Конвергентные терминалы спутниковой связи

Константин Салтыков, технический директор ООО «Орион Экспресс», к. т. н.
Константин Салтыков, технический директор ООО «Орион Экспресс», к. т. н.

Цель данного обзора попытаться оценить, как с появлением новых технологических возможностей трансформируются имеющиеся сети распределения мультисервисных спутниковых услуг массового пользования (triple-play) на их пути от параллельного использования сопряженных «узкооптимальных» сетей с различными типами услуг к «истинно» конвергентным сетям. Как будут выглядеть универсальные спутниковые сети будущего, в которых любая востребованная вами комбинация услуг и форматов будет обработана рационально, с гарантированными показателями? Какие терминалы и сопутствующие им компоненты используются на современных гибридных сетях и что мы сможем увидеть в обозримом будущем?

Массовые услуги различны и по своей природе, и по географии. Они делятся на широковещательные, локальные и персональные – со множеством вариаций. Это, как пример полярностей, просмотр населением страны многопрограммного HD-телевидения и персональный видеотелефонный разговор. Очевидно, что для подобных типов трафика оптимальная архитектура спутниковой сети будет различной.

Скажем, передача широковещательного контента с высоты геостационарной орбиты рациональна в широком спутниковом луче, а передача персонального трафика – в узком, обеспечивающем многократную возможность переиспользования спектра. Тем не менее сегодня это различные сети. И хотя оба типа сетей способны обслуживать неоптимальный для себя трафик, это приводит к заметному снижению эффективности и к увеличению затрат, сдерживает массовое развитие услуг при попытке обойтись одной технологией.

Перспективы автоматического мультиплексирования

Вероятно, через 20 лет мультисервисные спутниковые геостационарные платформы уже будут обладать возможностями автоматического сервисного (по типу трафика, для некоторой его части) и частотно-территориального (по точке обмена информацией с достаточно высокой разрешающей способностью) мультиплексирования. Это станет виртуальным эквивалентом динамическому синтезу лучей с оптимальной конфигурацией и свойствами. По-видимому, именно тогда архитектура любой бортовой системы будет обеспечена комбинацией дополняющих возможностей фиксированной «ультралучевой» сетки и фиксированных широких лучей нескольких типов для широковещательных компонентов трафика. Она будет успешно использоваться до появления новых принципов радиообслуживания, например, на основе непосредственного динамического синтеза лучей в зоне действия аппаратов связи. При этом однородность процесса управления трафиком и его глобальной совместимости обеспечит радикально измененный аналог IP в части QoS (Quality of Service – качество обслуживания) и в плане возможностей защиты информации. Для части передаваемых спутниковой многопользовательской сетью данных будут эффективно использоваться возможности бортовой целевой обработки.

Завершит гармонизацию этой новой сети клиентский VSAT-терминал, возможности которого в идеале, так же как и сейчас, будут сведены к функции прозрачного переноса унифицированных данных с максимальной надежностью и качеством. Как сам способ передачи на перспективные оконечные устройства, так и их функции предсказать пока не представляется возможным. Ведь уже сегодня большинство телевизоров оснащены IP-декодерами с возможностью программной поддержки DRM-кодировок – они способны самостоятельно работать за широкополосным VSAT-модемом через Wi-Fi или витую пару, а решения передачи контента на любые мобильные устройства получают все большее распространение, стремительно изменяя привычки своих пользователей.

Гибридные сети: примеры построения

На сегодняшний день четко выделяются два основных типа triple-play (TV + VoIP-телефония + Интернет) многопользовательских спутниковых сетей:

  • «условно конвергентные», т. е. полученные сопряжением нескольких специализированных спутниковых сетей (например, TV и VSAT) в одной «тарелке» на основе мультифидов (off-axis feed – несколько облучателей в фокальной плоскости антенны) для параллельного использования двух и более диапазонов (например, DBS + FSS, Ku + Ka и др.) или объединенные VSAT + TV в рамках одного единственного поддиапазона;
  • «истинно конвергентные» – в виде классической triple-play IP-сети через спутник по технологии VSAT.

Рассмотрим некоторые характерные примеры построения гибридных (VSAT +TV) полнофункциональных сетей для обоих типов.

