Smart Redundancy™

Спутники высокой пропускной способности HTS стали ключевым драйвером развития отрасли космической связи. Происходящая революция на орбите предъявляет новые требования к наземному сегменту сетей – как к пользовательским терминалам, так и к центральным станциям. Принципиальное отличие новых спутников HTS – это многолучевая топология, для работы с которой центральная станция должна поддерживать большое число прямых и обратных каналов. Типовая центральная станция HTS включает несколько контроллеров прямых каналов (OC), по крайней мере, по одному для каждого луча. К каждому OC привязана группа обратных каналов на базе контроллера обратных каналов (IC). Современные HTS спутники имеют десятки лучей, поэтому центральный станции имеют большое количество контроллеров, резервирование которых с применением традиционных подходов становится большой проблемой.
Преимущества:
  • Локальное и географическое резервирование
  • Самовосстанавливающиеся сети
  • Динамические программные ключи
  • Экономия от 35% стоимости оборудования
Описание

В чем проблема?

Традиционная схема горячего резервирования оборудования включает основной (активный) комплект оборудования, а также аналогичный резервный комплект, который готов оперативно вступить в работу вместо основного, если возникают какие-либо неисправности. Создается определенная избыточность оборудования, что повышает итоговую готовность центральной станции. Эти дополнительные инвестиции в надежность окупаются высоким качеством услуг и это очень важно в современных сетях.

Однако, такая избыточность становится чрезмерной, как только количество комплектов оборудования многократно увеличивается при работе со спутниками HTS, где число контроллеров на порядок больше и каждому необходимо резервирование. Проблему может частично решить использование резервирования по схеме N:M, когда один резервный модуль используется для нескольких основных контролеров. Но это применимо только тогда, когда все контроллеры имеют одинаковую схему включения. Но это не всегда так, например, для центральных станций, работающих в двух поляризациях. Для каждого типа контроллеров требуется свое резервирование. От существенной избыточности оборудования центральных станций не избавиться и это обходится операторам очень дорого. Или есть более умные решения?

Резервирование с умом

Хорошие идеи находятся рядом – в любом дата-центре. Кластерные вычислительные системы отличаются высокой надежностью и разумной избыточностью за счет динамического перераспределения задач между одинаковыми компьютерами. Неисправен один – и его задачи оперативно подхватит любой другой незагруженный компьютер. Возможен ли такой подход в спутниковых сетях? Конечно, если эти сети построены на современных программно-управляемых спутниковых маршрутизаторах!

VSAT платформа UHP – самая молодая технология на рынке, но своими инновациями она уже кардинально изменила традиционные подходы и решения в отрасли спутниковой связи. Неудивительно, что и на вопросы резервирования у нас самые революционные взгляды. Итак, попробуем все упростить.

Несомненно, центральная станция – это самый дорогой компонент наземного сегмента. Она состоит из аппаратных элементов и программного обеспечения, которое обеспечивает работу всей этой системы. В современных высокотехнологичных системах соотношение себестоимости ПО и аппаратной части может доходить до 90%/10%. Отличительной особенностью программно-управляемых маршрутизаторов является высокая универсальность, так как в зависимости от программного обеспечения оборудование может выполнять различную роль, например, может быть терминалом или контроллером центральной станции. И самое главное – необходимая функциональность может легко переноситься с одного устройства на другое в автоматическом режиме. Эта особенность и заложена в основе инновационного решения UHP Smart Redundancy.

Архитектура центральной станции с «умным резервированием» не сильно отличается от классической, однако все контроллеры являются универсальными и могут взять на себя любую роль. Система управления динамически распределяет роли универсальных контролеров.

Как уже упоминалось, программное обеспечение контроллеров центральной станции составляет львиную долю от общей стоимости, поэтому превращение этого элемента в виртуальную единицу с возможностью её быстрого переноса на любой универсальный контроллер существенно сокращает стоимость системы без ущерба для её надежности. Некоторая аппаратная избыточность центральной станции сохраняется, но это уже не имеет столь существенного влияния на комплексную стоимость центральной станции. Более того, за счет универсального применения контроллеров число резервных аппаратных единиц оборудования значительно сокращается.

Как это работает?

