В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр
Денис
ДенисПередача сообщений по маршрутам, включающим ЗУС, реализована в системе связи ORBCOM и широко используется в системе "Гонец". При этом основными направлениями являются:
Для рассматриваемой ОГ системы связи "Гонец" на интервалах Абонент– КА и ЗУС–КА в пунктах расположения земных станций, где требуется непосредственный радиоконтакт с КА, задержка целиком будет определяться временем ожидания готовности ОГ к работе с абонентами, как показано на рис. 2 в [1].
Чтобы оценить возможные временные задержки переноса сообщения из глобальной зоны ответственности системы связи в сеть ЗУС, рассмотрим их взаиморасположение относительно слепых областей витка. Из-за того, что орбита КА имеет наклонение 82,5 град., немного отличающееся от 90 град., слепые области витка, хотя и симметричны, но расположены различным образом относительно экватора (рис. 3 и рис. 4. в [1]). Одна слепая область расположена немного севернее, а другая – южнее. Поэтому относительно исследуемой дислокации ЗУС возможны два периодически меняющихся случая. Неблагоприятный (рис. 3) [1], при котором все ЗУС находятся в слепой области витка, и благоприятный (рис. 4) [1], при котором в рабочей области витка находится хотя бы одна ЗУС.
Таким образом, рассмотренный пример расположения трех ЗУС не гарантирует постоянного пребывания хотя бы одной из них в рабочей области витка. Поэтому в рассматриваемой конфигурации системы связи в режиме offline периодически возникают области, в которых абоненты будут работать по неблагоприятному сценарию в направлении Абонент–ЗУС и ЗУС–Абонент. При этом неблагоприятный сценарий работы будет заключаться в том, что для абонента не будут доступны другие КА, кроме такого, который не будет находится в контакте хотя бы с одной из ЗУС на протяжении времени порядка 1,5 витка, и абонент будет вынужден передать сообщение именно на него. На рис. 6 показано мгновенное распределение подспутниковых точек и зон радиовидимости КА в ОГ из 24 КА, иллюстрирующее вышеописанный неблагоприятный сценарий. Стрелками обозначено направление движения подспутниковых точек. Зелеными точками отмечено расположение ЗУС.
Синим контуром на рис. 6 отмечена предполагаемая область неудачно расположенных земных абонентов, которые будут некоторое время безальтернативно обслуживаться КА с номером 101 и следующими за ним КА, которые достаточно долго не будут контактировать с ЗУС. При этом КА 101 движется по "неудачной" трассе, начальная и конечная фаза которой показаны на рис. 7.
Таким образом, сопоставляя расположение ЗУС в г. Москва, Железногорск и Комсомольск-на-Амуре с положением и размером слепой зоны витка, показанной на рис. 3 и 4 в [1], можно понять, почему при организации связи, предусматривающей доставку сообщений через сеть ЗУС, в некоторых земных областях периодически возникают случаи достаточно длительного ожидания переноса сообщений.
Для уточнения размеров и характеристик области расположения абонентов, попадающей под действие неблагоприятного сценария, проведем имитационный эксперимент в следующей постановке. На первом этапе получим и проанализируем результаты расчета движения КА и условия их радиовидимости с ЗУС. Путем последовательной нумерации моментов времени радиовидимости найдем максимальное время отсутствия контакта КА с ЗУС. Затем, выполнив обратную перенумерацию, получим последовательность, характеризующую время ожидания подлета КА к ЗУС. Наконец, учитывая при проведении статистической обработки только те КА, время подлета которых к ЗУС превышает заданный уровень, получим интересующее нас распределение.
В результате будет найдена наиболее неблагоприятная область расположения абонентов, характеризующаяся максимальной длительностью транспортировки короткого сообщения одним космическим аппаратом из глобальной зоны обслуживания системы к сети ЗУС. Эта длительность составляет 194 мин. Найденная область показана на рис. 8 в виде наложенной на географическую карту картины зачернения, степень которого соответствует градациям времени переноса сообщений. Синим цветом на рис. 8 показана изолиния, ограничивающая область нахождения абонентов, периодически сталкивающихся с максимальной длительностью транспортировки сообщения от них в сеть ЗУС, которая равна 194 мин.
В случае, когда анализируется среднее время транспортировки сообщений от абонентов, расположенных в глобальной зоне ответственности системы к ЗУС, получается двумерное географическое распределение, показанное на рис. 9.
