SKYANVSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在水電行業(yè)的應(yīng)用

呂 龍，曹 偉

（四川華能康定水電有限公司，成都 610041）

華能四川水電有限公司在四川各流域電站多處于高山峽谷地區(qū)，當(dāng)發(fā)生地震、泥石流、等自然災(zāi)害時(shí)，由于電力中斷，基站倒塌，光纜斷裂等原因，電力專網(wǎng)通信中斷，因而延誤應(yīng)對(duì)救災(zāi)、救險(xiǎn)的寶貴時(shí)間，造成人員財(cái)產(chǎn)的重大損失。2008年5月8.0級(jí)“汶川大地震”以及“4.20”蘆山地震，公眾網(wǎng)絡(luò)全面癱瘓，缺乏必要的應(yīng)急通信手段，而使災(zāi)區(qū)成為信息孤島。因此，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重災(zāi)害時(shí)，救災(zāi)指揮通信不能完全依賴于公眾通信網(wǎng)。

為了全面提高應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和突發(fā)險(xiǎn)情的能力，華能四川水電有限公司決定構(gòu)建（應(yīng)急）綜合通訊指揮調(diào)度系統(tǒng)，作為華能四川水電有限公司現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，全面提高華能四川水電有限公司全川通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，形成新的高效、科學(xué)的報(bào)災(zāi)、響應(yīng)、評(píng)估、指揮、調(diào)度體制，大幅降低災(zāi)害發(fā)生后由于缺乏快速、正確響應(yīng)、應(yīng)對(duì)造成的失控和損失擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)。

通過招標(biāo)比對(duì)，采用德國諾達(dá)公司的SkyWAN系統(tǒng)構(gòu)建華能四川水電有限公司的Ku頻段VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)各點(diǎn)之間單跳衛(wèi)星連接，在地面光纖通信網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，實(shí)現(xiàn)成都中心、流域集控中心和各電站間調(diào)度話音、調(diào)度自動(dòng)化以及視頻數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的綜合傳輸。終期規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為2個(gè)中心站，約50個(gè)遠(yuǎn)端站，配置固定站、便攜站等多種站型，滿足移動(dòng)通信的需求。SkyWAN VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)采用網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，OSPF動(dòng)態(tài)路由，地面通信傳輸通道和衛(wèi)星傳輸通道可自動(dòng)切換。業(yè)務(wù)應(yīng)用主要為IP電話、透明數(shù)據(jù)、會(huì)議電視或視頻圖像、IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)具有極高的可靠性、業(yè)務(wù)綜合性和可擴(kuò)展性。

1 華能四川水電有限公司應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 應(yīng)急指揮系統(tǒng)架構(gòu)

華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是作為應(yīng)急指揮系統(tǒng)中的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)而建設(shè)。應(yīng)急指揮系統(tǒng)的總體組網(wǎng)架構(gòu)以及應(yīng)急通信平臺(tái)的位置如圖1所示：

圖1 應(yīng)急指揮系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)急指揮系統(tǒng)由應(yīng)急指揮平臺(tái)、綜合通信平臺(tái)和應(yīng)急通信平臺(tái)組成，其中應(yīng)急通信平臺(tái)構(gòu)成了應(yīng)急任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)，主要有衛(wèi)星通信、超短波和短波通信系統(tǒng)組成。衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通訊平臺(tái)的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)局域環(huán)境或接入網(wǎng)所用的超短波電臺(tái)、短波電臺(tái)互聯(lián)構(gòu)成統(tǒng)一的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。

1.2 應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)由用戶業(yè)務(wù)中心、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（廣域承載網(wǎng)）、前沿寬帶無線網(wǎng)絡(luò)（超短波集群電臺(tái)）、和便攜移動(dòng)站等組成，組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示：

在應(yīng)急指揮通信中，利用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大的特點(diǎn)，通過固定地面站和便攜站等多種站型構(gòu)建廣域的傳輸承載網(wǎng)絡(luò)，從而能夠形成覆蓋遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域與后方指揮中心之間的傳輸平臺(tái)。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為廣域承載網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻、話音和數(shù)據(jù)傳回到后方指揮中心，構(gòu)建后方與前方間的傳輸網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急環(huán)境下的指揮、調(diào)度通信。在日常工作情況，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為備份傳輸網(wǎng)絡(luò)、第二路由以及承載部分通信業(yè)務(wù)（如工業(yè)視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議）等使用，從而增加整個(gè)通信系統(tǒng)的帶寬容量。

