, с целью разработки методики определения оптимальных параметров гибридных систем связи;

• проведен сравнительный анализ качественных характеристик спутниковой и гибридной конфигураций спутниковых сетей связи с целью повышения эффективности и оценки целесообразности использования гибридных конфигураций в различных условиях.

На защиту выносятся

• аналитические соотношения для определения значений параметров протокола ARQ и оптимальной длины информационной части кадра при минимизации времени запаздывания и вариации вероятности поступления кадра, при максимизации пропускной способности спутниковой и гибридной систем связи и вариации интенсивности канальных ошибок;

• результаты многокритериального анализа и оптимизации параметров обобщенного протокола ARQ для одноадресной и многоадресной конфигураций спутникового и наземного сегментов ГССС с целью повышения эффективности передачи информации с пакетной коммутацией;

• результаты анализа характеристик спутниковой системы связи при совместной передаче голоса и данных и приоритете речи, а также результаты исследований и сравнительного анализа качественных характеристик спутниковой сети связи при использовании различных схем многостанционного доступа семейства Aloha;

• модель спутникового и наземного сегментов ГССС, функционирующей на базе обобщенного протокола ARQ, а также результаты сравнительного анализа качественных характеристик спутниковой и гибридной конфигураций спутниковых сетей.

Использование результатов работы

Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной НИР ГБ

НИР МГУС № 01.20.000.8677 в течение 2000-2002 г. г. Результаты

диссертационной работы использованы при разработке системы гибридного спутникового Интернета для АО «АЛРОСА», а также в учебном процессе Московского Государственного Университета Сервиса, что подтверждается соответствующими актами. Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• III Международная научно-практическая конференция «Современные средства управления бытовой техникой», Москва, 2001 г.

• III Международная конференция «Индустрия сервиса в XXI веке», секция «Современная бытовая техника, управляющие системы и телекоммуникации», Москва, 2001 г.

• IV Международная конференция «Индустрия сервиса в XXI веке», секция «Информационные технологии в XXI веке», Москва 2002 г.

• V Международная научно-техническая конференция «Современные средства управления бытовой техникой», Москва, 2003 г.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ. Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы, включающего 142 наименования. Работа представлена на 250 страницах машинописного текста и содержит 98 рисунков. В приложениях объемом 12 страниц содержатся материалы, подтверждающие результаты работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, дано краткое описание основных рассматриваемых вопросов по главам.

В первой главе на примере сетей VSAT рассмотрены системотехнические основы функционирования спутниковых сетей связи. Проведен анализ структуры протоколов сетей VSAT. Выполнена классификация систем спутниковой связи VSAT: по способу разделения спутникового ресурса, по дисциплине многостанционного доступа, по количеству каналов на одну несущую, по топологии, по совместному использованию наземных линий. Проведен сравнительный анализ конфигураций сетей VSAT в зависимости от способа разделения ресурса (полносвязные сети и сети типа «звезда») и дисциплины множественного доступа (постоянное обслуживание и обслуживание по запросу с FDMA (Frequency Division Multiplexing ), постоянное обслуживание и обслуживание по запросу с TDMA (Time Division Multiplexing), процедура множественного доступа с обслуживанием по запросу - DAMA(Demand Assigned Multiple Access ). Проведен обзор методов случайного доступа семейства ALOHA; протоколов автоматического запроса повторной передачи ARQ для одноадресной передачи («точка - точка»), для многоадресной передачи («точка - много точек»), для спутниковых гибридных сетей связи. В заключение главы сформулированы основные параметры и критерии оценки качества гибридных сетей спутниковой связи, поставлены цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе проведен анализ спутникового сегмента ГССС. Учитывая, что одним из важнейших критериев качества ГССС является время задержки кадра, получены аналитические соотношения оценки этого показателя в спутниковом сегменте ГССС. Получены аналитические выражения для определения оптимального количества информационных

бит в кадре в случае формирования пакета при случайном характере появления информации, а также выражения для оценки погрешности определения оптимальной длины пакета при различной вероятности поступления пакета при минимизации времени запаздывания и вариации вероятности поступления кадра. Несмотря на то, что минимальное время задержки является основным критерием построения сетей связи, на практике иногда руководствуются также максимально допустимым временем задержки, которое регламентируется для каждого типа сетей. Предложена методика оптимизации длины информационной части кадра при заданном времени запаздывания.

