Симметричный доступ к сети Интернет на базе технологий DVB/S-DVB/RCS

     Рисунок 3 

     PID услуги сообщается оператором  в виде числа, которое может  быть выражено в десятичном  или шестнадцатеричном виде. Большинство  приемников, используемых для спутникового  Интернета, позволяют ввести PID в  обоих форматах.

     Для широковещательных услуг (ТВ-вещания, многоадресной рассылки) указания PID достаточно для идентификации спутниковым приемником ”полезной” информации. При доступе в Интернет каждый приемник должен выделить из потока данных, передаваемых с одним PID, именно ту часть информации, которая относится только к нему.

     1.4 Идентификация абонента – MAC-адрес и IP-адрес

     Для выделения информации, предназначенной  для отдельных абонентов, используется традиционная в широковещательных  сетях идентификация по MAC-адресу. MAC-адрес (от media access control, “управление  доступом к среде”) – это специальный идентификатор, присваиваемый каждому устройству. MAC-адрес состоит из шести байт, записываемых обычно в виде шестнадцатеричных цифр, разделенных двоеточием или дефисом. Каждое устройство принимает из сети только ту информацию, которая ”помечена” его MAC-адресом и игнорирует (фильтрует) остальную. В случае симметричного спутникового доступа на базе технологии DVB-RCS вся передаваемая от абонента информация также “помечается” MAC-адресом устройства и позволяет оператору определить источник трафика. Каждое устройство, работающее в широковещательной сети, должно иметь свой уникальный MAC-адрес. 

     Рисунок 4 

     Трафик, передаваемый между абонентом и  ресурсами в Интернет, может проходить  через множество “внешних” сетей, устройства в которых используют свои MAC-адреса или не используют их вовсе. Получателя и отправителя в Интернет определяет IP-адрес (4 байта, традиционно записываемые десятичными числами, разделенными точкой).

     Для того чтобы “связать” Интернет-трафик с конкретным абонентом, оператор должен знать MAC-адреса работающего в спутниковой сети оборудования и установить их соответствие с IP-адресами абонентов. В сети с ”двунаправленной” передачей это не является проблемой и может осуществляться оператором централизованно и независимо от абонента. В сети асимметричного доступа в Интернет оператор только передает информацию в спутниковую сеть, и не может автоматически узнать MAC-адреса спутниковых приемников, которым она предназначена.

     1.5 Скорость передачи данных – задержки, протоколы, акселераторы

     Широкополосная  несущая DVB-MPEG-2 может обеспечить скорость передачи в прямом канале до 110 Мбит/с, а режим MF-TDMA предусматривает скорость до 8 Мбит/с в обратном канале с каждого удалённого терминала. В реальности же скорость прямого и обратного канала зависит от оборудования и пока зачастую далеко не доходит до указанного предела скоростей.

     Особенностью  спутникового канала является довольно большая задержка распространения  сигнала – спутник далеко, а  радиоволны распространяются со скоростью  света. Только на то, чтобы радиоволнам добраться от оператора до спутника и от спутника до абонента, нужно около 250 мс. В случае симметричного доступа в Интернет такая же задержка возникает и на “запросном” канале.

     Достаточно  легко вычислить задержку. Геостационарный спутник “ висит” над планетой на высоте орбиты - 36000 км. Скорость света примерно 300000 км/с. Сигнал идёт на спутник и обратно (2*36000=72000 км), но это если приёмная станция на экваторе. Напротив спутника в России угол места примерно 25 - 30 градусов, так что и расстояние (гипотенуза прямоугольного треугольника) будет больше. Возьмём примерно двойное расстояние в 1,3 больше = 93000 км, получаем задержку 95000/300000 = 0,32 с (320 мс). С учётом задержки сигнала в радиоэлектронном оборудовании суммарная задержка может достигнуть 0,8 с (800 мс), да и то, если канал трафиком не загружен.

