Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА», 2023, T. 4, № 3, стр. 273-275

ВВЕДЕНИЕ

Распределение частотно-временного ресурса (ЧВР) между земными станциями сети спутниковой связи (ССС) в настоящее время осуществляется в рамках суточного планирования по заявкам в центр управления связью (ЦУС), который осуществляет распределение частотно-временного ресурса равномерно между всеми земными станциями (ЗС) с профицитом, необходимым для обеспечения гарантированной передачи данных в случае увеличения числа абонентов и обеспечения требуемого качества передачи.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Статистические данные показывают, что частотно-временной ресурс между земными станциями ССС выделяется под пиковые (максимальные) значения информационной нагрузки с запасом в 15–20% [1, 2]. Анализ загрузки типовой спутниковой радиолинии с общей пропускной способностью 2 Мбит/с свидетельствует о том, что 80% времени ЧВР используется не более чем на 15–20%. Это приводит к недоиспользованию ЧВР при его общем дефиците.

В интересах повышения эффективности использования частотно-временного ресурса ССС предлагается планировать его предоставление без профицита. Распределяемый ресурс ССС условно классифицируется на основной и резервный. Под основным ЧВР понимаются частотный диапазон и время сеансов связи, планируемые для каждой ЗС в соответствии с усредненной потребностью абонентов – источников трафика по заявкам на предстоящие сутки. Резервный ресурс – частотный диапазон и время сеансов связи, предоставляемые дополнительно в случае пиковых нагрузок. Резервный ресурс предоставляется за время, равное времени двух прохождений сигнала через космический аппарат связи (КАС), до начала действительной передачи данных с использованием постоянного канала управления. Причины возникновения пиковых нагрузок в ССС могут быть вызваны необходимостью внеплановой видеоконференции, необходимостью получения видеоизображения от беспилотных летательных аппаратов и (или) космических аппаратов дистанционного зондирования Земли в режиме реального времени или увеличением числа подключаемых абонентов. В случае если для передачи трафика в ССС достаточно спланированного основного частотно-временного ресурса ССС, резервный ресурс может быть использован для передачи фонового трафика, не критичного к требованиям по качеству передачи (передача телеметрической информации), или находиться в оперативном резерве.

Количественный состав ЗС в сети связи, прикрепленных (обслуживаемых) к одной центральной ЗС, определяется соотношением

где $\nu = \overline {1,n} $ – порядковый номер земной станции в сети, $n$ – общее количество земных станций в сети.

Методика планирования и распределения ЧВР центральным узлом связи позволяет определить необходимое и достаточное количество основных (К_осн) и дополнительных (К_рез) каналов в результате выполнения операций, представленных на рис. 1.

В первом блоке задаются исходные данные о составе, структуре и параметрах КАС (в том числе сведения об их пространственном положении), параметры ЗС, включая информацию о подключенных абонентах и видам передаваемого трафика с предъявляемыми требованиями к качеству обслуживания, а также системе технических и технологических ограничений.

Во втором блоке методики формируются исходные данные для планирования ЧВР ССС:

– множество ЗС $A = \{ {{A}_{\nu }},\nu = \overline {1,n} \} $.

– множество $B = \{ {{B}_{\mu }},\mu = \overline {1,m} \} $ сеансов связи;

– множество объемов ЧВР ССС C₁ = $ = \{ C_{\nu }^{1},{{\nu }_{1}} = \overline {1,n} \} $;

– множество ограничений ${{C}_{2}} = \{ C_{{{{\nu }_{1}}{{\nu }_{2}}}}^{2},{{\nu }_{1}} = $ $ = \overline {1,n} ,{{\nu }_{2}} = \overline {1,n} ,{{\nu }_{1}} \ne {{\nu }_{2}}\} $ на скорость передачи информации между соседними ${{\nu }_{1}}$ и ${{\nu }_{2}}$ элементами ССС;

– потенциал доступности D = {${{D}_{{{{\nu }_{1}}{{\nu }_{2}}}}},{{\nu }_{1}}$ = $\overline {1,n} ,{{\nu }_{2}}$ = $\overline {1,n} ,{{\nu }_{1}} \ne {{\nu }_{2}}$}, определяющий наличие ребра между ${{\nu }_{1}}$ и ${{\nu }_{2}}$ узлами ССС;

– множество интервалов доступности КАС $T = \{ {{T}_{\mu }} = t_{\mu }^{н},t_{\mu }^{к},\mu = \overline {1,m} \} $.

В третьем блоке методики проводится оценка обстановки по связи: оценка условий радиоэлектронной обстановки, условий помеховой обстановки, воздействия возмущающих факторов на ССС.

В четвертом блоке методики проводится расчет пространственно-временных характеристик КАС–ЗС, а именно: расчет зон взаимной видимости КАС и ЗС, составление временных интервалов взаимной видимости КАС и ЗС.

В пятом блоке методики проводится формирование плана распределения частотно-временного ресурса ССС. Для каждой ЗС с учетом прогнозируемой нагрузки проводится расчет минимально необходимой потребности в пропускной способности, данная оптимизационная задача решается с использованием итерационного алгоритма оптимизации на основе метода возможных направлений [3–5]. Далее в соответствии с частотно-временным планом каждой ЗС предоставляются основные каналы связи (К_осн). Далее ЦУС формирует так называемый резерв ЧВР (дополнительные каналы связи К_рез), который предоставляется по запросу от ЗС.

Результатом методики является решение по связи (суточный план распределения ЧВР, приказ на организацию связи, схема организации связи), которое включает в себя информацию по представляемому частотно-временному ресурсу для каждой ЗС. Решение по связи доводится до каждой ЗС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенная модифицированная методика распределения частотно-временного ресурса ССС позволяет более гибко учитывать ожидаемую нагрузку на сеть связи, топологическую структуру сети, величину задержек при предоставлении дополнительного канального ресурса. Использование методики распределения частотно-временного ресурса сети спутниковой связи позволяет уменьшить число основных каналов, предоставляемых ЗС, на 10–38% по сравнению с подходом предоставления фиксированной пропускной способности, а использование дополнительных каналов позволяет оперативно варьировать частотно-временной ресурс ССС для обеспечения требуемого качества передачи трафика. Так, при наиболее жестких требованиях к качеству обслуживания выигрыш составит до 5%, при менее жестких – до 40%.