VSAT: особенности технологии, принцип работы, роль в развитии спутниковой связи
Что такое VSAT
VSAT — малая спутниковая земная станция, представляет собой терминал с небольшой антенной.
К VSAT относятся антенны, размер которых составляет несколько десятков сантиметров («микро-VSAT»), а также спутниковые абонентские станции, имеющие диаметр менее 2.5 м (морские системы — до 3.8 м). Средние размеры тарелок составляют 1.8−2.4 м (диапазон С), 0.9−1.8 м (диапазон Ku), 1−1.2 м (диапазон Ka).
История появления VSAT
История VSAT берет начало от появления на Аляске в конце 60-х годов сети спутниковой телефонной связи, созданной экспериментально. Сеть состояла из 25 станций, установленных в небольших населенных пунктах.
Технология стала постепенно развиваться, когда фирма Equatorial создала экономически выгодные системы на базе VSAT, что привело к быстрому развитию рынка, приобретению технологии крупнейшими корпорациями. Решения VSAT широко применяются с 1990-х годов.
Из чего состоит VSAT
Антенна VSAT
Принцип работы VSAT
Работа систем VSAT осуществляется с помощью трех основных звеньев: центральной станции, абонентского терминала, а также спутника-ретранслятора.
Центральная станция (HUB), расположенная на Земле, устанавливается в сетевом узле, имеющем наибольший трафик. Она управляет работой системы, выявляет неисправности, поддерживает связь с наземными линиями, перераспределяет ресурсы.
Абонентский VSAT-терминал включает антенно-фидерное устройство, внешний наружный радиочастотный блок (приемное или приемопередающее устройство), контроллер, внутренний блок (модем), связывающий оборудование абонента со спутниковым каналом.
Спутник-ретранслятор принимает сигнал от земной станции, затем усиливает его, преобразует и транслирует в обратном направлении.
Группа КРИС-Сервис
Внешние блоки (ODU)
|
ODU 300spe
Недорогое решение для создания надежных мультисервисных каналов невысокой пропускной способности (до 32 Мбит/с или 16 Е1). При разработке был учтен богатейший опыт HS в создании магистральных радиорелейных систем, и сделано все для снижения стоимости пролета.
Антенны монтируются сразу на ODU, исключая кабели снижения, ODU и IDU соединяются не дорогим коаксиальным кабелем, а витой парой CAT 5e. В ODU уже встроена грозозащита.
Eclipse Edge отличает низкое энергопотребление (менее 13 Вт), компактные размеры, малый вес.
При этом Eclipse Edge обладает полной функциональностью РРЛ Harris Stratex, например, функциями QoS и приоритезацией (802.1p/q). Поддерживается Power-over-Ethernet (802.3af).
Eclipse Edge может использоваться как оконечный элемент сети, совместим с INUe (модуль RACspe).
ODU 300sp
Поддерживается полная функциональность РРЛ Harris Stratex, адаптивная модуляция. Поддерживает модуляцию QPSK и 16QAM.Выпускается для частотных диапазонов 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 32, 38 ГГц
ODU 300hp
Как и остальные радиоблоки, ODU 300hp допускает прямой и удаленный монтаж антенн. Поддерживается полная функциональность РРЛ Harris Stratex, адаптивная модуляция. Поддерживает модуляцию QPSK и 16-256QAM. Выпускается для частотных диапазонов L6, U6, 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 32, 38 ГГц
ODU 300ep
Антенны
Современная радиорелейная связь
В сегодняшней статье мы рассмотрим:
Применение радиорелейной связи
Радиорелейные станции (РРС) обычно используются:
Основные отличия РРЛ от беспроводной связи по Wi-Fi:
Кроме того, в радиорелейной связи, в отличие от обычного WiFi, активно применяется:
Преимущества и недостатки радиорелейного канала связи по сравнению с волоконнооптическими линиями:
Преимущества:
Несмотря на узкую нишу, существует довольно много различных типов радиорелейных станций. Ниже мы рассмотрим их основную классификацию и общие характеристики, а также серию радиорелеек Ubiquiti, оптимальных по соотношению цена/производительность для украинского сегмента рынка.
