淺析VSAT通信在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

金　浩

（上海維賽特網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有限公司，上海　201206）

淺析VSAT通信在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

金浩

（上海維賽特網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有限公司，上海201206）

VSAT通信用于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，它主要使用C波段和Ku波段，既能用于固定遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控又能用于移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，而星狀網(wǎng)是首選的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

甚小口徑終端；遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)；衛(wèi)星通信；星狀網(wǎng)

1　引言

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備的遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用戶能夠通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)視頻監(jiān)控及視頻的錄制。選擇一個合適的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸方式是設(shè)計遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的首要問題，目前可選擇的傳輸方式主要有光纖、無線傳輸、數(shù)字專線、因特網(wǎng)、VSAT通信這幾種。以光纖為代表的地面?zhèn)鬏敺绞絺鬏旑l帶寬通信容量大，但組建一個地域范圍大、網(wǎng)點眾多的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程量非常大，一些地理環(huán)境的障礙難以克服，地面無線傳輸也有同樣的問題而且還容易受到干擾。通過電信運(yùn)營商提供的數(shù)字專線或因特網(wǎng)進(jìn)行傳輸，包括使用3G和4G移動網(wǎng)絡(luò)又會有上行帶寬不夠和不能全區(qū)域覆蓋的問題，并且使用公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)對于一些用戶而言存在安全性和保密性的限制。地面?zhèn)鬏敺绞竭€容易受到重大自然災(zāi)害和人為破壞的影響，甚至?xí)驗檫@些原因造成整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。相對于地面?zhèn)鬏敺绞剑琕SAT通信使用衛(wèi)星傳輸具有一定的優(yōu)勢，能夠克服地面?zhèn)鬏敺绞降母鞣N缺點拓展遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

2　VSAT通信的優(yōu)點和缺點

VSAT通信一般使用赤道上空35，800千米地球同步軌道的地球同步通信衛(wèi)星，理論上一顆同步衛(wèi)星可覆蓋地球表面的1/3，在覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有地球站都能利用同一衛(wèi)星進(jìn)行相互通信并且通信的成本與距離無關(guān)。VSAT通信系統(tǒng)主要使用以中央站為中心節(jié)點的星狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所以十分利于數(shù)據(jù)的廣播和收集。VSAT通信的帶寬可以根據(jù)用戶需求靈活調(diào)整，目前最大上行帶寬從幾兆到幾十兆，完全能夠滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控對圖像傳輸?shù)男枨蟆Ｏ鄬τ诘孛鎮(zhèn)鬏敺绞剑琕SAT通信不易受到自然環(huán)境和人為干擾的影響，在發(fā)生重大自然災(zāi)害時，衛(wèi)星通信的可靠性遠(yuǎn)大于地面通信。VSAT小站的天線口徑較小，一般使用0.3米～2.4米的天線，安裝速度快，部署靈活機(jī)動。VSAT通信設(shè)備可以安裝在汽車、火車、船舶甚至是飛機(jī)上，通過使用各類動中通衛(wèi)星天線，能夠在高速運(yùn)動中進(jìn)行通信，移動VSAT通信同目前的地面移動通信手段相比較，其覆蓋范圍、穩(wěn)定性、可靠性的優(yōu)勢十分明顯。綜上所述，VSAT通信非常適用于網(wǎng)點眾多、地域范圍分布廣、地面線路沒有保障的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控應(yīng)用，同時在重大自然災(zāi)害和突發(fā)事件的應(yīng)急性需求和各類交通工具的移動通信需求中，VSAT通信也是一種非常適用的通信手段。

VSAT通信也存在一些缺點。首先，VSAT通信的設(shè)備采購成本較高而且資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)也高于地面通信。其次，衛(wèi)星通信要求衛(wèi)星天線和通信衛(wèi)星之間不能有遮擋，在高樓林立的城市和地形起伏大的山區(qū)就可能遇到天線被遮擋的情況，這會給衛(wèi)星天線的安裝選址帶來一定困難，也會造成移動VSAT出現(xiàn)通信中斷現(xiàn)象。此外，VSAT通信時延較大，一般它的雙跳時延（從中央站到VSAT小站再回中央站）要超過0.54秒，這會對攝像機(jī)云臺的遠(yuǎn)程控制造成麻煩。另外，衛(wèi)星通信還存在日凌中斷和雨衰的問題，特別是Ku波段雨衰較大會被雨雪天氣影響通信質(zhì)量。

3　星狀網(wǎng)VSAT通信系統(tǒng)

VSAT通信系統(tǒng)主要使用星狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，VSAT中央站是整個網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，視頻監(jiān)控中心可以設(shè)置在VSAT中央站或者通過地面線路與中央站相連接，各前端視頻監(jiān)控點通過VSAT小站與中央站的視頻監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。星狀網(wǎng)VSAT通信系統(tǒng)主要由同步通信衛(wèi)星、VSAT中央站、VSAT小站三個部分組成，如圖1所示。

圖1　星狀網(wǎng)VSAT通信系統(tǒng)

