淺析VSAT通信在遠程視頻監控系統中的應用

金　浩

（上海維賽特網絡系統有限公司，上海　201206）

淺析VSAT通信在遠程視頻監控系統中的應用

金浩

（上海維賽特網絡系統有限公司，上海201206）

VSAT通信用于遠程視頻監控系統具有一定的優勢，它主要使用C波段和Ku波段，既能用于固定遠程視頻監控又能用于移動遠程視頻監控，而星狀網是首選的網絡結構。

甚小口徑終端；遠程視頻監控系統；衛星通信；星狀網

1　引言

遠程視頻監控系統是基于數字視頻監控設備的遠程應用系統，該系統使用戶能夠通過IP網絡實現視頻監控及視頻的錄制。選擇一個合適的IP網絡傳輸方式是設計遠程視頻監控系統的首要問題，目前可選擇的傳輸方式主要有光纖、無線傳輸、數字專線、因特網、VSAT通信這幾種。以光纖為代表的地面傳輸方式傳輸頻帶寬通信容量大，但組建一個地域范圍大、網點眾多的遠程視頻監控系統工程量非常大，一些地理環境的障礙難以克服，地面無線傳輸也有同樣的問題而且還容易受到干擾。通過電信運營商提供的數字專線或因特網進行傳輸，包括使用3G和4G移動網絡又會有上行帶寬不夠和不能全區域覆蓋的問題，并且使用公網傳輸數據對于一些用戶而言存在安全性和保密性的限制。地面傳輸方式還容易受到重大自然災害和人為破壞的影響，甚至會因為這些原因造成整個網絡癱瘓。相對于地面傳輸方式，VSAT通信使用衛星傳輸具有一定的優勢，能夠克服地面傳輸方式的各種缺點拓展遠程視頻監控系統的應用范圍。

2　VSAT通信的優點和缺點

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星，理論上一顆同步衛星可覆蓋地球表面的1/3，在覆蓋區域內的所有地球站都能利用同一衛星進行相互通信并且通信的成本與距離無關。VSAT通信系統主要使用以中央站為中心節點的星狀網結構，所以十分利于數據的廣播和收集。VSAT通信的帶寬可以根據用戶需求靈活調整，目前最大上行帶寬從幾兆到幾十兆，完全能夠滿足遠程監控對圖像傳輸的需求。相對于地面傳輸方式，VSAT通信不易受到自然環境和人為干擾的影響，在發生重大自然災害時，衛星通信的可靠性遠大于地面通信。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，部署靈活機動。VSAT通信設備可以安裝在汽車、火車、船舶甚至是飛機上，通過使用各類動中通衛星天線，能夠在高速運動中進行通信，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、穩定性、可靠性的優勢十分明顯。綜上所述，VSAT通信非常適用于網點眾多、地域范圍分布廣、地面線路沒有保障的遠程視頻監控應用，同時在重大自然災害和突發事件的應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通信的設備采購成本較高而且資費標準也高于地面通信。其次，衛星通信要求衛星天線和通信衛星之間不能有遮擋，在高樓林立的城市和地形起伏大的山區就可能遇到天線被遮擋的情況，這會給衛星天線的安裝選址帶來一定困難，也會造成移動VSAT出現通信中斷現象。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，這會對攝像機云臺的遠程控制造成麻煩。另外，衛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量。

3　星狀網VSAT通信系統

VSAT通信系統主要使用星狀網結構，VSAT中央站是整個網絡的中心節點，視頻監控中心可以設置在VSAT中央站或者通過地面線路與中央站相連接，各前端視頻監控點通過VSAT小站與中央站的視頻監控中心進行數據傳輸。星狀網VSAT通信系統主要由同步通信衛星、VSAT中央站、VSAT小站三個部分組成，如圖1所示。

圖1　星狀網VSAT通信系統

3.1衛星頻段的選擇

目前，國內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，但Ku波段衛星通信的雨衰較大。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波段衛星波束覆蓋范圍更大，所以在前端視頻監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，這樣能夠獲得更加穩定可靠的通信質量，同時也能在更大的地域范圍內組網。Ku波段衛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，這類設備可用于應急遠程視頻監控系統和車載、船載移動遠程視頻監控系統。Ku波段VSAT通信在各類應急通信和移動通信應用中的優勢明顯，現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定性上都無法替代。

