VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海上平臺(tái)的應(yīng)用研究

顧友忠

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452）

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海上平臺(tái)的應(yīng)用研究

顧友忠

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452）

針對(duì)海上油田特殊的地理位置，為更好滿(mǎn)足中海油油田生產(chǎn)作業(yè)通信需求，中海油信息科技有限公司構(gòu)建了新一代VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)。SkyEdge II衛(wèi)星通信系統(tǒng)基于DVB-S2(TDM)/ DVB-RCS(MF-TDMA)的寬帶多媒體IP通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星頻率資源的高效利用、主站端站的統(tǒng)一管理、多種多樣的業(yè)務(wù)組網(wǎng)。

VSAT；SkyEdge II；DVB-S2

1 海上油氣田通信系統(tǒng)概況

1.1 海上油氣田通信系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)容

中海油信息科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：COIT）已建成集衛(wèi)星通信網(wǎng)、短波通信網(wǎng)、微波通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)、程控電話(huà)網(wǎng)、視頻會(huì)議網(wǎng)和有線電視網(wǎng)、小區(qū)寬帶網(wǎng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)九大技術(shù)支撐平臺(tái)于一體的通信網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)范圍全面覆蓋中海油業(yè)務(wù)領(lǐng)域。公司一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)是為海上鉆井平臺(tái)之間，以及平臺(tái)、船只和陸地之間提供通信服務(wù)，面臨的主要挑戰(zhàn)是要在一個(gè)維護(hù)簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)提供高性?xún)r(jià)比和高可靠的話(huà)音及高速數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

1.2 COIT對(duì)通信系統(tǒng)的關(guān)注點(diǎn)

COIT擁有不同的站點(diǎn)，包括固定的平臺(tái)和需要在移動(dòng)中寬帶通信的船只，VSAT網(wǎng)絡(luò)需要與自動(dòng)跟蹤天線進(jìn)行完全的整合，這包括通過(guò)終端的自動(dòng)化來(lái)降低用戶(hù)的操作量以最大程度減少或消除對(duì)用戶(hù)人工干預(yù)的需求。

對(duì)海上站點(diǎn)來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)在于要同時(shí)支持星狀和網(wǎng)狀通信。小站所有應(yīng)用均通過(guò)主站連接的地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，例如連接辦公網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和程控電話(huà)網(wǎng)等類(lèi)似應(yīng)用。但平臺(tái)與平臺(tái)之間的話(huà)音和數(shù)據(jù)如果也經(jīng)由主站轉(zhuǎn)接，由于雙跳通信會(huì)受到非常嚴(yán)重的延遲影響。因此，網(wǎng)絡(luò)需要能夠以一種高性?xún)r(jià)比的方式同時(shí)支持星狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

另外，由于每次前往海上平臺(tái)需要搭乘船只或直升機(jī)，所以頻繁的前往海上平臺(tái)會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本，因此，這一解決方案必須安裝簡(jiǎn)單、高度可靠并且能夠通過(guò)主站進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和升級(jí)。

2 SkyEdge II系統(tǒng)

2.1 SkyEdge II系統(tǒng)建設(shè)背景

COIT于2008年建設(shè)了一套吉來(lái)特Sk yEdge II系統(tǒng)，用于為中海油的海上平臺(tái)和船只提供基于Ku波段的衛(wèi)星通信服務(wù)，該系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行五年。2013年，COIT為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信平臺(tái)的統(tǒng)一化、規(guī)模化和集約化建設(shè)，進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)成本，基于該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將原有的單路帶載波（SCPC）網(wǎng)絡(luò)全部進(jìn)行了改造升級(jí)。

2.2 SkyEdge II系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)是吉來(lái)特公司基于DVB-S2 (TDM)/ DVB-RCS(MF-TDMA)標(biāo)準(zhǔn)的寬帶多媒體IP通信平臺(tái)，能夠在大量遠(yuǎn)端用戶(hù)和主站之間提供基于IP的多種業(yè)務(wù)、高吞吐率的數(shù)據(jù)鏈路；系統(tǒng)支持多星（5顆衛(wèi)星）、多頻段（Ku，C，Ka等）和靈活的組網(wǎng)方式，不管是星狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)、多星狀網(wǎng)，還是SCPC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，均接收同一個(gè)中心站出境DVB-S2載波，由同一個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)來(lái)管理和分配空間資源，遠(yuǎn)端站所需資源將通過(guò)預(yù)約分配的方式進(jìn)行，有效提高資源利用率。

由于SkyEdge II系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備（如：NetEdge分中心站設(shè)備、VSAT遠(yuǎn)端設(shè)備）均由同一個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)管理，所以可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)空間資源的共享。其中：全網(wǎng)所有遠(yuǎn)端站設(shè)備均共享出境DVB-S2載波；星狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和多星狀網(wǎng)設(shè)備共享DVB-RCS（TDMA）入境載波；通過(guò)TDMA和SCPC動(dòng)態(tài)切換技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)SCPC入境載波池分時(shí)共享使用；空間資源的申請(qǐng)基于預(yù)約方式進(jìn)行，中心站網(wǎng)管系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)端站的業(yè)務(wù)申請(qǐng)情況動(dòng)態(tài)分配空間帶寬。

2.3 COIT SkyEdge II C波段衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)組網(wǎng)

對(duì)于COIT C波段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，考慮到兩個(gè)中心站分別位于不同地區(qū)，且均為有日常業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的主用中心站，如果采用1∶1的配置方式，勢(shì)必會(huì)增加投資的成本并造成設(shè)備閑置。我們采用SkyEdge II終端自主切換的方式，備用中心站只保證切換小站的基本業(yè)務(wù)，如話(huà)音業(yè)務(wù)，這樣備用中心站在不增加太多中心站硬件設(shè)備及空間帶寬的前提下即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端站的備份。

在所有的SkyEdge II終端設(shè)備主用和備用出境參數(shù)分別配置為衛(wèi)星主站A和衛(wèi)星主站B出境參數(shù)；衛(wèi)星主站A和衛(wèi)星主站B的網(wǎng)管系統(tǒng)中包括所有遠(yuǎn)端站配置；在兩個(gè)中心站的網(wǎng)管系統(tǒng)中定義好所有遠(yuǎn)端站分別所需要保證的業(yè)務(wù)類(lèi)型、IP地址和路由規(guī)劃。基于上述三項(xiàng)保障措施，如果一個(gè)中心站出現(xiàn)故障，其管理的遠(yuǎn)端站仍然可以落地到另外一個(gè)中心站，完成業(yè)務(wù)接入和路由。同時(shí)，衛(wèi)星主站A將為分中心站C提供異地備份，衛(wèi)星主站B將為分中心站D提供提供異地備份。

2.4 遠(yuǎn)端站各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用解決方案

2.4.1 A類(lèi)業(yè)務(wù)解決方案

業(yè)務(wù)需求：

終端站的主要業(yè)務(wù)為語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的傳輸，終端站速率為128～1024kb/s之間；終端站后端接有一個(gè)局域網(wǎng)；終端站的話(huà)音功能的實(shí)現(xiàn)，部分是通過(guò)接入終端站的小型PBX，接口類(lèi)型為FXS或EM；部分話(huà)音通過(guò)終端站下接Vo IP連接話(huà)機(jī)。

解決方案：

對(duì)于這類(lèi)業(yè)務(wù)，采用SkyEdge II Pro VSAT終端。該終端支持的空間載波速率范圍為128ks/s～2.56Ms/s，通過(guò)CBR/CIR/MIR參數(shù)和QoS的配置，可提供用戶(hù)需要的 128kb/s至1024kb/s速率；該終端提供4個(gè)10M/10 0M以太網(wǎng)接口，每個(gè)端口支持獨(dú)立的V LA N和獨(dú)立路由，可用于連接V o IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備和海上局域網(wǎng)設(shè)備。

2.4.2 B類(lèi)業(yè)務(wù)解決方案

業(yè)務(wù)需求：

終端站的主要業(yè)務(wù)為語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的傳輸，終端站速率為128～1024kb/s；終端站后端接有一個(gè)局域網(wǎng)，除了衛(wèi)星線路還有微波（或光纜）鏈路，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸主用微波（或光纜）鏈路，當(dāng)微波（或光纜）鏈路故障后自動(dòng)切換至衛(wèi)星；微波鏈路正常時(shí)衛(wèi)星速率為128kb/s，微波鏈路故障時(shí)候要求衛(wèi)星鏈路能變換為1024kb/s；終端站的話(huà)音使用衛(wèi)星鏈路傳輸，部分電話(huà)接入小型PBX，部分電話(huà)采用FXS接入；如何實(shí)現(xiàn)多條網(wǎng)絡(luò)線路的自動(dòng)切換、衛(wèi)星線路的速率調(diào)整（自動(dòng)或手動(dòng)）。

解決方案：

對(duì)于這類(lèi)業(yè)務(wù)，采用SkyEdge II Accent終端+路由器的方式滿(mǎn)足以上需求。該雙模終端在TDMA模式下，能支持的空間載波速率范圍為128ks/s至2.56Ms/s，通過(guò)CBR/CIR/MIR參數(shù)和QoS的配置，可以為用戶(hù)提供從128kb/s至1024kb/s的TDMA備份鏈路；SkyEdge II Accent雙模終端可以自動(dòng)/手動(dòng)切換到SCPC模式，為微波/光纜鏈路提供備份，整個(gè)切換工作由路由器完成。

Accent終端支持VSAT（TDMA）和SCPC（連續(xù)載波）兩種傳輸模式。由于該遠(yuǎn)端站中衛(wèi)星鏈路只起到備份作用，所以ACCENT終端平時(shí)將工作在VSAT TDMA模式下。而當(dāng)主用傳輸鏈路如微波/光纜終端出現(xiàn)故障時(shí)，Accent終端將根據(jù)網(wǎng)管設(shè)備的SCPC流量觸發(fā)條件自動(dòng)切換到SCPC傳輸，保證大流量業(yè)務(wù)的連續(xù)傳輸。

當(dāng)用戶(hù)流量低于網(wǎng)管設(shè)定的觸發(fā)閥值，Accent終端將回退到VSAT TDMA傳輸模式，同時(shí)釋放SCPC資源給其他需要的遠(yuǎn)端站使用，從而達(dá)到SCPC資源的共享；A ccen t設(shè)備本身支持兩個(gè)10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，提供獨(dú)立的VLAN和路由的功能，可以用于連接外圍的Vo IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備和用戶(hù)局域網(wǎng)設(shè)備。

2.4.3 C類(lèi)業(yè)務(wù)解決方案

業(yè)務(wù)需求：

終端站有2條衛(wèi)星線路，分別與主站和另外的終端站通信，傳輸業(yè)務(wù)為語(yǔ)音和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；其中一條鏈路速率為1 024～2 048kb/s，另一條為128～512kb/s；終端站的2個(gè)衛(wèi)星鏈路相互獨(dú)立，構(gòu)成2個(gè)局域網(wǎng)，其中一個(gè)傳輸辦公數(shù)據(jù)，另外一個(gè)傳輸生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)網(wǎng)與辦公網(wǎng)絡(luò)完全隔離；終端站與主站和陸地終端站間有話(huà)音傳輸，小部分話(huà)音為FXS接口，大部語(yǔ)音是通過(guò)EM接入到小型PBX中。

解決方案：

對(duì)于這類(lèi)業(yè)務(wù)，采用SkyEdge II Pro終端 + Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)卡，該終端支持的入境空間載波速率從128ks/s～2.56Ms/s。SkyEdge II Pro終端本身只支持星狀網(wǎng)通信，但通過(guò)插入Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)卡就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)終端同時(shí)支持星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的能力；SkyEdge II Pro終端本身自帶的4個(gè)10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，可以支持獨(dú)立VLAN和獨(dú)立路由的功能，對(duì)于需要把控制網(wǎng)和辦公網(wǎng)完全隔離的需求，我們可以采用V LAN的方式解決。具體為：遠(yuǎn)端站和中心站通過(guò)VLAN-1相互通信，采用TDMA星狀通信；遠(yuǎn)端站與陸地終端站通過(guò)VLAN-2相互通信，采用TDMA網(wǎng)狀網(wǎng)通信。

通過(guò)增加Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)卡，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)終端同時(shí)支持星狀通信和網(wǎng)狀網(wǎng)同時(shí)，而支持的空間信道速率范圍從128ks/s至2.56Ms/s，完全滿(mǎn)足用戶(hù)的1 024～2 048kb/s和128kb/s～512kb/s的鏈路速率要求。

2.4.4 D類(lèi)業(yè)務(wù)解決方案

業(yè)務(wù)需求：

終端站業(yè)務(wù)為語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，有多條衛(wèi)星鏈路，一條辦公數(shù)據(jù)鏈路為1 024～2 048kb/s，另外的中控?cái)?shù)據(jù)傳輸鏈路為128～512kb/s；終端站的幾條衛(wèi)星鏈路速率相互獨(dú)立，構(gòu)成2個(gè)局域網(wǎng)，其中一個(gè)傳輸辦公數(shù)據(jù)，另外一個(gè)傳輸生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)網(wǎng)與辦公網(wǎng)絡(luò)完全隔離。

解決方案：

對(duì)于這類(lèi)業(yè)務(wù)，采用SkyEdge II Pro終端+ Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)卡。終端站1、終端站2和陸地站均使用SkyEdge II Pro終端 + Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)卡； SkyEdge II Pro終端本身自帶的4個(gè)10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，每個(gè)端口可以支持獨(dú)立VLAN和獨(dú)立路由功能，對(duì)于需要把控制網(wǎng)和辦公網(wǎng)完全隔離的需求，我們采用VLAN的方式解決； Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)卡可以支持的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)目為1 000個(gè)，同時(shí)支持30個(gè)并發(fā)連接，完全可以滿(mǎn)足用戶(hù)多條衛(wèi)星鏈路的需求；網(wǎng)狀網(wǎng)卡可以支持多個(gè)通信方向、并以不同的速率傳輸，終端可以支持的空間載波速率從128ks/s到2.56Ms/s，完全滿(mǎn)足辦公鏈路需要的1 024～2 048kb/s；通過(guò)CBR/CIR/MIR和QoS參數(shù)的配置，可以為終端用戶(hù)提供128～512kb/s的傳輸速率。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，COIT所建設(shè)SkyEdge II系統(tǒng)支持一體化的話(huà)音、數(shù)據(jù)和多媒體通信，使公司能夠以高性?xún)r(jià)比的方式為其員工在日常工作中，提供專(zhuān)有的辦公網(wǎng)訪問(wèn)、互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)、多媒體會(huì)議和其他高級(jí)解決方案，為其石油和天然氣平臺(tái)提供高速和可靠的通信服務(wù)，連接海上平臺(tái)船只的人員與陸地的辦公室。VAST衛(wèi)星通信滿(mǎn)足了中海油的需求，為內(nèi)部用戶(hù)提供了通信服務(wù)和保障，為海上鉆井平臺(tái)之間以及平臺(tái)、船只和陸地之間提供通信服務(wù)。

[1] 夏克文．衛(wèi)星通信．西安：西安電子科技大學(xué)出版社.

[2] 樊昌信，曹麗娜．通信原理．北京：國(guó)防工業(yè)出版社.

The Research of VSAT Application on Offshore Oil Platform

Gu Youzhong
(China National Offshore Oil Corporation Information Technology Company Tianjin Branch, Tianjin, 300452)

Focus on the special geographic location of offshore oilfield and to better meetthe communication needsin the offshore oilfield operation, China National Offshore Oil Corporation Information Technology Company implements a new generation VSAT system. SkyEdge II VSAT system is a broadband multimedia satellite communication IP platform based on DVB-S2 (TDM) / DVB-RCS(MF-TDMA), to provide highly efficient usage of satellite frequency resource, unified management of hub and remote terminals and multiple applications network.

VSAT; SkyEdge II; DVB-S2

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.09.005

TN 927

B

1672-7274（2014）09-0017-03