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了應(yīng)急通信系統(tǒng)的骨干傳輸平臺(tái)，負(fù)責(zé)將前端接入的各個(gè)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)連接在一起。在前方，利用微波無線傳輸和無線寬帶接入技術(shù)，構(gòu)建多種類型基站，包括前方指揮車載基站、單兵背負(fù)圖傳系統(tǒng)、便攜移動(dòng)基站，從而實(shí)現(xiàn)前方現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域?qū)拵Ы尤耄瑯?gòu)成無線寬帶接入平臺(tái)，支持話音、視頻和數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)的傳輸。

圖2 應(yīng)急指揮衛(wèi)星通信系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

2 華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)介紹

2.1 概述

SkyWAN是一種可工作于配備有透明轉(zhuǎn)發(fā)器的對(duì)地靜止衛(wèi)星的VSAT網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。SkyWAN能支持多種多媒體業(yè)務(wù)（話音、圖像、視頻等），并向用戶提供VSAT網(wǎng)絡(luò)所具有的各種主要優(yōu)勢(shì)，如在用戶端架設(shè)小型天線并通過直接訪問衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋等。SkyWAN系統(tǒng)支持多達(dá)1023個(gè)地面站同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)。

SkyWAN VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)（或稱為網(wǎng)絡(luò)）分別由空間段和地面段組成。空間段指的是為系統(tǒng)提供衛(wèi)星通道的對(duì)地靜止軌道通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，地面段指包含SkyWAN衛(wèi)星調(diào)解器（或稱為IDU）設(shè)備的地面站，這些地面站構(gòu)成了通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。衛(wèi)星裝載著透明轉(zhuǎn)發(fā)器，可從地面站接收信號(hào)，并經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換和功率放大后再發(fā)回地面，從而為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信節(jié)點(diǎn)（地面站）提供信號(hào)傳輸通道；而SkyWAN地面站則是向衛(wèi)星提供空間接口。

SkyWAN VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)基于分組交換技術(shù)，將實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)有機(jī)地集成在一起。提供IP接口，能夠與任何基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)融合，支持多種多媒體業(yè)務(wù)，并向用戶提供VSAT網(wǎng)絡(luò)所具有的各種主要優(yōu)勢(shì)。采用當(dāng)前最先進(jìn)的多載波跳頻TDMA（MF-TDMA）衛(wèi)星信道訪問技術(shù)，可支持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的全網(wǎng)狀連接，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信道容量的高效利用。

在SkyWAN網(wǎng)絡(luò)中，各衛(wèi)星地面站利用多載波跳頻TDMA（MF-TDMA）衛(wèi)星信道訪問技術(shù)通過衛(wèi)星進(jìn)行互聯(lián)。多載波跳頻TDMA是一種FDMA（頻分多址）和TDMA（時(shí)分多址）相高效結(jié)合的技術(shù)，是各種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄈW(wǎng)狀、星狀、混合狀）的基礎(chǔ)，支持地面站之間的單跳的衛(wèi)星連接。為充分發(fā)揮TDMA技術(shù)所固有的優(yōu)勢(shì)，SkyWAN還采用了一種靈活的信道訪問協(xié)議，以動(dòng)態(tài)按需分配為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)對(duì)可用的傳輸容量的共享。

由SkyWAN產(chǎn)品構(gòu)成的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 SkyWAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

該衛(wèi)星通信網(wǎng)能夠開展以下主要通信業(yè)務(wù)：

⊙ 話音通信：每個(gè)站均能通過衛(wèi)星單跳同時(shí)與其他所有站點(diǎn)進(jìn)行話音通信。

⊙ 高清視頻傳輸：每個(gè)站點(diǎn)均具備傳輸高清視頻的能力，其中每個(gè)機(jī)動(dòng)站點(diǎn)既能以點(diǎn)到點(diǎn)方式將現(xiàn)場(chǎng)視頻回傳給中心站或遠(yuǎn)端固定站，也能以點(diǎn)到多點(diǎn)的組播方式將現(xiàn)場(chǎng)視頻同時(shí)傳輸給多個(gè)其他站點(diǎn)。

