Толықбайланысты жерсеріктік желілер
«Әрқайсы әрқайсысымен» принципі бойынша кәсіпорынның бірнеше географиялық үлестірілген бөлімшелері арасында байланыс ұйымдастыру қажеттілігі жиі болады. Егер ондай желіні SCPC технологиясын пайдаланып құрастыратын болса, жер станциялары қымбат әрі үлкен болып шығады, ал жерсеріктік қорды пайдалану – тиімсіз. Мысалы, егер желі компанияның бес бөлімшесін біріктіретін болса, онда әр жер станциясында 4 модемнен орнатылуы қажет.
«Екіжақты жерсеріктік Интернетте» (Star желісі) ондай тапсырма үшін дұрыс бейімделмеген. Star абоненттік станциялары бір – бірімен тікелей байланыса алмайды, деректерлер орталық станция желісі арқылы, жерсерік арқылы екі рет өтіп («екі секірісте»), таратылатын болады. Нәтижесінде дауыс 1 немесе одан да көп секундқа кідіретін болады, ал клиент жерсеріктік байланыс арнасы үшін екі рет төлейтін болады.
Mesh желісінде бір абоненттік станциясының, орталық станциядан өтпей, тікелей екіншісімен байланыс жасауы – мүмкін нәрсе. Осы уақытқа дейін мұндай желілер жерсеріктік желілердің бөлек «классына» жатқызылған, оларды құру үшін арнайы технологиялар (TDMA, FTDMA) және арнайы аса қымбат құрылғылар (мысалы, Wiasat LinkWay, Eclipse терминалдары) қолданылған. Жерсеріктік байланыстың соңғы жетістіктері «жұлдыз» желісінің ішінде толықбайланысты желілер құруға мүмкіндік берді. «Екіжақты жерсеріктік Интернет» қызметін ұсынатын көптеген операторлар өз желісі ішінде, өз орталық станциясының басқаруында, клиенттің толықбайланысты желісін ұйымдастыруды ұсынады.
Егер Star желісінің клиенті бір жер станциясын және ажыратылатын жерсеріктік байланыс арнасына қолжеткізім мүмкіндігін алатын болса, Mesh желісінің клиенті бөлінген жерсеріктік қорды алады. Клиент желісі ондаған және жүздеген жер станцияларын біріктіре алады, оған қоса әр станция кез келген басқа станцияға тікелей деректер жібере алады, және әр станцияда барлық бағытқа жалғыз терминал орнатылған. Mesh желісі географиялық үлестірілген порттары бар бир маршрутизатор секілді жұмыс жасайды десек те болады.
Клиентке бөлініп берілген жерсеріктік қор, оның шұғыл қажеттіліктеріне байланысты, оның станциялары арасында динамикалы үлестіріледі. Бұл жалға алынған жолақты өте тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Сондай – ақ құрылғы белгілі бір түрлер (мысалы, дауыстық) трафигіне басымдылық тағайындауға мүмкіндік береді. Осындай мүмкіндіктің арқасында дауыс әрқашан желіде кідіріссіз «жүреді», ал арнаға шамадан артық жүктеме түскен кезде кідіріске сын білдірмейтін мәліметтер (мысалы, веб – парақша мәліметтері) ғана терминал буферлерінде «ұсталады».
1.2.1 Толықбайланысты желілердің артықшылықтары және жабдықтары
Толықбайланысты Mesh желілерінің артықшылықтары:
Mesh желісінің кез келген екі станциясы арасындағы байланыс минималды кідіріспен «бір секірісте» жүзеге асырылады. Бұл Mesh – ті кідіріске сын білдіретін қолданылымдарға – телефония және бейнеконференция – қолдануға мүмкіндік береді.
Клиенттік желінің ішкі трафигі орталық станция арқылы өтпейді, жерсеріктік байланыс арнасы бір рет қолданылады, және ол үшін екі рет төлеудің қажеті жок.
Mesh желісінің мүмкіндіктері басқа технологиялардың мүмкіндіктерін басып өтеді. Mesh – ке арналған клиенттік құрылғы Mesh – те де, «жұлдыз» режимінде жұмыс жасайтын қаладағы орталық станциямен де жұмыс жасай алады. Оған қоса, бір терминал бір уақытта екі режимде қызмет ете алады: бір станция басқа абоненттік станциямен байланыс үшін де (мысалы, корпоративті телефондық байланыс), желінің орталық станциясымен байланыс орнату үшін де (мысалы, Интернетке қол жеткізу үшін) пайдаланыла алады. Mesh желісінің станциясы сондай – ақ «нүкте – нүкте» немесе «нүкте – хаб» бекітілген арналар режимінде жұмыс жасай алады – яғни, іс жүзінде SCPC режимінде. Шын SCPC – мен салыстырғанда бөлек жиіліктік иеленуді қажет етпейді.