     Это было бы не такой большой бедой, если бы приводило только к тому, что  для открытия каждой новой страницы надо ждать лишние полсекунды-секунду. Но большинство способов передачи данных, используемых в Интернет, работают на базе протокола TCP (Transmission Control Protocol, протокол управления передачей), а передаваемые данные инкапсулируются в MPEG кадры, из-за того, что технология DVB-RCS основывается на технологии передачи цифрового телевидения. TCP основан на подтверждении принятой информации, и, если в заданный интервал времени подтверждения не происходит, передача замедляется или вовсе прекращается. Настройки протокола TCP в большинстве систем ориентированы на “наземные” сети с небольшим временем задержки сигнала. При работе через спутниковый канал это приводит к тому, что короткие страницы загружается достаточно быстро, а при передаче больших объемов информации подтверждения не приходят в заданный интервал времени и максимально доступная скорость ограничивается на уровне гораздо более низком, чем позволяет сеть оператора. 

     Рисунок 5 - Загрузка файла через спутниковый канал со стандартными настройками  TCP (ограничение скорости в сети 512 кбит/с) 

     Для увеличения этой скорости требуются специальные настройки TCP-стека на компьютере (увеличение так называемого “окна TCP”). Тогда при “закачке” больших файлов скорость постепенно увеличивается до максимально доступной. При этом любые потери информации как в “запросном”, так и в спутниковом канале приводят к снижению доступной скорости и увеличению объемов передаваемого трафика (не получив ожидаемого подтверждения, протокол TCP несколько раз перезапрашивает данные, резко “роняет” скорость передачи и пытается постепенно увеличивать ее снова). Причиной могут быть как характеристики канала связи (большое количество ошибок в "наземном" или спутниковом), так и ограничения скорости оператором. В итоге  скорость загрузки файла меняется “пилообразно” – постепенно растет до достижения ограничения скорости или до появления ошибок в канале, после чего падает и начинает расти снова. 

     Рисунок 6 - Загрузка файла с "оптимизированным" TCP-стеком через спутниковый канал с потерями 

     Получающаяся  в итоге средняя скорость загрузки файлов зависит от характеристик запросного канала, качества приема спутникового сигнала и от применяемой оператором политики ограничения скорости. Большое количество ошибок в спутниковом или наземном канале может привести к резкому снижению “средней скорости загрузки”, вплоть до полной ее остановки.

     Для того чтобы уменьшить влияние  задержек и более эффективно использовать канал связи, применяются специальные  средства и протоколы “акселерации” (ускорения) трафика. При симметричном спутниковом доступе обычно используются протоколы, работающие между спутниковым терминалом и центральной станцией спутниковой сети, такие как TCP-PEP или аналогичные. Эти протоколы совершенно “прозрачны” для конечных приложений и не требуют никаких дополнительных установок и настроек на компьютерах абонентов.

     Для ассиметричного доступа распространено использование специальных программ, так называемых “акселераторов”  или “ускорителей”. На компьютере абонента ставится специальная программа-клиент, "перехватывающая" запросы от приложений – WEB, FTP, e-mail и т.д. Перехват может осуществляться автоматически для ограниченного списка приложений и не требовать от абонента никаких дополнительных настроек (например, ускоритель AcceleNet), задаваться абонентом отдельно для каждого приложения (например, ускоритель Globax), либо работать "прозрачно" для всех приложений через таблицы маршрутизации (например, Slonax 3G).

     Перехваченные клиентом ускорителя запросы отправляются на сервер акселератора. Сервер уже  от своего имени отправляет их в  Интернет по высокоскоростным наземным каналам, получает ответ и перенаправляет его на программу-клиент у абонента, которая “возвращает” ответ тому приложению, от которого получила запрос. При этом между клиентом и сервером ускорителя используется специальный протокол, малочувствительный к задержкам в канале. В итоге возрастает средняя скорость загрузки данных, уменьшается время ожидания информации и сокращаются объемы трафика в "запросном" канале. 