Для ГССС с одним приемником с пропускной способностью Ие (бит/с), интенсивностью битовых ошибок и структуре кадров из бит полезной и бит служебной информации, пропускная способность определена пропускная способность системы с одним приемником:

При количестве приемников пропускная способность

многоадресной спутниковой сети связи

Зависимости пропускной способности от длины информационной части кадра для одноадресной и многоадресной спутниковой систем связи при различных параметрах иллюстрируются на рис. 1.

ус,1 = у~Г7~(1 ~ Чс)1"*1" • яс

¡-и + ^гщ

(1)

(2)

Рис. 1. Зависимости пропускной способности от длины информационной части кадра

На основании проведенного анализа получены выражения для определения основных параметров протокола ARQ: периода таймера повторной передачи

7>а,

или

ся , кв

+ 2 Т„

(3)

К ' к,

где пропускные способности спутникового канала и канала

квитанций, соответственно; - максимальный объем кадра-квитанции; - время задержки распространения кадра в спутниковом канале;

ас е {2,3,...} — переменная, учитывающая необходимое приращение числа

периодов, и размера окна повторной передачи :

я.

-Т

с>

¿„+А..

где © - количество попьиок передачи кадра до очищения окна.

(4)

Важное место в главе занимают исследования оценки качественных характеристик спутниковой системы связи при совместной передаче голоса и данных и абсолютном приоритете речи. На основании проведенного анализа получены аналитические выражения для определения задержек голосового пакета и пакета данных. Среднее время задержки голосового пакета:

где:

К<1 _ "» "-исп ~

- коэффициенты использования

канала при передаче кадров речи и данных, соответственно;

1

2 + 1 ■• (где о? - дисперсия времени передачи); , —

пропускная способность спутникового канала для голоса и данных, соответственно; - интенсивность трафика голоса и данных,

соответственно; 1/|л„, 1/ц^ - средняя длина пакета голоса и данных, соответственно.

Показано, что при совместной передаче голоса и данных при абсолютном приоритете голосового трафика он испытывает существенно меньшие задержки но сравнению с трафиком данных. Эта зависимость сохраняется при росте интенсивности генерирования трафика обоих типов. Показано, что существенно улучшить параметры системы связи возможно за счёт использования пауз в передаче трафика первого типа (например, естественные паузы в речи). Результаты показывают, что при типичных значениях речевой активности максимальная пропускная способность при передаче данных с использованием пауз в среднем в 2-3 раза превышает аналогичный параметр без использования пауз.

Проведен анализ эффективности различных схем многостанционного доступа семейства Aloha: простая («чистая») Aloha, слотированная (синхронная) Aloha (S-Aloha) и Aloha с резервированием (Aloha-R). Для анализируемых дисциплин множественного доступа получены зависимости, позволяющие оценить время запаздывания в системах спутниковой связи от числа канальных интервалов, через которое осуществляется повторная, передача; интенсивности трафика; числа станций в сети. Показано, что наибольшие значения времени запаздывания наблюдается в случае простой Aloha, а наименьшие - слотированной Aloha.

В третьей главе проведен анализ совместного функционирования спутникового и наземного сегментов ГССС. Проведен анализ, направленный на оптимизацию длины информационной части кадра в ГССС при максимизации пропускной способности и вариации интенсивности канальных ошибок. Получена модель ГССС,

функционирующей на базе обобщенного протокола автоматической повторной передачи (рис. 2).

Рис. 2. Модель работы протокола ARQ в гибридной сети

Обосновано условие стабильности гибридной сети. В частности, система считается стабильной в случае, если входная скорость кадров в очередь повторных передач меньше скорости, с которой повторные кадры посылаются в наземный канал, т.е.