Mesh желісінің кемшіліктеріне Star (екіжақты жерсеріктік Интернет) желісіне қарағанда құрылғының қымбаттылығын және SCPC – ге қарағанда бөлініп берілген арналардың үлкен құнын жатқызуға болады. Алайда биснес мәселелеріндегі үлкен тапсырмалар қолданысында бұл кемшіліктер артықшылықтармен орнын толтырады.
Mesh желісіне арналған құрылғы «екібағытты жерсеріктік Интернетке» арналған құрылғыға өте ұқсас. Әрине, бұл орынды, себебі Mesh абоненттік станциялары Star станцияларымен бір желіде, біртұтас орталық станцияның («хабтың») басқаруында жұмыс жасайды. Алайда екі айтарлықтай айырмашылық бар.
Біріншісі, былайша айтқанда, есептік. Star станциялары үлкен диаметрлі антеннасы және қуатты таратушысы бар орталық станциямен «жұпта» жұмыс жасайды, сондықтан олардың өздері улкен емес антенналар және әлсіздеу таратушыларды иемдене алады. Mesh станциялары бір – бірімен жұмыс жасайды, сондықтан олар Star станцияларына қарағанда үлкендеу антенналармен және әлде қайда қуаттырақ таратушымен жабдықталған.
Екінші айырмашылық – сапалық. Star станциялары орталық станциядан тек бір TDM сигналды қабылдайды. Бұл бір тасушыдағы үздіксіз сандық ағын, бұл жерде пайдалы деректер де, желіні басқаратын қызметтік командалар да таратылады. Құрылымы бойынша бұл сигнал жерсеріктік DVB сандық теледидарлама сигналына өте қатты ұқсайды. Mesh станциялары сондай-ақ желінің орталық станциясынан уақыттық синхрондауды алады және толығымен солмен басқарылады: хаб бұл станциялардың таратуға қажеттілігін талдайды және жалпы жерсеріктік байланыс арнасының өткізу қабілеттілігін солардың арасында динамикалы түрде үлестіреді. Сондықтан Mesh станциясы орталық станциядан TDM сигналын қабылдауы тиіс. Сондай – ақ ол басқа да сондай станциялардың таратуларын қабылдауы тиіс. Бұл әлдеқайда қиынырақ – олар үздіксіз емес, дестелеп немесе «жарқылмен» (burst mode), орталық станциямен оларға тағайындалған тек қана уақыттық терезелерде (тайм – слоттарда) таратады. Сондай – ақ олар TDM тасушысы жиілігінен ерекше жиілікте таратады. Сондықтан Mesh абоненттік станциясының терминалдары екі тәуелсіз демодуляторды иемденген: бірі – хабтан TDM – тасушыны қабылдау үшін, екіншісі- басқа Mesh абоненттік станцияларынан «бёрсттерді» қабылдау үшін. Әр өндірушіде бұл ерекшелік әртүрлі жүзеге асырылған. Мысалы, Gilat фирмасының SkyEdge – Pro абоненттік терминалы, тек қана Star режиміндегі жұмысты қамтамасыз ететін, бір TDM демодуляторы бар базалық шассиді иемденген. Mesh режимінде жұмыс жасау үшін бұл шасси екінші демодулятордың қосымша платасымен толықтырылады. Мұндай терминалдың F-жалғағышты екі бөлек кірісі бар, олардың қосылуы үшін LNB – ға сыртқы сплиттер қолданылады. iDirect жабдығы басқаша қағида бойынша құрылған: бір хабпен жұмыс жасау үшін, тек қана Star-ды қолдайтын Infinity – 3100 терминалы және Star – ды да, Mesh – ті де қолдайтын Infinity – 5300 терминалы қолданылады.
1.2.2 Қолдану мысалдары
Корпоративтік желілер. Мұндай желінің үлгісі төмендегі 8 – суретте көрсетілген. Mesh бір кәсіпорынның бірнеше географиялық үлестірілген бөлімшелері немесе алшақтатылған бөлімшелер мен орталық кеңсе, егер ол қалада орналаспаған болса, арасындағы байланысты ұйымдастыру үшін өте қолайлы. Деректерді таратудан басқа, «бір секірісте» жеткізудің және дауыстық трафикті басымдылықпен орнату мүмкіндігінің арқасында мұндай желі сапалы телефонияны қамтамасыз етеді. Бір уақытта абоненттік станциялар Mesh желісінде жұмыс жасаумен қоса, Интернетке колжетімділікті қамтамасыз ететін Star желісінде де жұмыс жасай алады.