     Рисунок 7 - Загрузка файла через спутниковый канал с ”ускорителем” 

     Еще одной функцией “ускорителей” является дополнительное сжатие данных, позволяющее уменьшить объемы передаваемой через сеть информации и еще более увеличить эффективную скорость. Естественно, “сжиматься” могут далеко не все данные. Файлы передаются обычно уже в “сжатом” формате (zip, rar, mp3, avi, wmv, jpg и т.п.) и попытки сжать их еще раз приводят только к увеличению нагрузки на процессор, а часто и к замедлению приёма. В то же время Web-страницы, почтовые сообщения и т.п. обычно сжимаются очень хорошо, давая дополнительный выигрыш по скорости. Некоторые ускорители могут дополнительно сжимать содержащиеся на Web-страницах рисунки, анимации и т.п., уменьшая время загрузки и экономя трафик ценой некоторого снижения качества изображений.

     Ускоритель  может быть как услугой, интегрированной в сеть оператора (Sprint у Радуги, Slonax 3G у SatGate и StarBlazer, Globax у СТВ и SkyFi и т.п.), так и внешней услугой, предоставляемой сторонней компанией (ускорители Slonax 3G и Globax у различных операторов). При использовании ускорителя, предоставляемого сторонней компанией, возникает необходимость согласования учетных записей у спутникового оператора и на ускорителе, раздельной авторизации и учета трафика на ускорителе и у оператора и раздельной оплаты за эти услуги. 
 
 

      2 Графическое изображение решения задачи

     2.1 Блок-схема

      Заключение 

     Безусловно  спутниковый Интернет является очень  удобной и перспективной технологией, но как и остальные методы доступа  к сети, обуславливается своими преимуществами и недостатками. В некоторых случаях невозможно использовать наземные, кабельные технологии, в таких ситуациях спутниковый Интернет является единственным выходом из такой ситуации.

     Можно выделить следующие плюсы спутникового Интернета:

• стоимость трафика в часы наименьшей загрузки емкости
• независимость от наземных линий связи
• большая конечная скорость (приём)
• возможность просмотра спутникового ТВ и «рыбалки со спутника»
• возможность свободного выбора провайдера

     Недостатки:

• Необходимость покупки специального оборудования
• Сложность установки и настройки
• В общем случае более низкая надежность по сравнению с наземным подключением (большее количество компонентов, необходимых для бесперебойной работы)
• Наличие ограничений (прямая видимость спутника) по установке антенны
• Высокаязадержка между отсылкой запроса и приходом ответа. В некоторых ситуациях это критично.
• Наземный интернет уже становится дешевле. При дальнейшем развитии кабельной инфраструктуры стоимость наземного трафика будет стремиться к нулю, при этом стоимость спутникового трафика жестко ограничена себестоимостью запуска спутника и её снижения не планируется.
• При работе через некоторых операторов у вас будет не российский IP-адрес (SpaceGate — украинский, PlanetSky — кипрский, SkyDSL — Германский) в результате чего сервисы, которые используют для каких-то целей (например, доступ только из РФ) определение страны пользователя, будут работать некорректно.
• программная часть — не всегда 'Plug and Play', в некоторых (редких) ситуациях могут быть сложности и тут все зависит от качества техподдержки оператора.

      Литература

1. ETSI EN 302 307. Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation system for Broadcasting Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications, 2004.
2. ETSI EN 301 790. Interaction channel for Satellite Distribution Systems, 2003.
3. ETSI TR 101 790. Guidelines for the Implementation and Usage of the DVB Interaction Channel for Satellite Distribution Systems, 2001.
4. ETSI EN 300 421. Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services, 1997.
5. ETSI EN 301 210. Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for Digital Satellite News Gathering (DSNG) and other contribution applications by satellite, 1999.
6. M.Eroz, F.-W Sun and L.-N. Lec: “DVB-S2 Low Density Parity Cheek Codes with near Shannon Limit Performance”, International Journal on Satellite Communication Networks, 2004, 22.
7. ETSI EN 300 744. Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television, 2004.