(7)

и нестабильной в ином случае. Показано, что пропускная способность в ГССС не зависит от количества приемников. Получено выражение для пропускной способности таких сетей связи:

, если система стабильна

, если система нестабильна

(8)

Показано, что теоретически оптимальным значением длины информационной части кадра, максимизирующим пропускную

способность системы, является ее максимально возможное значение, при котором условие стабильности еще выполняется На приведенной зависимости (рис. 3) это значение обозначено точкой, область стабильного функционирования лежит слева от пунктирной линии, а нестабильного -справа. Аналогичным образом получено аналитическое выражение для определения оптимального значения На основании проведенного анализа параметров протоколов ARQ получены выражения для определения основных параметров протокола ARQ для ГССС. периода таймера повторной передачи и размера окна повторной передачи

, бит/с

2.5 К? ---;-

°0 500 1000 1500 ¿„опт

Рис. 3. Зависимость пропускной способности ГССС от длины информационной части кадра

Показана необходимость введения двух периодов таймера - для спутниковой подсети, , -пи

Т:=ас-Ь^ + Тр+-^- + Трз, (9)

Кс Км

и наземной подсети.

г , г /щах

+ + (10)

где Тр1 - задержка распространения кадра в наземном канале; параметр ас задается аналогично спутниковой сети.

Получено выражение для размера окна повторной передачи:

Я

-[г;+(о>-1)77 ],

(11)

А,+4.

где время таймера повторной передачи для спутникового и

наземного сегментов ГССС, определяемые соответственно из выражения (9) и (10).

Проведен сравнительный анализ эффективности спутниковой и гибридной сетей передачи данных. Для анализа был введен дополнительный параметр эффективности пропускной способности, Г), определяемый как отношение пропускной способности к сумме скоростей информационных каналов. В результате, эффективность чистой спутниковой сети из М приемников оценивается выражением:

а эффективность соответствующей гибридной сети:

На основании анализа получено семейство графических зависимостей (рис. 4), иллюстрирующих эффективность различных конфигураций для разного количества приемников.

На рис. 4 «жирная» кривая, построенная по точкам пересечений соответственных кривых пропускной способности, отображает границу, разделяющую области эффективности ГССС и обычной спутниковой сетей. Показано, что ГССС теоретически обеспечивает лучшую пропускную способность по сравнению с обычной спутниковой сетью,

однако большая эффективность первой сказывается только при значительных величинах вероятности ошибки на бит

I !07 I 10* 1 |0~* I |0~4 ^

Рис 4 Эффективность пропускной способности в спутниковой многоадресной сети

В четвертой главе рассмотрены особенности реализации гибридной спутниковой технологии доступа в Интернет для нужд АО «АЛРОСА».

Анализируются особенности построения спутниковой сети высокоскоростного доступа в Интернет на основе технологии FR с предоставлением услуг IP-телефонии и IP-видсо на базе спутника-ретранслятора «Экспресс-6А» в точке стояния 80° в д

Сеть построена на базе установленных компанией «АмРуссТел» на территории Якутии спутниковых станций VSAT-NEXTAR и управляющей станции HUB ГП «Космическая связь» в г Дубна

Топология сети - «звезда» с центром в г.Дубна. 1Р-трафик, исходящий из сети Интернет, передается через HUB станцию одновременно всем потребителям спутниковой сети VSAT в групповом высокоскоростном (1536 кбит/с) канале по протоколу Frame Relay. IP-трафик запросов от потребителей спутниковой сети VSAT в сеть Интернет передается на HUB в отдельных каналах запросов (на отдельных несущих) на скоростях 32-128 кбит/с также по протоколу Frame Relay. Сетевым оборудованием, реализующим инкапсуляцию IP-протоколов в протокол FR, являются маршрутизаторы Cisco 3640, 2514,1605, 1750.

В качестве стека протоколов при работе с Интернет применяются: IP, TCP, RTP, RSVP, FrameRelay, Ethernet При необходимости отдельным потребителям, как в исходящем, так и во входящем каналах может быть зарезервирована минимальная скорость обмена (Committed Information Rate — CIR) в групповом FR-канале, что существенно отличает спутниковую сеть от обычных IP-сетей.

Практически подтверждены возможности высокоскоростного доступа по организации IP-видеоконференции с высоким качеством изображения; организации просмотра мультимедийных приложений (IP-видеофильмы, IP-видеоконференций в сети Интернет, передача файлов с помощью FTP-серверов и др); организации международной и междугородней IP-телефонии с высоким качеством передачи речи и малым временем ожидания соединения.