8 – сурет. Корпоративтік желілер
Телеметрия және телемеханика жүйелері. Созылыңқы транспорттық жүйелердің (газ құбыры, мұнай құбыры, электрлік желілер) апатсыз пайдаланылуы үшін көптеген технологиялық параметрлерге тәуліктік орталықтандырылған бақылау қажет, және көбінесе арматураны және механизмді қашықтықтан басқару да қажет болады. Осындай жүйелердің объектілері елді мекеннен тыс,жерүсті байланыс арналары жоқ, үлкен кеңістіктерде үлестірілген, сондықтан телеметрия үшін көбіне жерсеріктік байланыс қолданылады. Мысалы, жерсеріктік станциялар ЭТЖ сымдарымен телеметрия деректерлерін тарату үшін арналған көне кеңестік аспаптың орнын өте сәтті басады. VSAT – станциялары әлдеқайда сенімдірек, олар пайдаланылуы кезінде қауіпсіз және қолданушыға ондаған және жүздеген есе көбірек жылдамдықты ұсынады. Телеметрияның қарапайым тапсырмаларын Star (екіжақты жерсеріктік Интернет) желілері станциясы өзі де толық орындап шыға алады. Мысалы, электр қуаты есептеуіштерінің көрсеткіштерін трансляциялауды. Есептеуіштер улкен емес трафикті түрлендіреді, оларды қайта – қайта емес, белгілі бір мезгіл сайын (мысалы, минутына 1 рет) бақылау қажет, 1 секунд және одан сәл көбірек кідірісті айтарлықтай маңызды емес деп санауға болады.
Алайда телеметрия мен телемеханиканың заманауи жүйелеріне әлдеқайда қиынырақ тапсырмалар жиі жүктеледі: үлкен көлемді ақпаратты тарату, қызметтік телефония, алшақтатылған машиналар мен механизмдерге бейнебақылау, алшақтатылған компьютерлерге терминалды қолжетімділік. Осындай қолданылымдарға Mesh жерсеріктік желілері жақсырақ бейімделген. Деректер бақыланатын объекттен орталық диспетчерлік бекетке әрқашан «бір секірісте» тікелей жерсерік арқылы, минималды кідіріспен жеткізіледі. Тарату жылдамдығы 2 Мбит/с және одан көп жетеді, сонымен бірге шын уақыттағы қолданылымдар үшін сапа кепілденеді. Көпдеңгейлі жүйеде деректер бақыланатын объекттен бір уақытта, бір транзакция кезінде, барлық бақыланатын деңгейлерге таратыла алады (мысалы, ақпаратты жинау локальды пункты, аймақтық диспетчерлік бекет, орталық диспетчерлік бекет). Клиент байланыс қызметтерін бір оператордан алады, бір бухгалтерия мен бір қолдау қызметіне ие болады, өзінің барлық объектілерінде бірдей жерүсті станциялардың жабдықтарын қолданады. Осындай желінің үлгісі төмендегі 9 – суретте көрсетілген.