3.1衛(wèi)星頻段的選擇

目前，國內(nèi)VSAT通信以C波段和Ku波段為主，Ku波段VSAT小站天線口徑相對較小，一般可以在1.2米以內(nèi)，但Ku波段衛(wèi)星通信的雨衰較大。C波段使用的天線要在1.8米以上，可是C波段雨衰很小（一般小于2dB），并且C波段衛(wèi)星波束覆蓋范圍更大，所以在前端視頻監(jiān)控點固定而且場地條件允許的情況下，建議使用C波段的VSAT通信系統(tǒng)，這樣能夠獲得更加穩(wěn)定可靠的通信質(zhì)量，同時也能在更大的地域范圍內(nèi)組網(wǎng)。Ku波段衛(wèi)星天線口徑小便于攜帶，目前的便攜式天線、車載靜中通和動中通天線、船用動中通天線大多使用Ku波段，這類設(shè)備可用于應(yīng)急遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和車載、船載移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。Ku波段VSAT通信在各類應(yīng)急通信和移動通信應(yīng)用中的優(yōu)勢明顯，現(xiàn)有的地面移動通信手段無論在覆蓋范圍上還是在可靠性與穩(wěn)定性上都無法替代。

3.2VSAT中央站

VSAT中央站是星狀網(wǎng)VSAT通信系統(tǒng)的中心節(jié)點，一般使用大口徑天線（Ku波段4.5米以上，C波段7米以上），射頻部分主要包括高功率放大器、低噪聲放大器、上下變頻器等。中央站既是業(yè)務(wù)中心也是控制中心，所以中央站除了處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的基帶設(shè)備外，還有一個網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC）負(fù)責(zé)對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測、管理、控制和維護(hù)。大型VSAT中央站都有設(shè)備冗余備份和不間斷電源系統(tǒng)，其安全性和可靠性都非常高。針對遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)點眾多、場地分散的特點，中央站建議使用DVBRCS模式且支持TCP/IP傳輸方式的星狀網(wǎng)寬帶VSAT通信系統(tǒng)，對于使用動中通天線的移動衛(wèi)星通信而言，由于動中通天線口徑較小，采用以大型中央站為中心節(jié)點的星狀網(wǎng)DVB-RCS模式VSAT通信也是首選。現(xiàn)在主流的寬帶VSAT通信系統(tǒng)都具備TCP加速功能和完善的IP路由功能，能夠即時按需分配帶寬以適應(yīng)用戶的各種不同需求。VSAT通信系統(tǒng)的擴(kuò)容性非常好，一個VSAT中央站可以支持幾千個以上的小站。如果VSAT中央站同時擁有C波段、Ku波段多套VSAT通信系統(tǒng)和良好的地面線路資源，用戶還可以組建一個C波段、Ku波段和地面線路復(fù)合的、跨多個衛(wèi)星運(yùn)行的、固定視頻監(jiān)控點和應(yīng)急視頻監(jiān)控點及移動視頻監(jiān)控點相結(jié)合的多平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控視頻系統(tǒng)，這能夠充分發(fā)揮C波段和Ku波段VSAT通信各自的優(yōu)勢，從而更大地拓展遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

3.3VSAT小站

VSAT小站由衛(wèi)星天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成，智能化程度高可實現(xiàn)無人操作。VSAT小站的衛(wèi)星天線口徑一般在2.4米以內(nèi)，只需簡單的安裝工具和一般地基即可安裝。室外單元安裝在衛(wèi)星天線上，室內(nèi)單元和室外單元之間通過同軸電纜連接，室內(nèi)單元提供以太網(wǎng)接口，視頻監(jiān)控設(shè)備與它的連接和設(shè)置都十分方便。便攜式、車載、船載VSAT小站大多使用Ku波段，其中使用動中通天線的VSAT小站能夠在高速運(yùn)動中實時跟蹤同步衛(wèi)星，不間斷地和中央站保持通信，視頻監(jiān)控設(shè)備與它們相結(jié)合就能在搶險救災(zāi)、新聞采訪、軍事和公共安全等許多領(lǐng)域起到其他通信手段不可替代的作用。

4　基于VSAT通信的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控解決方案

基于VSAT通信的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以分為三部分：前端視頻監(jiān)控點、VSAT通信傳輸、視頻監(jiān)控中心。

4.1前端視頻監(jiān)控點

前端視頻監(jiān)控點即監(jiān)控的現(xiàn)場，通常會安裝一臺或多臺攝像機(jī)，這些攝像機(jī)既可以是模擬攝像機(jī)也可以是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IPC）。如果是模擬攝像機(jī)，它們通常和DVR（數(shù)字視頻錄像機(jī)）相連接，由DVR完成視音頻編碼、錄像、錄音、云臺控制、報警控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纫幌盗泄δ堋Ｐ乱淮木W(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)自身具備網(wǎng)絡(luò)編碼模塊，能夠獨(dú)自完成原來需要DVR完成的各項工作。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)既可以單獨(dú)作為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備也可以和NVR（網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)）連接，由NVR對IPC傳輸?shù)臄?shù)字視音頻碼流進(jìn)行存儲和管理，組建以NVR設(shè)備為節(jié)點的分布式網(wǎng)絡(luò)，有效降低視頻監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)傳輸和數(shù)據(jù)儲存壓力。