Практическая эксплуатация спутниковой сети с технологией пакетной передачи информации Frame Relay в Якутии подтвердила ряд неоспоримых ее преимуществ по сравнению с применяемыми в настоящее время спутниковыми сетями VSAT. К числу наиболее значимых достоинств можно отнести следующие:

1. Каждая ЗС в данной сети излучает только одну несущую, в то время как в системах с множественным доступом и предоставлением каналов по требованию (DAMA) каждая станция, как правило, излучает несколько несущих одновременно.

2. Работа в односигнальном режиме позволяет снизить требования к мощности передатчиков как центральной, так и региональных земных станций, тем самым удешевляя как саму ЗС, так и сеть в целом.

3. В связи с влиянием фазовых шумов в спутниковом радиоканале минимальная полоса частот в современных спутниковых каналах связи составляет около 20 кГц. В корпоративных сетях с DAMA технологией в этой полосе будет передаваться только один канал. В системах с пакетной коммутацией Frame Relay в такой полосе могут передаваться несколько речевых каналов одновременно.

4. Нет необходимости введения дополнительного оборудования для маршрутизации сообщений и организации соединения, которое необходимо в спутниковых системах с многостанционным доступом и DAMA. Все функции по адресации выполняет стандартное и, поэтому, более дешевое оборудование (например, CISCO), используемое в наземных сетях Frame Relay.

В сетях с одновременной передачей речи и данных режим DAMA начинает терять свои преимущества в сетях с 30 и более процентами трафика, приходящегося на передачу данных. При передаче данных приходится переходить в режим закрепленных каналов РАМА и использовать протоколы коммутации пакетов FR, X.25, ATM. Вместе с тем, динамическое перераспределение выделенной полосы между каналами речи и данных с уменьшением скорости передачи речи (или данных) за счет использования алгоритмов статистического уплотнения

(при передаче его в общем потоке) позволяет эффективно использовать ресурсы спутника-ретранслятора в сетях с технологией Frame Relay.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе определены основные направления развития гибридных спутниковых сетей связи, разработаны методы оптимизации протоколов передачи и распределения информации с учетом особенностей спутникового и наземного сегментов телекоммуникационной сети.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы и заключения.

1. Найдено, что вероятность поступления пакетов р оказывает существенное влияние на суммарное время задержки. Показано, что для достижения минимального времени задержки с повышением вероятности поступления кадров длину информационной части кадра необходимо уменьшать.

2. Предложена методика определения оптимальной длины информационной части кадра при фиксированном времени запаздывания, исходя из условия минимальной нагрузки на канал связи. Показано, что канальная скорость имеет минимум при некотором значении

которое можно считать локально оптимальным при заданном времени запаздывания Т.

3. Показано существование и найдено оптимальное значение длины информационной части кадра максимизирующее пропускную способность системы в спутниковой одноадресной системе связи, обеспечивающее максимальную пропускную способность системы. Показано, что при низкой интенсивности битовых ошибок спутникового канала связи и менее) нецелесообразно выбирать значение

максимизирующее пропускную способность, поскольку степень влияния длины кадра на пропускную способность системы снижается при снижении БЕЯ, что позволяет варьировать оптимальную длину кадра в широких пределах.

4. Показано, что пропускная способность в многоадресной сети, в которой приемники испытывают независимые, но одинаковые шумовые воздействия, ограничена сверху пропускной способностью сети с одним из приемников. Предложена методика оценки оптимального значения длины информационной части пакета, легко реализуемая в протоколе, на базе которого функционирует спутниковая система связи.

5. Показано, что в спутниковой многоадресной сети связи степень влияния длины кадра на пропускную способность системы ещё более слабая (по сравнению с одноадресной конфигурацией). Найдено, что рост количества приемников, снижает общую пропускную способность системы, однако оптимальное значение длины кадра практически не зависит от количества приемников. Оптимальная длина кадра слабо зависит от пропускной способности спутникового канала, а также от количества служебной информации. Так, например, при типовых размерах кадра 64... 128 бит разброс в определении оптимального значения составляет около 150 бит, что в наиболее худшем случае приведет к уменьшению пропускной способности менее чем на 1 %.