Частота работы радиорелейных станций
Так как разбег частот большой, особенности развертывания линков на них и характеристики связи серьезно отличаются. Можно выделить основные закономерности:
Чем выше частота, тем большее влияние на сигнал оказывают атмосферные осадки. В диапазоне 2-8 ГГц их влияние на мощный радиорелейный канал практически незаметно, а в диапазонах выше 40 ГГц дождь становится серьезной помехой. Смотрим график зависимости:
Условия развертывания РРЛ и дальность связи
Также для дальности связи, как мы уже сказали выше, имеет значение диапазон, в котором работает радиорелейное оборудование:
Технологии PDH и SDH
Все используемые сейчас РРЛ разделяются на два основных типа:
Передача данных по радиорелейной связи с использованием технологии PDH на практике происходит по 4 видам потоков:
| Название потока | Как образуется | Скорость |
| E1 | 32 канала данных (по 64 кбит/сек каждый) собираются в единый поток E1, который считается базовым потоком PDH. | 2 Мбит/сек |
| E2 | Мультиплексирование (объединение) 4 потоков E1. | 8 Мбит/сек |
| E3 | Мультиплексирование (объединение) 4 потоков E2. | 34 Мбит/сек |
| E4 | Мультиплексирование (объединение) 4 потоков E3. | 139 Мбит/сек |
| Обозначение потока | Пропускная способность |
| STM-1 | 155 Мбит/сек |
| STM-4 | 622 Мбит/сек |
| STM-16 | 2,5 Гбит/сек |
| STM-64 | 10 Гбит/сек |
| STM-256 | 40 Гбит/сек |
| STM-1024 | 160 Гбит/сек |
При этом оборудование SDH полностью совместимо с радиорелейными станциями, спроектированными под PDH.
Надежность радиорелейной связи
Конструкция радиорелейных станций
Радиорелейные станции можно разделить на два типа.
Здесь нужно уточнить, что производители по-разному распределяют функционал между внутренним и наружным блоками, вплоть до того, что внутреннему модулю могут остаться только функции питания, защиты и подключения к LAN-сети, а большая часть активного функционала передается во внешний блок.
Внешний и внутренний блоки соединяются коаксиальным кабелем, антенна и внешний модуль могут соединяться непосредственно или также с помощью кабеля. Одним из очевидных недостатков такой конструкции является кабельное соединение, приводящее к потерям на пути от передатчика к антенне, а также двойное преобразование сигнала с частоты на частоту.
В качестве примера радиорелейных станций интегрированного типа можно привести серию AirFiber компании Ubiquiti.
Радиорелейные станции AirFiber стали на тот момент по-настоящему революционным событием: компания предлагала пропускную способность до 1,5 Гбит/сек в полном дуплексе (750 Мбит/сек в одну сторону) на расстоянии до 13 км по очень приятной цене (для оборудования такого класса).
В радиорелейных станциях Ubiquiti:
Иллюстрация технологии адаптивной модуляции:
Сейчас компания выпускает 4 модели РРЛ со встроенными антеннами и 6 моделей без антенн, к которым можно подключать антенны разного усиления.
HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
Оборудование российского производства или один день из жизни ИТшника
Продолжаю начатый мною полгода назад цикл статей о российских производителях телеком-оборудования, а точнее, о их продуктах.
На этот раз речь пойдёт об организации беспроводного канала связи на основе Wi-Fi модуля Infinet R5000IL.
Сначала я расскажу о технических характеристиках и некоторых тонкостях настройки, а глубже под катом будет сопутствующая история о монтаже для заинтересованных.
Теория
Wi-Fi уже глубоко вошёл в нашу жизнь. Но помимо квартирно-офисного применения есть ещё и промышленное, когда с двух сторон ставятся направленные/панельные антенны и устройства работают в режиме точка-точка. Это наш случай. Необходим линк на расстояние метров пятисот. Вообще же в таком режиме расстояние может достигать нескольких километров.
Принцип работы совершенно такой же: одно устройство выступает в роли базовой станции и определяет частоту работы. К одной БС может подключаться несколько абонентских станций при использовании нескольких антенн и сплиттера (то есть режим точка-многоточка тоже работает). Если БС определяет частоту работы сети, то скорость соединения настраивает на стороне абонента и передаётся БС. Сделано это из тех соображений, что до каждого конкретного клиентского устройства может быть разный по качеству сигнал.
Доступные режимы работы:
Частота:
2412, 2417, 2422, 2427, 2432, 2437,
2442, 2447, 2452, 2457, 2462, 2467,
2472, 2477, 2482.