На рис. 9 степенью зачернения показано распределение на географической карте среднего времени переноса сообщений. Синей изолинией показана область расположения абонентов для максимума распределения, построенная при среднем времени переноса 65 мин. Таким образом, из рис. 9 следует, что относительно часто реализующееся среднее время доставки сообщений из глобальной зоны ответственности системы не превосходит 65 мин для практически всей территории земного шара, что значительно меньше максимально возможной длительности транспортировки сообщения 194 мин, которое наблюдается относительно редко.
Необходимо отметить, что в процессе моделирования учитывалось, что КА, находящиеся в состоянии радиоконтакта с ЗУС и работающие в режиме online, исключались из анализа.
В заключение рассмотрим время переноса сообщений в направлении от ЗУС к абонентам. На рис. 10 показано двумерное географическое распределение положения абонентов, сталкивающихся с наибольшей длительностью переноса сообщений по направлению от ЗУС к абонентам, которое реализовывалось на интервале моделирования.
Изолиния синего цвета ограничивает место расположения абонентов, которые находятся в области максимума распределения, соответствующего времени доставки сообщения 194 мин. Рассматривая направление транспортировки сообщений от ЗУС к абонентам и обрабатывая не абсолютное максимальное время доставки, а среднее, получим распределение, показанное на рис. 11.
Из рис. 11 следует, что максимальное среднее время доставки сообщений от сети ЗУС в глобальную зону действия системы "Гонец" составит величину, находящуюся в пределах 65–67 мин. Расположение таких абонентов на поверхности Земли показано на рис. 11 синей изолинией, которая характеризует размер и расположение максимума распределения.
Сравнивая расположение областей, наиболее неблагоприятных по времени доставки (рис. 8 и рис. 10), а также в среднем неблагоприятных (рис. 9 и рис. 11), можно отметить, что для направлений Абонент–сеть ЗУС и сеть ЗУС–Абонент указанные области не совпадают, а лежат симметрично относительно дислокации сети ЗУС.
Таким образом, получено, что в режиме offline при ОГ, включающей 24 КА и сети из трех ЗУС, расположенных в г. Москва, Железногорск и Комсомольск-на-Амуре в определенных зонах на поверхности Земли, время доставки сообщений в направлении от абонентов к земным ЗУС и в направлении от ЗУС к абонентам составляет 194 мин, что эквивалентно времени 3,2 ч. Такое время доставки является следствием того, что указанные ЗУС находятся примерно в одном широтном поясе, не входящем в область регулярного непрерывного покрытия, находящуюся севернее 62,5 град. с.ш. и южнее 62,5 град. ю.ш.
Рассматривая г. Южно-Сахалинск как альтернативу размещения ЗУС в г. Комсомольске-на-Амуре, можно показать, что указанное перемещение не улучшит показатели оперативности, поскольку получаемого разнесения трех ЗУС по долготе недостаточно, чтобы гарантировать нахождение хотя бы одной из них в рабочей области витка любого КА в ОГ, как показано на рис. 4 [1].
В то же время в системе "Гонец" используется еще одна ЗУС, расположенная в г. Тикси с координатами 71 град. 41' 24'' с.ш. и 128 град. 51' 52'' в.д. Как видно из рис. 2 и 5 [1], место расположения этой станции находится в пределах области регулярного непрерывного покрытия, формируемой ОГ. Поэтому для работы системы в режиме offline даже учитывая только одну ЗУС в г. Тикси, максимальное время доставки может быть уменьшено до 107 мин, т.е. почти в два раза. Если дополнительно учитывать остальные три ЗУС, то максимальное время доставки сообщения от абонента к ЗУС и от ЗУС к абоненту может быть еще немного уменьшено примерно до 97 мин (1,6 ч.).
Полученные результаты моделирования наглядно показывают, что наличие ЗУС с более северным расположением в г. Тикси при работе системы "Гонец" в режиме offline позволяет примерно в два раза снизить максимальное время переноса сообщений на борту КА, что значительно увеличивает оперативность работы в этом режиме. В то же время ЗУС в г. Тикси не улучшит эффективность работы системы в режиме online, поскольку она почти всегда будет иметь дело с теми же самыми КА, что и ЗУС в г. Железногорск. Поэтому имеет смысл целиком возложить на ЗУС, расположенную в г. Тикси, обеспечение работы системы в режиме offline, а на остальные ЗУС – роль поддержания работы в режиме online.
В результате проведенного моделирования показано:
Полученные результаты дают представление о границах зон ответственности системы связи по критерию доступности и своевременности доставки сообщений. Эти критерии могут использоваться как показатели качества предоставляемых системой связи услуг, гарантируемых в найденных географических границах. Это позволяет предложить обоснованную и понятную тарифную политику, уйти от логики организации работы абонентов по расписанию и перейти к логике работы, опирающейся только на:
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2015
Посещений: 8666
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