7. Получены аналитические выражения определения оптимальных значений времени таймера и размера окна повторной передачи в зависимости от параметров системы спутниковой связи протокола ЛЯД

8. Для вариации времени таймера повторной передачи введен параметр представляющий собой время обслуживания последовательных кадров в спутниковом канале связи. Показано, что

время таймера повторной передачи не зависит от количества приемников в спутниковой системе связи. В результате, в системах с низкой интенсивностью битовых канальных ошибок и невысокими требованиями к повторной передаче, опережающей квитанцию, параметр ас предложено выбирать минимальным, лежащим в интервале (2...3). В спутниковых каналах, подверженных ошибкам, а также в системах, где «лишняя» повторная передача недопустима, значение а, следовательно, и время таймера повторной передачи необходимо увеличить. Так, например, возрастание длины информационной части кадра с 512 до 1024 бит увеличивает период таймера повторной передачи приблизительно на 27 мс (для приведенных исходных данных). Каждое последующее увеличение параметра на единицу дает прибавку к периоду таймера повторной передачи около 16 мс (для приведенных исходных данных).

9. Для анализа влияния размера окна повторных передач на характеристики спутниковой системы связи предложено ввести параметр

характеризующий максимальное количество попыток передачи кадра с момента «попадания» кадра в окно до момента выхода кадра за его пределы. Исследовано влияние количества приемников на параметр © - с ростом количества приемников его необходимо увеличивать, показано, что, например, при количестве попыток повторной передачи, равном 4, и длине информационной части кадра 1024 бит, размер окна должен составлять примерно 250 кадров или 272000 бит. При количестве попыток повторной передачи, равном 8, потребуется буфер уже на 1150 кадров (1251200 бит). Учитывая, что буфер такого объема легко реализуем, рекомендуется использовать большие значения в случае, если достоверность доставки играет не последнюю роль.

10. Показано, что при значительном числе станций в гибридной сети (около 500) и низкой интенсивности трафика, эффективность протоколов

Aloha и Aloha-S практически совпадает. С увеличением числа станций в сети, возрастают преимущества Aloha-S перед «чистой» Aloha. Наихудшей эффективностью при низкой интенсивности трафика обладает Aloha-R.

Найдено, что системы спутниковой связи на основе протокола Aloha-R обеспечивают относительно постоянную задержку по сравнению с аналогичными системами. Для трафика реального времени, чувствительного к задержкам, наилучшими параметрами обладает Aloha-S. В системах, где существенную роль играет постоянство задержки при изменяющихся условиях передачи, следует применять схему Aloha-R.

11. Разработана модель ГССС, функционирующей на базе обобщенного протокола автоматической повторной передачи ARQ и введены понятия стабильного и нестабильного режимов работы спутниковой гибридной системы связи, что определяется параметрами системы и выражается в условии стабильности. Получены выражения для пропускной способности системы для обоих режимов работы.

Выявлено, что пропускная способность в гибридной сети не зависит от числа приемников.

12. Получено аналитическое выражение для определения оптимального значения Показана слабая зависимость отклонения значения от оптимального на общую пропускную способность системы. Так, при увеличении пропускной способности спутникового канала с 64 Кбит/с до 256 Кбит/с оптимальное значение La увеличивается более чем на 100% (с 650 бит до 1350 бит), однако пропускная способность системы возрастает менее чем на 5 %. То же самое можно сказать о влиянии пропускной способности наземного канала и количества служебной информации на определение оптимального значения Предложен альтернативный подход к определению оптимального значения

при котором критерием оптимальности является минимальное число

повторных передач. Получено аналитическое выражение для определения оптимального значения

13. Проведенный анализ параметров протокола автоматической повторной передачи в спутниковой гибридной системе связи показал, что время таймера повторной передачи не зависит от количества приемников в сети. Показана необходимость использования двух таймеров повторной передачи: для спутниковой и наземной подсетей.

14. По аналогии со случаем спутниковой архитектуры, для ГСС введены параметры (для спутниковой и наземной подсетей соответственно), добавляющие к общему времени периода таймера время обслуживания последовательных кадров. Показано, что в системах с низкой интенсивностью битовых канальных ошибок и невысокими требованиями к повторной передаче раньше квитанции параметры выбирается минимальным, лежащим в диапазоне (2...3). Напротив, на каналах связи, подверженных ошибкам, и в системах, где лишняя повторная передача недопустима, значения следовательно, и время таймера повторной передачи необходимо увеличить.