Иногда для реализации проекта TV + VSAT не требуется вообще никаких доработок стандартных компонентов. Например, в СНТВ-проекте «Телекарта» основная часть ТВ-пакета и полоса сети VSAT сосредоточены в одной поляризации и одном поддиапазоне космического аппарата Horizons 2. Приемный конвертер стандартного VSAT BUC/LNB (Hughes Network Systems) одновременно с работой ШПД обеспечивает прием ТВ-программ на типовой DVB-ресивер, подключенный в помещении через разветвитель SAT 1:2 (с блокированием питания LNB от ТВ-приемника). На контрольной VSAT-станции проекта (Hughes/Prodeline 1.2м) обеспечивается превосходное качество приема примерно 180 ТВ-программ (из них 20 HD-программ) без использования каких-либо доработок внешнего блока VSAT. К сожалению, сеть такого типа будет иметь ограничение по емкости доступного ресурса (сейчас всего 12 стволов по 36 МГц в Ku-диапазоне). Тем не менее ее простота может быть вполне эффективно использована для создания компактного мультисервисного проекта. Если бы в СНТВ-проекте «Телекарта» не использовалась вторая поляризация на спутнике Intelsat 15 (его каналы недоступны через стандартный терминал VSAT), это могло бы стать идеальным примером конвергенции на уровне типового приемного комплекта VSAT со стандартным STB.

Широко обсуждавшийся некоторое время назад мультисервисный европейский проект SES (Société Européenne des Satellites) под брендом Astra Connect обеспечивает полный комплекс услуг triple-play благодаря современным средствам спутниковой связи: передачу данных, Интернет, VoIP-телефонию, цифровое ТВ и цифровое радио с использованием дополняющих ресурсов соседних космических аппаратов на одну компактную антенну. В качестве поставщиков оборудования для широкополосного доступа (до 20 Мбит/с в прямом канале) выбраны лидеры рынка высокоэффективных пользовательских VSAT-решений от компаний Gilat и Newteс. Поскольку передача большого количества ТВ-программ через инфраструктуру широкополосного спутникового доступа нерациональна, прием ТВ-пакетов с успехом осуществляется с соседних спутников SES (например, пара 19о в. д. и 23о в. д.), так как группировка SES обеспечивает в центре Европы трансляцию более тысячи ТВ-программ. Для приема используются дополнительные универсальные LNB (Low-Noise Block), устанавливаемые на антенную систему на специальных планках (мультифид), стандартные спутниковые приставки операторов, продвигающих ТВ-услуги в проекте Astra Connect. Поддержка интерактивных телевизионных опций осуществляется по сопряженной спутниковой ШПД-сети. В настоящее время целый ряд операторов использует аналогичную схему оказания triple-play услуг за счет сопряжения специализированных сетей в одной антенной системе c применением дополнительных DTH-конверторов (Direct-to-Home).

Мультифиды в бытовых приемных ТВ-системах вообще не являются чем-то особенным и нередко используются для агрегации в единый пул ТВ-пакетов от нескольких соседних спутников связи. Так, в частности, по мере развития крупнейшего американского проекта DirectTV количество облучателей на одной антенне дошло до пяти штук, а «тройные» сборки выпускались миллионными тиражами серийно. Для оптимизации дальнейшей обработки контента в таких LNB часто применяется технология SWiM (Single Wire Multiswitch), позволяющая использовать один кабель снижения. В настоящее время с появлением спутников типа HTS (High Throughput Satellite – сверхвысокая пропускная способность за счет множества лучей, Ка-диапазон) DirecTV переводит своих клиентов на новые мультидиапазонные конвертеры.