前端視頻監(jiān)控點通過VSAT小站與視頻監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，VSAT小站的室內(nèi)單元和視頻監(jiān)控設(shè)備（DVR，NVR，IPC等）使用以太網(wǎng)連接，視頻監(jiān)控設(shè)備只需將室內(nèi)單元的IP地址設(shè)為網(wǎng)關(guān)，視頻監(jiān)控中心就能對它們進(jìn)行直接訪問。目前的DVR，NVR，IPC都能支持雙碼流設(shè)置，用戶可以根據(jù)需要靈活選擇碼流格式，平時使用低碼率的碼流傳輸監(jiān)控視頻圖像，而高碼率的碼流用于前端視頻監(jiān)控點的本地存儲，在有特別需要時才使用高碼率的碼流傳輸高清監(jiān)控視頻圖像，這樣能夠降低傳輸帶寬減少衛(wèi)星通信的使用成本。針對衛(wèi)星通信時延較大的問題，前端監(jiān)控點的云臺攝像機(jī)可以用設(shè)置預(yù)置位或預(yù)置掃描路徑的方法來減少衛(wèi)星傳輸時延對云臺遠(yuǎn)程控制的影響。

4.2VSAT通信傳輸

如前所述，前端視頻監(jiān)控點的數(shù)據(jù)通過VSAT小站上行鏈路傳輸至VSAT中央站，VSAT中央站則通過下行鏈路將視頻監(jiān)控中心的各類命令發(fā)送到VSAT小站。VSAT小站的最大上行帶寬能夠達(dá)到2Mb/s以上，可以很好滿足標(biāo)清和高清視音頻碼流傳輸?shù)男枨蟆Ｍㄟ^使用動中通VSAT通信設(shè)備，車輛和船舶也能作為移動的視頻監(jiān)控點接入遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。移動VSAT通信在數(shù)據(jù)傳輸上和普通VSAT通信沒有大的區(qū)別，移動VSAT通信在覆蓋范圍和傳輸穩(wěn)定性上明顯優(yōu)于地面移動通信方式。

4.3視頻監(jiān)控中心

視頻監(jiān)控中心通常就放置在VSAT中央站或使用地面線路與中央站相連接，這樣可以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w時延。視頻監(jiān)控中心包括對前端監(jiān)控點的控制設(shè)備和對前端設(shè)備傳回的視音頻及報警數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示和傳送的相關(guān)設(shè)備，為了達(dá)到較好的顯示效果一般會使用投影儀或組合大屏幕。

視頻監(jiān)控中心可以使用監(jiān)控集中管理平臺軟件對前端視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行集中管理，一些平臺軟件能夠?qū)δ壳皣鴥?nèi)主流絕大多數(shù)廠商的視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行管理。基于VSAT通信的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)在管理上與使用地面通信的系統(tǒng)沒有區(qū)別，并且由于VSAT通信使用內(nèi)網(wǎng)地址，相對于使用因特網(wǎng)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在管理上更加方便和安全，傳輸帶寬也更有保障。

5　結(jié)束語

隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)在我們生活中的應(yīng)用日益廣泛，基于VSAT通信的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)因為其部署快速、機(jī)動靈活、覆蓋范圍大、安全性可靠性高等一系列優(yōu)點，在眾多領(lǐng)域內(nèi)能夠彌補(bǔ)地面通信手段的不足。VSAT通信既可以用于固定的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控也能用于車載船載移動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，大大拓展了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，為社會的安全和發(fā)展提供了有力保障。

［1］陳豪.衛(wèi)星通信與數(shù)字信號處理.上海：上海交通大學(xué)出版社，2011

［2］（加）羅迪，鄭寶玉等譯.衛(wèi)星通信.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011

［3］郭慶，王振永，顧學(xué)邁.衛(wèi)星通信系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2010

［4］王秉鈞，王少勇.衛(wèi)星通信系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

The Discussing for the Applications of VSAT Communication on Remote Video Monitoring System

Jin Hao
（Shanghai VSAT Network Systems Co.，LTD.， Shanghai， 201206）

As a way of using satellite transmission， VSAT communication for remote video monitoring system has certain advantages. VSAT communication mainly use C band and Ku band， VSAT communication can be used for both fxed remote video monitor can also be used to move the remote video monitor， Star network is the preferred network structure.

VSAT； Remote video monitoring system； Satellite communication； Star network

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.02.005

TN927+.2文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2015）02-0021-04

金浩，長期從事衛(wèi)星通信工作，參與多個衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)，現(xiàn)在從事多個衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作并參與VSAT中央站的運(yùn)行和維護(hù)工作，現(xiàn)就職于上海維賽特網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有限公司。