Ключи функциональности изначально устанавливаются не в оборудование, а в систему управления сетью. Универсальные контроллеры работают под управлением этой системы, которая при запуске выбирает необходимое количество работоспособных контроллеров и назначает им требуемые роли, чтобы получить заданную конфигурацию сети.

Контроллеры, которые не получили текущую роль, считаются резервными. Система управления постоянно анализирует состояние сети и в случае возникновения каких-либо неисправностей назначает роль вышедшего из строя устройства одному из резервных контроллеров. Причем для такой активации используется тот же ключ функциональности ПО, который ранее использовался на неисправном устройстве. Т.е. программное обеспечение всегда находится в использовании и не простаивает.

Система управления будет бороться за живучесть сети до последнего контроллера, обеспечивая требуемую функциональность. Но даже, если все резервные контроллеры закончились, «умное резервирование» не прекратит свою работу, а только изменит тактику. Для каждой роли в сети может быть предварительно назначен уровень важности. Например, контроллер прямого канала должен иметь наивысший приоритет, так как от его работы зависит вся сеть. Контроллеры обратных каналов могут иметь более низкий приоритет, так как сеть может продолжить работу, даже если часть обратных каналов недоступна – просто снизится пропускная способность сети в обратном направлении, но сервис будет доступен. В составе центральной станции могут быть также контроллеры, которые имеют еще менее важную роль в работе сети – контрольные терминалы, контроллеры для приема временных несущих SCPC-DAMA и пр. Все эти устройства могут рассматриваться системой управления как резерв и их роль может быть изменена в случае, если бедствие терпит контроллер с более высоким приоритетом. Такой уровень гибкости и интеллекта недоступен традиционным подходам в резервировании!

Резервирование на расстоянии

Многие HTS спутники используют Ka-диапазон, который более чувствителен к атмосферным затуханиям и, как правило, эта проблема решается географическим резервированием - строительством дополнительного удаленного телепорта (Site diversity), который вступает в работу, когда основной телепорт не в состоянии обеспечить требуемый сервис (например, из-за грозового фронта). Географическое резервирование является также важным требованием при строительстве сетей контроля и управления M2M, где недопустимо наличие единой точки сбоя и требуется высокая готовность сервиса.

UHP Smart Redundancy является оптимальным решением и для такой задачи. Оба телепорта имеют совместимое аппаратное оснащение и участвуют в многоуровневой системе резервирования. На первом уровне система управления пытается обеспечить работоспособность основного телепорта за счет имеющихся локальных контроллеров. Если же исправить проблему на этом уровне не удается, например, станция подвержена существенным атмосферным затуханиям или на ней кончились резервные контроллеры, система управления принимает решение о переносе всего сервиса на удаленный телепорт.

Принцип работы системы на втором уровне аналогичен вышеописанному, однако переключение осуществляется сразу для всех контроллеров телепорта. Важно отметить, что и при географическом резервировании система использует единые ключи функциональности, что дает четырехкратный экономический эффект в сравнении с традиционными подходами резервирования. И это при более простом, а значит более надежном, программно-аппаратном решении!

Важно отметить простоту и гибкость эксплуатации сетей на базе технологии UHP Smart Redundancy, где развитие аппаратного комплекса и программного обеспечения может осуществляться независимо. Число резервных контролеров может изменяться в процессе эксплуатации, причем для этих целей используются универсальные маршрутизаторы UHP, которые применяются и в качестве абонентских терминалов, т.е. всегда имеются в наличии. Добавление дополнительного контролера в сеть также осуществляется простой установкой необходимого ключа функциональности в систему управления, а в качестве аппаратного устройства может быть задействован любой имеющийся резервный модуль без ущерба для действующей схемы резервирования.

Спутниковая связь имеет непревзойденные преимущества жизнеспособности в условиях техногенных и природных катастроф, что уже осознали многие компании эксплуатирующие критическую инфраструктуру. Наземные каналы связи подвержены большому влиянию таких событий и наличие альтернативных спутниковых решений существенно повышает надежность таких сетей. Применение технологии UHP Smart Redundancy позволяет еще повысить готовность такой сети до космических высот при очень приземленных инвестициях!