Услуга DirecTV VoD (Video on Demand – видео по запросу) предоставляется при использовании топовой приставки HD DVR (SAT + IP) с предварительной загрузкой фильма через Интернет, в фильмотеке более 10 тыс. фильмов. Один из путей получения услуги − подключение HD DVR-приставки к модему VSAT, например, соседней сети HughesNet на основе мощнейшего Ка-спутника EchoStar XVII (DirecTV + HughesNet internet bundle, при совместном подключении скидка 10 долл. в месяц) или сети Viasat Exede на тяжелых космических аппаратах связи последнего поколения компании ViaSat inc. С использованием узких Ка-лучей новых HTS-спутников DirecTV реализовал успешный проект по распространению более 1500 региональных телепрограмм и заказных каналов для зрителей США (часть этих программ в HD-разрешении) [1, 2]. Поскольку средой передачи информации в Ка-системах является IP, указанные программы доступны на гибридных или IP-приставках. Сейчас ожидается массовое появление относительно недорогих бытовых Dual-band (двухдиапазонных) конвертеров и комбинированных BUC/LNB-решений для VSAT у большинства производителей, позволяющих одновременно работать c сигналами Ku- (TV-сервисы) и Ka-диапазонов (VSAT) из одной орбитальной позиции. Ранее блоки Dual-band устанавливались в основном на весьма дорогих следящих системах и использовались в некоторых проектах с участием ViaSat inc., например в комплектах VSAT SurfBeam (бренд Tooway, Eutelsat). Такая возможность обеспечивается размещением в точке 9о в. д. спутника Eutelsat 9A (оптимизирован для DTH, Ku-диапазон) и новейшего HTS-спутника KA-SAT, что открывает идеальные возможности для развития интерактивного ТВ для частных пользователей VSAT. Возможно, что появление недорогих двухдиапазонных устройств ограничивалось держателями патентов на наиболее удобные в применении нюансы технологии. Появление серийных решений Ku + Ka из одной орбитальной позиции у других производителей создаст дополнительный потенциал для ряда зарубежных и российских операторов, которые получат возможность эффективного использования выгодно дополняющих друг друга спутниковых сетей связи.

В указанных гибридных по типу сетей проектах (сопряжение DTH и HTS) для вещательного телевидения используются гибридные спутниковые STB (DVB + IP), обеспечивающие комплекс развлекательных услуг любой сложности, а доступ в Интернет и IP-телефония поддерживаются современным VSAT-терминалом. Это рационально и не связывает между собой две важнейшие технологии, способные совершенствоваться независимо друг от друга. По-видимому, гибридные коробки VSAT + TV, упоминаемые в релизах начала 2000-х гг., не оправдали ожиданий производителей по массовости использования, функциональности и удобству размещения в квартирах относительно коммуникационных и развлекательных зон и в настоящее время в быту не используются. Исключение составляют лишь некоторые дорогие следящие системы, специально интегрированные для использования на яхтах, туристических автотрейлерах и др., – здесь все идет в одном боксе.

Triple-play сети будущего

В конце нашего обзора рассмотрим «самое конвергентное» решение. Тщательно и не публично разрабатываемый EchoStar Corporation (владелец мощнейшего ТВ-бренда DishTV) и крупнейшим оператором VSAT Hughes Network Systems inc. (принадлежит EchoStar) проект на базе их новой ШПД-платформы EchoStar XVII включает в себя инновационные решения в области вещательного и персонального IPTV, касающиеся обеспечения безупречного качества обслуживания. Это можно считать прототипом triple-play сети будущего (при развитии платформы дополняющими широкими лучами под вещательное ТВ) с учетом ее возможностей для доступа в Интернет и телефонии. Для бытового применения телевизионная IPTV-приставка-декодер все же не включается внутрь терминала VSAT, а остается внешним устройством.

Cети данного типа благодаря высокой мощности и скорости доступа смогут использоваться в автомобильных мультисервисных сетях связи нового поколения, для которых интеграция терминала VSAT и телевизионного декодера станет естественным решением «все в одном», однако это устройство будет размещаться в нише багажника или на крыше, что сделает совмещение не принципиальным для пользователя.

Дополнительные современные возможности проекту Echostar дают уникальные наработки по технологии TV Anywhere от компании SlingBox (также принадлежит корпорации EchoStar) по переносу и управлению контентом практически для любых устройств пользователя. На текущий момент возможности DTH-спутников DishTV (EchoStar company), расположенных на орбите по соседству с гигантом EchoStar XVII, обеспечивают телевизионные запросы самого требовательного зрителя.