9 – сурет. Телеметрия және телемеханика жүйелері
Ұялы байланыстың алшақтатылған базалық станциясын қосу – бұл да осы желіні қолданудың бір мысалы. Ол төменде берілген 10 – суретте көрсетілген. Mesh желісі станциясын жылдамдығы 3 немесе одан да көп Мбит/с болатын «нүкте-нүкте» сұлбасы бойынша жұмыс үшін пайдалануға болады. Бұл ұялы байланыстың алшақтатылған базалық станциясын базалық станцияның бақылаушысына қосу үшін Mesh станциясын пайдаланудға мүмкіндік береді. Мұндай қосылыстың «классикалық» SCPC – ге қарағанда артықшылығы анық. Біріншіден, Mesh жер станциясының жабдығы энергетикасы дәл сондай SCPC станциясы жабдығынан төрт есе арзанырақ болып келеді. Екіншіден, Mesh станциялары үшін жиіліктік иеленуді алу қажет етілмейді. Ақыры, егер бір емес, бірнеше базалық станцияларды «жұлдыз» сұлбасы бойынша бір бақылаушыға қосу қажет болса, SCPC үшін жұлдыздың ортасына байланыс бағытының санына қарай бірнеше модемдер пайдалану қажет болады, ал Mesh барлық бағыт үшін бір терминалды пайдалуға мүмкіндік береді. Алайда ондай қосылыстың кемшілігі де бар. Ұялы базалық станцияның кірісінде Е1 үзіксіз сандық ағын болуы тиіс, ал жерсеріктік байланыс арнасында деректер тұтас ағын болып емес, уақыттан уақытқа, «жарқылмен» таратылады (мұндай режим «burst mode» немесе «VSAT mode» деп аталады). Сондай – ақ, Е1 ағыны – өте тиімсіз көлік. Оның құрамында 30 арна цифрленген сығылмаған дауыс бар (64 кбит/с-тен), олардың барлығы пайдаланыла алмайды, және тағы 128 кбит/с сигнализация үшін апарылады (телефон нөмірін трансляциялау, тұтқаны көтеру/қою және т.б.). Заманауи оптикалық желілер үшін бұл қиын мәселе емес, бірақ жерсеріктік байланыс арналарын мұндай трафикпен жүктеу – жол бергісіз байлық.
Сондықтан Mesh жерсеріктік станциясы мен ұялы базалық станция арасына таратылып отырған Е1 – ді максималды сығатын «ақылды» маршрутизатор қосылады. Дауыстың «жұмыс жасап тұрған» арналары дауыстық кодекпен өңделеді, «бос» дауыстық арналар тасталынады, сигнализация арнасынан артық деректер жойылады. Осындай әдіспен алынған ағын, әлдеқашан айнымалы биттік жылдамдығы бар, фрагменттерге кесіледі, IP дестелеріне қапталады және жерсеріктік арнада burst mode – ке беріледі. Қабылданған деректермен кері процедура жүргізіледі: «жарқылдардан» IP дестелері қабылданады, олардан деректер шығарылады, дауыс декомпресстеледі, артық биттер қайта орнатылады, тұрақты биттік жылдамдығы 2048 кбит/с болатын үзіксіз сандық ағын қалпына келтіріледі. Дестелік тарату осындай әдіспен «үнемделген» жерсеріктік байланыс арнасының жолағын желінің басқа станцияларына пайдалануға мүмкіндік береді. Мысалы, алшақтатылған базалық станцияның бір де бір абоненті сыртқы абонентпен сөйлеспеген кезде, яғни Е1 – де барлық дауыстық арна бос болған кезде, станция жерсерік арқылы минимум IP – дестелерді жібереді. Ода тарату үшін келесі уақыттық терезені пайдалану қажеттілігі сирек туады, ал осы терезені желінің басқа станциясы қолдана алады.
Е1 – ді тиімді сығып және IP арқылы таратуға мүмкіндік беретін маршрутизаторлар – қиын әрі қымбат жабдық. Осы Mesh клиенттік желісіне бөліп берілген жерсеріктегі жолақ – шектеулі, дауыстық арналардың жүктелуі- болжауға келмейтін, ал IP хаттамасы осындай жағдайда деректерді уақытылы жеткізуді сенімді қамтамасыз ететін механизмді иеленбеген. Сондықтан шешімі айтарлықтай арзан емес және 100% - ға сенімді емес. Сонда да, соңғы уақытта ол ұялы операторларымен, әсіресе аймақтық, жиі қолданылып келеді.
10 – сурет. Ұялы байланыстың алшақтатылған базалық станциясын қосу
Mesh станциясын SCPC режимінде пайдалану. Mesh станциялары бекітілген бағыттарда тіркелген жылдамдықпен «нүкте – нүкте» сұлбасы бойынша жұмыс жасай алады, яғни, былайша SCPC станциясы режимінде жұмыс жасайды. Оның сұлбасы 11 – суретте көрсетілген. Байланыс арнасының құны «нағыз» SCPC – тен қымбатырақ шығады, алайда жабдық әлдеқайда арзанырақ және рұқсат қағаздарын рәсімдеуде жеңілдірек. Mesh/SCPC – ті әсіресе алшақтатылған нүктені желінің орталық станциясы - «хабпен» байланыстыру үшін пайдаланған қызық. «Хабта» үлкен диаметрлі антенна және қуатты таратқыш қолданылуы есебінде, жоғарыақпараттық модуляция сұлбаларын – 8PSK және 16QAM – пайдалануға болады, сәйкесінше, дәл сол жылдамдықта байланыс арнасының құнын 1,5 немесе 2 есе төмендетуге болады. Мұндай арна, мысалы, аймақтық ISP үшін Интернетке қолжеткізу арнасы ретінде, немесе бірбағытты жүйемен (InSat Broadband Frame Relay One Way немесе сол сияқты) бірге «сұрату» арнасы ретінде пайдаланыла алады.