3.2VSAT中央站

VSAT中央站是星狀網VSAT通信系統的中心節點，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。中央站既是業務中心也是控制中心，所以中央站除了處理業務數據的基帶設備外，還有一個網絡控制中心（NCC）負責對全網進行監測、管理、控制和維護。大型VSAT中央站都有設備冗余備份和不間斷電源系統，其安全性和可靠性都非常高。針對遠程視頻監控系統的網點眾多、場地分散的特點，中央站建議使用DVBRCS模式且支持TCP/IP傳輸方式的星狀網寬帶VSAT通信系統，對于使用動中通天線的移動衛星通信而言，由于動中通天線口徑較小，采用以大型中央站為中心節點的星狀網DVB-RCS模式VSAT通信也是首選。現在主流的寬帶VSAT通信系統都具備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用戶的各種不同需求。VSAT通信系統的擴容性非常好，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波段和地面線路復合的、跨多個衛星運行的、固定視頻監控點和應急視頻監控點及移動視頻監控點相結合的多平臺遠程監控視頻系統，這能夠充分發揮C波段和Ku波段VSAT通信各自的優勢，從而更大地拓展遠程視頻監控系統的應用領域。

3.3VSAT小站

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

4　基于VSAT通信的遠程視頻監控解決方案

基于VSAT通信的遠程視頻監控系統可以分為三部分：前端視頻監控點、VSAT通信傳輸、視頻監控中心。

4.1前端視頻監控點

前端視頻監控點即監控的現場，通常會安裝一臺或多臺攝像機，這些攝像機既可以是模擬攝像機也可以是網絡攝像機（IPC）。如果是模擬攝像機，它們通常和DVR（數字視頻錄像機）相連接，由DVR完成視音頻編碼、錄像、錄音、云臺控制、報警控制、網絡傳輸等一系列功能。新一代的網絡攝像機自身具備網絡編碼模塊，能夠獨自完成原來需要DVR完成的各項工作。網絡攝像機既可以單獨作為遠程視頻監控系統的前端設備也可以和NVR（網絡視頻錄像機）連接，由NVR對IPC傳輸的數字視音頻碼流進行存儲和管理，組建以NVR設備為節點的分布式網絡，有效降低視頻監控中心的網絡傳輸和數據儲存壓力。

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

4.2VSAT通信傳輸

如前所述，前端視頻監控點的數據通過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控中心的各類命令發送到VSAT小站。VSAT小站的最大上行帶寬能夠達到2Mb/s以上，可以很好滿足標清和高清視音頻碼流傳輸的需求。通過使用動中通VSAT通信設備，車輛和船舶也能作為移動的視頻監控點接入遠程視頻監控系統。移動VSAT通信在數據傳輸上和普通VSAT通信沒有大的區別，移動VSAT通信在覆蓋范圍和傳輸穩定性上明顯優于地面移動通信方式。

4.3視頻監控中心

視頻監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，這樣可以減少數據傳輸的整體時延。視頻監控中心包括對前端監控點的控制設備和對前端設備傳回的視音頻及報警數據進行處理顯示和傳送的相關設備，為了達到較好的顯示效果一般會使用投影儀或組合大屏幕。

視頻監控中心可以使用監控集中管理平臺軟件對前端視頻監控設備進行集中管理，一些平臺軟件能夠對目前國內主流絕大多數廠商的視頻監控設備進行管理。基于VSAT通信的遠程視頻監控系統在管理上與使用地面通信的系統沒有區別，并且由于VSAT通信使用內網地址，相對于使用因特網傳輸的遠程視頻監控系統，在管理上更加方便和安全，傳輸帶寬也更有保障。

5　結束語

隨著視頻監控系統在我們生活中的應用日益廣泛，基于VSAT通信的遠程視頻監控系統因為其部署快速、機動靈活、覆蓋范圍大、安全性可靠性高等一系列優點，在眾多領域內能夠彌補地面通信手段的不足。VSAT通信既可以用于固定的遠程視頻監控也能用于車載船載移動遠程視頻監控，大大拓展了遠程視頻監控系統的應用范圍，為社會的安全和發展提供了有力保障。

［1］陳豪.衛星通信與數字信號處理.上海：上海交通大學出版社，2011

［2］（加）羅迪，鄭寶玉等譯.衛星通信.北京：機械工業出版社，2011

［3］郭慶，王振永，顧學邁.衛星通信系統.北京：電子工業出版社，2010

［4］王秉鈞，王少勇.衛星通信系統.北京：機械工業出版社，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文獻標示碼：A

1672-7274（2015）02-0021-04

金浩，長期從事衛星通信工作，參與多個衛星通信系統的設計和建設，現在從事多個衛星通信系統的運行維護工作并參與VSAT中央站的運行和維護工作，現就職于上海維賽特網絡系統有限公司。