Mikrovlnné a družicové spoje

Rozlehlé počítačové sítě využívají k propojení svých uzlových počítačů nejčastěji pevné okruhy, pronajaté od spojových organizací. Tyto okruhy jsou obvykle vytvářeny pomocí drátových přenosových cest (různých dálkových kabelů apod.). Existují však i jiné možnosti (kromě veřejných datových sítí) - například mikrovlnné a satelitní spoje.

Přívlastkem mikrovlnné (microwave) se označují elektromagnetické vlny o extrémně krátké vlnové délce resp. velké frekvenci, která je vlnové délce nepřímo úměrná. V praxi se používají frekvence od 1 do 12 GHz (tj. vlnové délky přibližně 30 až 2,5 cm). Vlny o takto vysoké frekvenci již lze, pomocí vhodných parabolických vysílacích antén, soustředit do úzkého paprsku, a ten nasměrovat na přijímací anténu. Úzce soustředěný paprsek vykazuje minimální rozptyl, dovoluje používat relativně malý výkon vysílače a je velmi odolný vůči rušení. Na nižších frekvencích nelze dosáhnout potřebného soustředění, a na vyšších frekvencích se již začíná znatelně projevovat nepříznivý vliv atmosférických jevů, jako např. mlhy a deště.

Obr. 18.1.: Mikrovlnné spoje

Vzhledem k přímočarému šíření soustředěného paprsku elektromagnetických vln je dosah mikrovlnných spojů omezen na přímou viditelnost vysílače a přijímače. Ta je určována konkrétními geografickými podmínkami, a samozřejmě také zakřivením Země. Lze ji uměle prodlužovat umisťováním vysílacích a přijímacích antén na co nejvyšší věže. V rovině, kde se uplatňuje pouze vliv zakřivení zemského povrchu, je obvyklý dosah kolem 50 km. Pro překlenutí větších vzdáleností je nutné budovat síť retranslačních stanic - viz obr. 18.1.

Dosažitelná přenosová rychlost na mikrovlnných spojích je závislá na použitém frekvenčním pásmu a možnostech přijímače a vysílače. Může dosahovat hodnot až 10 Mbit/sekundu.

Pro počítačové sítě mohou být mikrovlnné spoje výhodné například v městských aglomeracích v těch místech, kde neexistují vhodné drátové přenosové cesty a instalace nových nepřipadá v úvahu (např. v historických jádrech měst ).

Obr. 18.2.: Troposferický spoj

Přímá viditelnost mezi přijímačem a vysílačem je samozřejmě značně omezujícím faktorem. Jednou z možností, jak se mu vyhnout, je nechat odrazit úzce směrovaný paprsek od horních vrstev troposféry (ve výšce cca 16 km) - viz obr. 18.2. Nevýhodou těchto tzv. troposférických spojů je nutnost používat velký výkon vysílače (desítky kW), přičemž přijímaný signál bývá velmi slabý - jen asi 1 nW.

S další možností - využitím družice - poprvé přišel známý spisovatel sci-fi, Arthur C. Clarke, a to již v roce 1945, tedy 12 let před vypuštěním prvního sputniku.

Dnes se pro družicové spoje (satellite links) používají převážně tzv. geostacionární družice, někdy označované též jako tzv. synchronní družice), které se pohybují ve výšce přibližně 36 000 km nad zemí. V této výšce je doba jejich obletu kolem Země rovna době otočení zeměkoule kolem její osy, což znamená, že se nacházejí vždy nad stejným bodem zemského povrchu - většinou se takto umisťují nad rovník.

Obr. 18.3.: Družicový spoj

Družice může fungovat jen jako pouhý odražeč signálu - pak jde o tzv. pasivní družice. Výhodnější jsou však tzv. aktivní družice. Ty obsahují vždy několik tzv. transpondérů (transponders), které fungují jako na sobě nezávislé retranslační stanice. Přijímají signál vysílaný ze Země (tzv. up-link signal), převádí jej do jiného frekvenčního pásma, zesilují jej a vysílají zpět směrem k Zemi (jako tzv. down-link signal) - viz obr. 18.3.

Pro družicové spoje se používají různá frekvenční pásma. V tz. C-pásmu (C-band) se ze Země k družici vysílá v pásmu 6 GHz, a v opačném směru v pásmu 4 GHz. Jsou k tomu zapotřebí relativně velké parabolické antény. Tzv. KU-pásmo (KU-band) pracuje s vyššími frekvencemi (12-14 GHz), což umožňuje používat rozměrově menší antény (o průměru cca 60-100 cm).

Pomocí družicových spojů lze vytvořit přenosové kanály a okruhy širokého spektra přenosových rychlostí (až desítek a stovek megabitů za sekundu), které se svými vlastnostmi plně vyrovnají pozemním kabelovým spojům, a v mnohém je i předčí. Družicové spoje však mají i své nevýhody. Tou nejvýraznější je zpoždění, které při přenosu vzniká.

Ze Země na geostacionární družici a zpět dorazí signál přibližně za 250 až 300 ms (podle místa na Zemi, odkud byl vyslán, a ve kterém byl přijat). Budeme-li čekat ještě na potvrzující odpověď, nemůže tato přijít dříve než na cca 500-600 milisekund. A to je velmi dlouhá doba. Ne ani tak pro člověka, jako pro přenosové protokoly, které čekají na potvrzení příjmu od protější strany. Ty musí být vhodně uzpůsobeny, aby velké zpoždění potvrzující odpovědi neinterpretovaly chybně, a nesnažily se příliš brzy o opětovné vyslání již dříve přenesených bloků dat.

Družicové spoje lze využít pro realizaci dvoubodových spojení. Vzhledem ke své povaze však umožňují i přenosy od jednoho zdroje k více příjemcům (tzv. broadcasting, který využívají např. různé satelitní televize), a od více zdrojů k jedinému příjemci (tzv. vícenásobný přístup, multiple access).

Obr. 18.4.: Datová síť VSAT
b/ vícenásobný přístup

Obr. 18.4.: Datová síť VSAT
a/ broadcasting

Tyto dvě vlastnosti se s úspěchem využívají v datových sítích, vytvářených pomocí družicových spojů. Používají tak vysoké frekvence, že vystačí jen s relativně malými pozemními anténami resp. s velmi malým úhlem vyzařování. Jednotlivé uzlové body této sítě jsou označovány jako terminály VSAT (Very Small Aperture Terminal).

Datová síť VSAT (VSAT Data Network) předpokládá existenci jednoho centrálního bodu (tzv. hub) a většího počtu terminálů VSAT, přičemž komunikace je možná jen mezi terminálem a centrálním bodem, nikoli přímo mezi dvěma terminály - viz obr. 18.4. Důvody jsou především technické a vyplývají ze samotné podstaty družicových spojů. Mnohým aplikacím, které sítě VSAT využívají, však takováto "centralizovaná" koncepce plně vyhovuje, neboť jde o aplikace, která umožňují velkému počtu uživatelů přístup k jednomu centralizovanému informačnímu zdroji - např. velké databázi, rezervačnímu systému apod.

Obecnou výhodou všech družicových spojů je jejich nezávislost na pozemní komunikační infrastruktuře, možná mobilita pozemních stanic, možnost realizovat spojení i do jakkoli odlehlých a nepřístupných míst, a v neposlední míře také vysoké přenosové rychlosti, kterých lze pomocí družicových spojů dosáhnout.

---