11 – сурет. Mesh станциясын SCPC режимінде пайдалану
MCPC/ Frame Relay желілері. MCPC/Frame Relay желісінің, бөлінген арналарда құрылған басқа желілермен салыстырғандағы артықшылығы – алшақтатылған станциялар арасындағы, жолағы SCPC арналары жағдайындағы жолақ қосындысынан айтарлықтай төмен болатын, тікелей арна трафигін динамикалық қайта бөлу есебінде жерсеріктік қорды үнемдеу.
12 – сурет. MCPC/ Frame Relay желілері
MCPC технологиясы (Multiple Channel Per Carrier – бір тасушыға бірнеше арна) әр тасушысы бірнеше PVC (Permanent Virtual Circuit) тәуелсіз виртуалды арналарды тарату үшін қолданылатын жерсеріктік байланыс желілерін ұйымдастыру үшін пайдаланылады. Бұл технология OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) үлгісінің арналық және физикалық деңгейлерін қамтитін Frame Relay (кадрларды ретрансляциялау) хаттамасын қолданушы SCPC технологиясына негізделеді, және ,негізі, CIR (Сommitted Information Rates) кепілденген өткізу қабілетін қамтамасыз етумен байланысты аумақтық бөлінген корпоративтік желілерді құру кезінде, деректер, дауыс, бейнекоференцбайланыс және т.б. арналарында қолданылады.
«Жұлдыз» типті топологиялы жерсеріктік арналар желісінің қолданылуында бұл технология келесі түрде жүзеге асады. Деректер орталық жерсеріктік байланыстың жер станциясынан (ЖБЖС) бір кеңжолақты жерсеріктік арна арқылы барлық алшақтатылған ЖБЖС – на таратылады, ал кері арналар алшақтатылған ЖБЖС – орталық ЖБЖС бағытында өзін бөлінген SCPC арналары ретінде ұсынады. Frame Relay (FR) хаттамасы FR DСE (Data Communications Equipment) немесе деректер арналарының коммутациясы (Data Circuit – Switching Equipment) жабдықтары болып табылатын орталық маршрутизаторда және алшақтатылған станциялардағы FR DTE (Data Terminal Equipment) тарату арналарының терминалды жабдығы болып табылатын маршрутизаторда іске асады.
Frame Relay (FR) хаттамасы әрқайсысының өзінің жеке идентификаторы DLCI (Data Link Connection Identifier) бар көптеген PVC тәуелсіз виртуалды арналарды жалпы кеңжолақты арнада қамтамасыз етеді. Орталық ЖБЖС – нан алшақтатылған ЖБЖС – на деректер тарату фреймдермен (кадрлармен) жүзеге асады, олардың форматы құрамында DLCI идентификаторы бар адрестік алаңды иемденген. Жеке адрестік ақпаратынан бөлек, адрестік алаң деректер ағынын басқаратын қосымша алаңнан және виртуалды арнаның шамадан тыс жүктелуі туралы ескертулерден тұрады.
Берілген желі құрылысының сұлбасындағы әрбір FR DTE құрылғысында (алшақтатлыған ЖБЖС жабдығы) өз DLCI идентификаторы бар. FR DTE құрылғысының әрқайсысына адрестік алаңында дәл сондай идентификатор бар фреймдер келеді. Орталық маршрутизатор фреймдер генераторы мен коммутаторы рөлін атқарады және трафикті фреймдер форматына сәйкес жалпы кеңжолақты арнада алшақтатылған станциялар арасында бөледі. Сондай – ақ, орталық маршрутизатор әр фреймнің адрестік алаңында болатын тіке және кері бағыттағы арналардың шамадан тыс жүктелуі туралы хабарламаларды өңдейді, осылайша барлық виртуалды арналарды талдайды және барлық DTЕ құрылғылары арасында, DCE құрылғысы жағынан шығатын, жалпы трафикті қайта бөлуді жүзеге асырады. Әрбір виртуалды арна үшін CIR минималды кепілденген жылдамдық тағайындалынады, ол FR – дің сәйкес жөндеулері нәтижесінде 0 – ге тең болуы мүмкін.