Важнейшей задачей работы конвергентной спутниковой сети является также ее способность гарантировать своевременное выделение ресурса и качество передачи информации. Для сетей на базе IP − это, конечно, QoS, для сетей с фиксированными параметрами передачи (например, репортажные и другие адресные телезадачи) − прежде всего, способность динамического выделения необходимого ресурса. Крупнейшие сети сбора медиаинформации могут включать сотни или даже тысячи одновременных сессий, работающих частично по расписанию, частично по необходимости. В то же время недопустимо ни поддержание большого запаса ресурсов связи (спутникового спектра), ни отказ в выполнении задач. Планирование затрудняется тем, что источники видеопотоков имеют разные скорости.

Заказчиками таких систем связи могут выступать крупнейшие информационные агентства, такие как Европейский Вещательный Союз (EBU − European Broadcasting Union) или группы, обслуживающие масштабные массовые мероприятия, например, уровня олимпиады. Для оптимизации и автоматизации процессов управления такой медиасетью компания Newtec разработала уникальную систему Dialog. Она является полностью конвергентной в части агрегации, преобразования и распределения активов. Dialog базируется исключительно на IP-передаче. В зависимости от структуры задач система объединяет различные физические подсети сбора, передачи, хранения и обмена данными, спутниковые, сотовые, волоконно-оптические и другие проводные каналы связи.

Спутниковый сегмент в общем случае образован распределенными SNG- (Satellite News Gathering), FNG- (Fast News Gathering), VSAT-, SCPC- (Singe Channel Per Carrier) и DTH-технологиями связи. После успешного внедрения в Союзе вещателей арабских государств и Саудовской вещательной корпорации система Newtec Dialog была выбрана в качестве основы управления огромной медиасетью EBU. По мнению специалистов, она позволит повысить надежность вещания, автоматизирует основные процессы и обеспечит более эффективное использование привлеченных сетевых ресурсов [3].

Близкие по природе проблемы сетевого управления сегодня решаются и на «истинно конвергентных» сетях HTS-операторов сверхширокополосного ШПД с использованием новейших механизмов DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), DVB-RCS (Digital Video Broadcasting – Return Channel via Satellite) или специализированных под эти задачи VSAT-платформ. По-видимому, со временем лучшие решения станут основой единого подхода к управлению качеством IP-сервисов, который будет стандартизован не хуже устаревающего классического цифрового ТВ, до сих пор сохраняющего основную долю рынка платного телевидения вопреки активному финансированию прогресса.

Притирка и гармонизация

Таким образом, развитие спутниковых мультисервисных проектов отличается разнообразием, обусловленным слиянием и расширением проектов, особенностями орбитальной кооперации и степени их вовлеченности в освоение новых возможностей Ка-диапазона. Ожидать каких-либо резких изменений в стратегии развития основных игроков спутникового triple-play пока еще рано. Сейчас происходят притирка и гармонизация уже используемых технологических составляющих, по завершении которой станет очевидной необходимость некоторой корректировки решений или их смены. Быстрое расширение возможностей сетей доступа компенсируется новыми «тяжелыми» форматами UHD (Ultra-High-Definition Television).

В настоящее время ощущается сильное давление поставщиков технологий (скорее, их финансовых центров) в сторону преждевременной смены форматов компрессии, структуры транспортных потоков и архитектуры систем связи, критических с точки зрения совместимости сетей. В условиях высокой вероятности изменений вопрос объединения модемов спутниковой связи и домашних медиацентров становится малоактуальным на triple-play спутниковых сетях.

Применяемые сегодня пользовательские «дискретные» устройства отличаются в основном компактностью и изящностью, сохраняя высокое качество базовых услуг.

Литература

  1. Крылов А.М. Спутниковые системы связи и вещания. Состояние и перспективы развития. М., 2014 [online]. Доступ через: http://mosspaceclub.ru/3part/krilov_2.pdf
  2. Локшин Б.А. Спутниковое непосредственное вещание: новые горизонты // Технологии и средства связи. 2015. № 2.

3. Дмитриев А.Н. Сеть следующего поколения Newtec Dialog: Доклад / Международная конференция «Цифровое многопрограммное телевидение» CSTB 2015, Москва, 27−29 января, 2015.

Поделиться:
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее
Спецпроект

Специальный проект "Групповой спутниковый канал для территориально-распределенной сети связи"

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку