VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用探究

楊清森，楊仁慶，高曉輝

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210004）

0 引言

VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)作為應(yīng)急管理信息網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，通過整合通信衛(wèi)星資源和自組網(wǎng)、短波通信、超短波等通信手段，為應(yīng)急管理提供必要的通信保障。如圖1所示，VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)由一個(gè)大口徑中心站和眾多小口徑遠(yuǎn)端站協(xié)同工作的衛(wèi)星通信網(wǎng)[1]，接入應(yīng)急管理信息網(wǎng)并與之互聯(lián)互通的同時(shí)，承載著中心站與終端站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、視頻會(huì)議、VoIP 語音等應(yīng)用的業(yè)務(wù)功能，具有天地一體、上下聯(lián)動(dòng)、穩(wěn)定暢通的能力。

圖1 VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)

VSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、覆蓋面廣、成本低廉的特點(diǎn)，特別適合擁有較大信息量和管轄眾多偏遠(yuǎn)分支機(jī)構(gòu)的部門使用。

1 系統(tǒng)站型

本文研究的VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由中心站和分布在各地的VSAT 終端站組成[2]。中心站是網(wǎng)絡(luò)的中心，主要任務(wù)是與終端站進(jìn)行通信，同時(shí)還負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理、運(yùn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)交換。終端站可與中心站進(jìn)行業(yè)務(wù)通信，且只可以與中心站直接通聯(lián)，各終端站只之間不可以相互通聯(lián)。此VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)的終端站分為車載終端站和便攜式終端站，可實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)與中心站的互聯(lián)互通和信息資源共享。

1.1 中心站

網(wǎng)絡(luò)控制和業(yè)務(wù)通信是中心站的兩大主要職責(zé)[3]。網(wǎng)絡(luò)控制即是管理中心站和所有VSAT 終端站，并監(jiān)控它們之間的通信。主要任務(wù)包括入網(wǎng)控制、信道分配、狀態(tài)管理、業(yè)務(wù)管理及軟件升級(jí)等[4]。

本文中心站采用影像地圖的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。影像地圖（Photographic Map）即在地圖上直觀地標(biāo)記入網(wǎng)終端站的類型、狀態(tài)、位置等信息，可以任意放大縮小，點(diǎn)擊終端站圖標(biāo)可以直接進(jìn)行詳細(xì)狀態(tài)查詢、通信管理、遠(yuǎn)程控制等操作。如圖所示，影像地圖具有直觀形象、內(nèi)容豐富、表現(xiàn)力強(qiáng)的特點(diǎn)，可大大降低操作復(fù)雜性，提升管理效率。

業(yè)務(wù)通信功能是指中心站與終端站通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、上網(wǎng)、視頻會(huì)議、VoIP 語音等業(yè)務(wù)功能。中心站功能組成框圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)傳輸是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的過程，是上網(wǎng)、視頻會(huì)議、VoIP 語音等功能的基礎(chǔ)。衛(wèi)星通信鏈路固有的特點(diǎn)，如傳播延遲大、傳輸誤碼率高、傳播阻塞等對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸有一定的負(fù)面影響。為此，本文設(shè)計(jì)的VSAT 通信系統(tǒng)增加IP 加速設(shè)備，以提高TCP/IP 協(xié)議在衛(wèi)星鏈路上的性能[5]。

圖2 中心站組成框圖

上網(wǎng)是通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程瀏覽應(yīng)急管理信息網(wǎng)，進(jìn)行信息搜索、查詢的過程，并可從內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器下載文件。為了保護(hù)衛(wèi)星通信網(wǎng)安全，防止惡意攻擊，在其與應(yīng)急管理信息網(wǎng)之間增加網(wǎng)絡(luò)防火墻。

衛(wèi)星視頻會(huì)議是通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻交談的過程[6]。本文所述的某應(yīng)急管理部門通常是進(jìn)行中心站發(fā)起，多地終端站參與的視頻會(huì)議，所有參與者均可聽到其他會(huì)場的聲音，看到其他會(huì)場的影像，進(jìn)行演示文稿的展示等。衛(wèi)星通信具有傳輸不穩(wěn)定、信道帶寬受限的特點(diǎn)，因此，衛(wèi)星視頻會(huì)議需要更為高效的音視頻編碼傳輸方式。本文采用的是H.265視頻編碼（HEVC）設(shè)備，可在1.0 Mb/s 的傳輸帶寬下，實(shí)現(xiàn)1080P60（1920×1080）全高清視頻傳輸，為衛(wèi)星視頻會(huì)議提供了高效率、高質(zhì)量的音視頻傳輸方式。此設(shè)備采用數(shù)據(jù)分集、幀內(nèi)像素估計(jì)和幀間差錯(cuò)預(yù)測等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包10%的情況下，視頻流暢無卡頓。H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)可支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清視頻，可以讓衛(wèi)星視頻會(huì)議進(jìn)入“超高清時(shí)代”[7]。

VoIP 即基于IP 的語音傳輸（Voice Over IP），是對語音進(jìn)行數(shù)字編碼壓縮處理，然后通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄔ捈夹g(shù)[8]。其核心與關(guān)鍵設(shè)備是語音網(wǎng)關(guān)，將電話號(hào)碼與IP 地址進(jìn)行映射，并完成呼叫處理、數(shù)據(jù)打包、路由轉(zhuǎn)換等功能。VoIP 語音網(wǎng)關(guān)不僅可以在衛(wèi)星網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行話音通信，還可以接入程控交換機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與市話的互通。

1.2 終端站

VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)要求在國內(nèi)任意地方均可與中心站進(jìn)行通聯(lián)，因此終端站必須可以適應(yīng)各種地形，可以快速到達(dá)與開通。本文討論的終端站分為便攜終端站（以下簡稱車載站）和車載終端站（以下簡稱便攜站）。

1.2.1 車載站

車載站即是將小型化的衛(wèi)星通信設(shè)備安裝在通信車上，以充分利用車載平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性和靈活性，同時(shí)采用衛(wèi)星動(dòng)態(tài)跟蹤等技術(shù)，可保證衛(wèi)星通信的快速部署開通[9]。車載站具有會(huì)議室功能，可作為前方指揮所使用。

圖3 車載站組成框圖

如圖3所示，車載站配備控制終端、音視頻遍解碼設(shè)備、融合網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，可與中心站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、視頻會(huì)議、VoIP 話音等通信。

融合網(wǎng)關(guān)是功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)話音設(shè)備，接口豐富，不僅可以連接普通電話機(jī)，還可以接入四線話音，如短波、超短波、本地音頻等接入網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)話音轉(zhuǎn)接功能?？膳c綜合網(wǎng)關(guān)配套使用，組成VoIP 話音專網(wǎng)。

1.2.2 便攜站

衛(wèi)星便攜站是采用采用小型化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)單人攜帶使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。便攜站具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以順利達(dá)到道路不便的地方，與車載站形成有效互補(bǔ)。

便攜站同樣具有數(shù)據(jù)傳輸、視頻會(huì)議、VoIP 話音等功能。如圖4所示，移動(dòng)控制終端、便攜式音視頻業(yè)務(wù)終端等設(shè)備提供無線路由器接入便攜站衛(wèi)星信道設(shè)備。

圖4 便攜站組成框圖

便攜式音視頻業(yè)務(wù)終端采用高度集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一體化、輕量化。業(yè)務(wù)終端內(nèi)置攝像頭、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、視頻編解碼板卡，各項(xiàng)遍解碼指標(biāo)與H.265高效視頻編碼設(shè)備相當(dāng)。便攜站信道設(shè)備內(nèi)置VoIP 語音板卡，具有話音壓縮、編碼、轉(zhuǎn)換等功能，可連接二線話機(jī)使用。

2 功能應(yīng)用設(shè)計(jì)

根據(jù)上述中心站和終端站的功能配置，VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)可提供視頻會(huì)議、VoIP 語音傳輸、上網(wǎng)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

任意終端站可通過衛(wèi)星通信鏈路通過中心站訪問應(yīng)急管理信息網(wǎng)或者與中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上網(wǎng)及數(shù)據(jù)傳輸功能相對簡單，下面主要研究視頻會(huì)議和VoIP 語音通信。

圖5 視頻會(huì)議業(yè)務(wù)框圖

圖6 VoIP語音業(yè)務(wù)框圖

2.1 視頻會(huì)議

在VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)中，視頻會(huì)議通常由中心站發(fā)起，各地車載站和便攜站參與。中心站有一個(gè)音視頻業(yè)務(wù)服務(wù)器，是視頻會(huì)議業(yè)務(wù)的樞紐。音視頻業(yè)務(wù)服務(wù)器連接中心站信道設(shè)備、中心站圖像遍解碼設(shè)備、會(huì)議室會(huì)議終端等，接收遠(yuǎn)端站通過衛(wèi)星傳輸來的多路音視頻數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給圖像遍解碼設(shè)備或者會(huì)議終端，同時(shí)將圖像遍解碼設(shè)備或者會(huì)議終端的音視頻數(shù)據(jù)復(fù)制分發(fā)給遠(yuǎn)端站，實(shí)現(xiàn)音視頻的調(diào)度分發(fā)。

中心站和車載站還配有16×16的音視頻矩陣，可實(shí)現(xiàn)本地16路音視頻的相互切換，提高了視頻會(huì)議的內(nèi)容豐富度和使用靈活性。中心站和車載站均配有硬盤刻錄機(jī)，可以實(shí)時(shí)保存會(huì)議音視頻數(shù)據(jù)，作為會(huì)議記錄長久保存。

2.2 VoIP 語音通信

VoIP 話音功能在終端站與中心站之間進(jìn)行。中心站配有綜合網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)號(hào)碼規(guī)則管理，并通過E1接口連接程控，可實(shí)現(xiàn)中心站與終端站的話路互通。

車載站配有融合網(wǎng)關(guān)，通過注冊方式注冊到中心站綜合網(wǎng)關(guān)，獲得相應(yīng)號(hào)碼段，即可通過電話機(jī)與中心站實(shí)現(xiàn)VoIP 話音通信。融合網(wǎng)關(guān)具有模擬話音接口，可給本地各路模擬音頻配置相應(yīng)號(hào)碼，并接入VoIP 話音通信中。

便攜站是內(nèi)置的語音網(wǎng)關(guān)模塊，通過注冊方式注冊到中心站綜合網(wǎng)關(guān)，獲得相應(yīng)號(hào)碼，連接電話機(jī)即可與中心站進(jìn)行VoIP 話音通信。

3 結(jié)束語

本文對VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)的功能應(yīng)用做了深入的探究，通過介紹中心站、車載站、便攜站的功能組成，對地圖影響、數(shù)據(jù)傳輸、視頻會(huì)議、VoIP 語音等功能的詳細(xì)研究，給出了一套詳細(xì)的VSAT 衛(wèi)星通信網(wǎng)業(yè)務(wù)功能應(yīng)用方案。此方案內(nèi)容豐富、實(shí)用性強(qiáng)，可以滿足眾多衛(wèi)星通信網(wǎng)的應(yīng)用需求。