15. Показано, что эффективность гибридной сети растет с ростом числа приемников, что соответствует определению меры эффективности. Также продемонстрировано, что для данного числа приемников гибридная сеть более эффективна по сравнению с чистой спутниковой сетью, если БЕЯ спутникового канала превышает некоторое пороговое значение. Получены наглядные графические зависимости, отображающие эти аспекты.

Показано, что гибридная сеть теоретически обеспечивает лучшую пропускную способность по сравнению с чистой спутниковой сетью,

однако большая эффективность первой сказывается только при значительных величинах BER.

16. Практически подтверждены возможности высокоскоростного доступа по организации IP-видеоконференции с высоким качеством изображения; организации просмотра мультимедийных приложений (IP-видеофильмы, IP-видеоконференций в сети Интернет в системах с пакетной коммутацией Frame Relay.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Голованов С. В. Обеспечение качества обслуживания в гибридных спутниковых сетях связи: Материалы V Международной научно-технической конференции «Современные средства управления бытовой техникой».-М., 2003 г. С. 125.

2. Голованов С. В. Использование гибридной схемы ARQ в сетях многоадресной спутниковой связи: Материалы III Международной конференции «Индустрия сервиса в XXI веке», секция «Современная бытовая техника, управляющие системы и телекоммуникации». - М., 2001г. С. 65-66.

3. Голованов С. В. Разработка оптимального протокола контроля ошибок для спутниковых гибридных сетей связи: Материалы IV Международной конференции «Индустрия сервиса в XXI веке», секция «Информационные технологии в XXI веке». - М., 2002 г. С. 106-109.

4. Голованов С. В. Сравнительный анализ эффективности одноадресной и многоадресной спутниковой и гибридной сетей передачи данных// Вестник МГУС, серия «Радиоэлектроника и информатика». - М., 2002 г. С. 120-128.

5. Шелухин О. И., Голованов С. В., Сирухи Дж. В. Оценка задержки пакетной передачи информации с приоритетами в спутниковых системах связи»// Вестник МГУС, серия «Радиоэлектроника и информатика». - М, 2001 г. С. 70-77.

6. Голованов С. В., Бурцев С. Б. Применение спутниковой связи для объединения локальных сетей// Вестник МГУС, серия «Радиоэлектроника и информатика». - М., 2001 г. С. 77-82.

7. Сирухи Дж. В., Голованов С. В. Пути построения и методы анализа гибридных мультисервисных спутниковых сетей связи: Материалы IV Международной конференции «Индустрия сервиса в XXI веке», секция «Информационные технологии в XXI веке». - М., 2002 г. С.109-113

8. Шелухин О. И., Голованов С. В., Сирухи Дж. В. Оптимизация длины пакета при пакетной передаче речи// Вестник МГУС, серия «Радиоэлектроника и информатика». - М., 2000 г. С 118-128.

9. Голованов С. В., Сирухи Дж. В. Интеграция видео, голоса и данных и гибридных сетях связи: Материалы III Международной научно-практической конференции «Современные средства управления бытовой техникой». - М., 2001 г. С. 132.

10. Голованов С. В., Сирухи Дж. В. Оценка качества передачи речи и данных в гибридных спутниковых системах с предоставлением каналов по требованию// Вестник МГУС, серия «Радиоэлектроника и информатика». -М., 2001 г. С. 67-70.

11. НИР. Исследование и разработка цифровых методов защиты и передачи аудио и видео информации, корпоративных сетях и системах. МГУ С 2000- ГБ-01-2000, № Г.Р. 01.20.000.8677.

Соискатель С. В. Голованов

Голованов Сергей Валерьевич

АНАЛИЗ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБРИДНЫХ СЕТЕЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Отпечатано с оригинал-макета автора Лицензия ИД №04205 от 06.03.2001 г.

Сдано в производство 26.01.2004 Тираж 100

Объем 1,5 п.л. Формат 60x84/16 Изд.№40 Заказ 40

Московский государственный университет сервиса 141221, Московская обл., Пушкинский р-он, пос. Черкизово, ул. Главная, 99

© МГУС, 2004

»-5675