Скорость:
1000, 2000, 5500, 11000
Это характеристики модема, который был у меня в руках. Ещё у Infinet есть модемы на 5 ГГц. Причём, кажется, им они и отдают предпочтение. Предполагаю, что связано это с тем, что в этом диапазоне легче получить разрешения на использование частот, тем более, что мобильность тут вовсе не нужна.
R5000IL состоит из блока питания, внутреннего модуля (IDU) и внешнего модуля (ODU).
IDU — мозг системы. Он включает в себя радиомодуль, который выполняет функции АЦП, преобразования Фурье, мультиплексирования и модуляции. Кроме того он же является маршрутизатором. Во встроенной ОС WanFlex есть три программных интерфейса: lo, eth0 и rf. В рамках одной БС есть локальная IP адресация в подсети 192.168.0.0.
На корпусе устройства есть разъём питания, Ethernet и разъём для подключения фидера от антенны.
ODU в нашем случае это обычная антенна. Есть также внешние модули, в которые интегрированы радиомодули. IDU c ODU соединяется посредством высокочастотного кабеля — фидера. Между ними может ставиться сплиттер, для подключения нескольких антенн и усилитель для увеличение длины фидерного тракта, поскольку рекомендуемая его длина на частоте 5 ГГц всего 1 метр.
Из практики своей и слов старожилов могу сказать, что девайсы безотказны и честно выполняют свою роль. Ни единого разрыва при любой погоде и скорость соответствует заявленной.
Один существенный недостаток: в той прошивке, что установлена в нашем модеме есть одна серьёзная проблема — не работает авторизация. Несмотря на настроенные параметры входа в режим управления, подходят совершенно любые логин/пароль. Но, скорее всего, в новых версиях это уже исправлено.
Ниже, как я и обещал, история одного монтажа.
История
Модем был демонтирован с другого здания, находящегося метрах в двухстах от текущей точки монтажа, поэтому всё, что нужно было сделать: установить антенну на крыше, направить её в нужную сторону, пробросить фидер (коаксиальный кабель) до IDU и отъюстировать антенну. Всё на первый взгляд просто. Но если бы это было так, то не было бы сейчас этого продолжения.
Кстати, при демонтаже модема и свитча в очередной раз открылся мне ужас состояния коммутационных и серверных стоек в современных организациях.
Первая очевидная трудность — длина фидера. Производителем рекомендуется длина кабеля не более 1м для частоты 5 ГГц. У нас же на руках устройство, работающее на частоте 2.4 ГГц и около 35 метров от серверной, где должен быть расположен модем, до крыши. Разумеется, предварительно этот вопрос мы пытались прозондировать, но какого-то убедительного ответа от поддержки добиться не удалось — на заполненную на сайте infinet.ru форму ответа не последовало, их е-мейл также молчит, по телефону девушка сказала, что «ну да, один метр» и посоветовала скачать с их сайта программу для расчёта тракта, которая оказалась в формате *.jar.
«За попытку по рукам не дадут» — так подумали мы и решили протянуть его из серверной — кратчайшим путём — по улице.
Серверная находится на втором этаже, лестниц, подъёмников нет, единственный способ протянуть кабель — просунуть его в отверстие из помещения и поднять на крышу, привязав конец к витой паре. Тут-то всё началось. Мой напарник на крыше привязал к витой паре пакет с кирпичом, чтобы проще было спускать. Стоит ли говорить, что полиэтилен не выдержал и кирпич полетел вниз.
На фото момент за секунду до падения:
Второй раз уже испытывать судьбу не решились такими рационализаторскими решениями.
Спустили витую пару, привязали к ней стяжками фидер и потянули наверх аккуратно распутывая, чтобы не получилось узлов и колец.
После того, как кабель был затянут, проложен, закреплён везде стяжками, обжат, вставлен в разъёмы и загерметизирован силиконом (герметизация — обязательный этап, поскольку влага, попавшая в СВЧ-кабель, значительно ухудшает его характеристики), мы спустились и включили модем. Но он не включился. Нас затрясло — при демонтаже мы не просто не отключили питание перед отсоединением антенны, а вовсе перекусили фидер бокорезами. Насколько я знаю, не рекомендуется включать радиооборудование без подключенной антенны во избежании выхода из строя. В нашем случае же вообще могло иметь место замыкание.
Но паника — не наш метод. Блок питания оказался от Dlink’a, то есть уже был прежде заменён, а качество блоков питания этого производителя известно всем. Улица → машина → дорога → офис → склад → новый блок питания той же фирмы и ещё парочка с аналогичными характеристиками → машина → дорога →
→
→
→завод. При включении раздаётся тонкий писк (хоть какой-то признак жизни хоть и пугающий), дружественное моргание светодиодов, есть коннект по ethernet. Но от антенны увы ничего не поступает. На команду rma bs (сведения о БС, к которой подключен модем) устройство молчит. Причин может быть несколько: повреждён кабель, плохой контакт на коннекторах, радиосигнал не «продавливает» такую длину, повреждён сам радиомодуль.
Пропаиваем контакты на разъёмах внизу, поднимаемся наверх. Тут надо заметить, что завод этот производил пиво, потому, несмотря на ремонт, тут стоял противный запах сгнившего/перебродившего не то солода, не то ячменя (далёк я от технологий изготовления). Собственно цивилизация заканчивался на четвёртом этаже. Дальше начинались владения новых хозяев здания — голубей. Как остро подметил один мой начальник: «У них там проходит весь их жизненный цикл». Тут и сталагмиты их помёта и иссушенные трупы мышей и их собственные — и всё это в диком венегрете в одном месте. А в тёмные коридоры ступать вообще страшно.
Весь маркий герметик, которым коннектор был обильно смазан, пришлось убирать. Паяем → герметизируем → вниз на тест.
К сожалению, даже после пропаивания коннекторов ситуация не улучшилась: rma bs по-прежнему возвращает пустую строку. Следующий шаг: проверка непосредственным подключением IDU к ODU. Для этого нужно обеспечить электропитание на крыше. Снова витой парой поднимаем на крышу конец удлинителя, который был уже благополучно спущен после закрепления антенны.
Как обычно, для соединения модема с фидером используется джампер: короткий кусок гибкого тонкого коаксиального кабеля, поэтому проблем с прямым подключением не возникло: IDU подключается к ODU через него — благо разъёмы совпадают.
На этот раз rma bs показала данные, примерно такого плана:
#1> rma bs
rf4.1: bs (123456/11000,2437) 000435ff2876 Q=159 10/7 IP=192.168.0.5
Links 13, reps 13, Q=159 Rx=2 Tx=2 burst
значения уровня сигнала были 10/7 (от БС/до БС) по 16 бальной шкале, что можно считать вполне недурным.
После подключения ноутбука, настройки IP-адреса, маски и шлюза становится доступна необходимая сеть — прекрасно, всё работает. Соответственно необходимо укорачивать длину фидера (либо сам фидер повреждён, но этот вариант мы сразу откинули как самый неприятный). Для этого есть только одна возможность — размещение модема недалеко от антенны, где-то в помещении во избежание влияния среды, и протягивание силового кабеля и витой пары.
Помещение найдено — бывшая лифтовая — на её стене собственно и установлена антенна… Витую пару можно бросить так же по улице, а вот питание совсем не хотелось бы, так же не хотелось бы проводить его и по вентиляции или вести по лестничным пролётам. Но великая сила эксперимента не подвела: несмотря на заброшенность здания, коммуникаций, обрезанные провода, раздербаненные электрические щиты,
в помещении лифтовой был рубильник, на котором оказалось электричество. Рубильник был мощный — советский с тремя вводами.
При замыкании контакта рубильника появлялись искры. Теоретически проблема с питанием решена. Остаётся только найти фазу и ноль. Тестер фазы помогает нам установить, что все три контакта — фазы. Но ноль ведь откуда-то должен браться? Ноль приходит из кабеля на металлический корпус рубильника, а оттуда на контур заземления, проходящий по всему помещению.
Как мне говорили уже после монтажа, это нормальная практика и ничего предосудительного в этом нет.
С горем пополам этот вопрос тоже решён: протягиваем питание (щиток на одной стороне, устройство будет расположено с другой) и сильно укороченный фидер.
Проверяем сигнал — есть коннект. Качество сигнала значительно ниже, нежели при прямом подключении. Но связь с основной сетью есть. Видимо, всё-таки длина кабеля имеет здесь очень большое значение.
Это тот случай, когда мне стыдно за качество монтажа, в котором я участвовал. Но в рамках поставленных сроков и условий сделать иначе было сложно.
Меж тем время уже подходит к концу рабочего выходного дня. Половина планов уже сорвалась, вторая половина на волоске. Кидаем витуху в серверную, проверяем оттуда — Ура, есть линк. Герметизируем. Наконец-то, кажется, работа закончена.
Собственно из-за чего весь сыр бор? Необходимо обеспечить сотрудникам доступ по RDP, почту, обновление ПО. Следовательно последний тест — подключение к удалённому рабочему столу.
Тут бы всему и закончиться… Но разве бывает так, когда работаешь в пятницу вечером или в выходной день?
Изменения на модеме mtu для различных интерфейсов не приводят ни к каким результатам. Изменение битрейта, по умолчанию выставленного на максимум — 11Мб/с, на 5.5Мб/с не помогает. Снова наверх, снимаем слой герметика, откручиваем коннектор, тянем наверх удлинитель для подключения модема. Ситуация аналогична, путей решения нет.
Отчаявшиеся с нулевым настроением мы вернулись в тот день в офис — утро вечера мудренее.
Утро рабочего 4-го мая прошло в чтении мануалов, сравнении конфигураций с аналогичных устройств. Что интересно — на эти модемы никаких жалоб за много месяцев работы: стабильная хорошая связь, быстрое автоматическое соединение. А тут перемещение на пару сотен метров — и не работает. ЛАНтастИКа какая-то.
Прежде я никогда не имел дела с промышленным Wi-Fi оборудованием и направленными антеннами для него. Соответственно и система управления, на которой оно работает, — WanFlex — мне была не знакома. Но за это время я порядком в ней поднаторел. Нашлась команда для анализа числа повторов передачи пакетов на радиоинтерфейсе. В нормальном режиме их должно быть не более 15%, а вообще сеть не может быть сдана, если они вообще есть. У нас же их процент оказался выше 50. 72% пакетов хотя бы однажды переповторялись. Для сравнения на других точках общее число переповторов колебалось в рамках 5-11% (речь идёт о приёме). Из этого можно сделать вывод, что на данном промежутке есть какие-то серьёзные препятствия или помехи от другого оборудования.
Примерно так выглядит вывод:
#1> muffer stat
MAC out/rep in/rep
000435ff2876 472316/132337 (00/18/21) 521770/10252 (00/01/01) =BS=
TOTAL: 472316/132337 (00/18/21) 521770/10252 (00/01/01)
Фирма по производству алкоголя уже несёт первые убытки, и мы выдвигаемся в скором темпе на место дислокации базовой станции.
Базовая станция представляет из себя точно такой же блок Infinet, как я уже говорил (минусы невозможности крепления в стойку: лежит на запасе кабелей как попало в куче строительной пыли) от которого идёт СВЧ-кабель на крышу (метров 20) в сплиттер. От сплиттера каабель расходится к двум антеннам — одна направлена к устанавливаемому модему, другая — к другому абоненту.
Так и есть: на этом промежутке появилось препятствие, которого не было на прежнем, — металлический кран — аккурат закрывающий видимость между антеннами. Первая мысль о переносе антенны была признана негуманной — и без того не мало было провёрнуто работы. По предложению своего начальника я ставлю битрейт на 1 Мб/с и, о чудо, — всё работает. Большие пакеты полетели. Протираем глаза, пробуем ещё раз — работает. На этом он предлагает тут же сохранить конфиг и больше не трогать. Но всё-таки я пробую поставить на 2 Мб/с — тоже работает — config save. Уже позже я вспомнил, что Wi-Fi при соединении до 2 Мб/с используется помехоустойчивый DSSS вместо производительного OFDMA, а так же выбирается более медленная, но и более надёжная схема модуляции. Видимо, эти факторы и сыграли свою роль. Как бы то ни было, факт в том, что RDP заработал, антивирус обновился и соединение с почтовым сервером стало проходить.
Так на третий день закончились наши мучения с монтажом и настройкой, поднялось настроение, а фирма понесла минимальные убытки. Главное — любое событие в жизни рассматривать с положительной стороны.
1)Теперь у нас появился опыт работы с радиооборудованием.
2)Я знаю в некоторой степени команды интерфейса WanFlex.
3)Мы знаем, что герметизировать разъёмы лучше в самый последний момент, после всех тестов.
4)Ни в коем случае не резать СВЧ-кабель при включенном оборудовании и даже не откручивать его.
5)Наличие ответа пинга не означает работоспособность сервиса (очевидный, вроде бы, факт, но тем не менее не раз уже попадались на это)
6)Не считать себя сильно умным и рассматривать даже глупые на первый взгляд варианты — тоже не новое замечание и сам, уже прежде давал себе такой зарок, однако…
Искренне ваш: 