⊙ 視頻會(huì)議：以任意站點(diǎn)為主席會(huì)場(chǎng)，召開多點(diǎn)的，以及全網(wǎng)的視頻會(huì)議。

⊙ 數(shù)據(jù)傳輸：支持電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、照片、監(jiān)控視頻等大文件進(jìn)行高速傳輸。

除以上主要業(yè)務(wù)外，還可開展以下增強(qiáng)業(yè)務(wù)：

⊙ 局域網(wǎng)互聯(lián)，在華能四川公司網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)下屬公司局域網(wǎng)連接。

⊙ 數(shù)字集群，在華能四川公司應(yīng)急平臺(tái)中，用于超短波電臺(tái)中繼互聯(lián)。

⊙ 互聯(lián)網(wǎng)接入。

2.2 華能四川水電SKYWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)組成

華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)由各流域公司的衛(wèi)星地面站通過衛(wèi)星TDMA信道互聯(lián)，成都中心站作為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理站控制所有地面站的接入和帶寬分配。各地面站SKYWAN IDU支持IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，與地面網(wǎng)絡(luò)通過路由器直接連接，配置合適IP地址規(guī)劃和路由策略，即可將華能四川公司所有局域網(wǎng)互聯(lián)，從而形成統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)。

華能四川水電的SKYWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)組成如圖4所示：

華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)主要支持四種業(yè)務(wù)，即基于VoIP的衛(wèi)星電話、工業(yè)視頻監(jiān)控、IP數(shù)據(jù)（即下屬公司間局域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和文件傳輸）、視頻會(huì)議。由圖可見，各類業(yè)務(wù)終端通過IP接口接入到衛(wèi)星IDU，只要配置適當(dāng)?shù)腎P路由策略，各類業(yè)務(wù)即可實(shí)現(xiàn)通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)互通，從而實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。VoIP網(wǎng)關(guān)同時(shí)與PSTN網(wǎng)絡(luò)連接，因此，系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星電話之間的互通，也能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星電話與公共電話網(wǎng)絡(luò)的互通。

圖4 華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)組成

2.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征

華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征如表1所示：

表1 華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征

3 華能四川水電有限公司SKYWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

3.1 先進(jìn)的MF-TDMA衛(wèi)星信道訪問技術(shù)，組網(wǎng)能力強(qiáng)

業(yè)界先進(jìn)的MF-TDMA衛(wèi)星信道訪問技術(shù)；無需其他系統(tǒng)使用出向和入向的成對(duì)兒載波，而是使用單個(gè)載波實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，節(jié)省衛(wèi)星帶寬。

信道提供主流的衛(wèi)星通信技術(shù)體制，調(diào)制方式支持QPSK、8PSK、BPSK，糾錯(cuò)采用性能優(yōu)異的Turbo編碼；載波配置調(diào)整靈活，可以根據(jù)需要隨時(shí)在不中斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況下調(diào)整調(diào)制方式和速率，而且系統(tǒng)內(nèi)不同調(diào)制和FEC方式之間的載波可以互通。支持上行功率控制，自動(dòng)補(bǔ)償雨衰以及信道變化影響。網(wǎng)絡(luò)靈活性高，組網(wǎng)能力強(qiáng)，支持全網(wǎng)狀網(wǎng)、星狀、樹狀和混合狀多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持所有用戶地面站同時(shí)開機(jī)、永遠(yuǎn)在線運(yùn)行。

永遠(yuǎn)在線這一特點(diǎn)使得華能四川水電有限公司的應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急響應(yīng)速度快，保障華能四川水電有限公司的通信網(wǎng)絡(luò)不中斷，及時(shí)決策和處理應(yīng)急任務(wù)。

3.2 多載波互通，按需動(dòng)態(tài)分配，高效使用帶寬

在SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星帶寬可全面共享，并支持自動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的、瞬時(shí)的帶寬按需分配（BOD）功能。當(dāng)某一地面站或某一端口無業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，其帶寬可立即自動(dòng)地分配給其他地面站和端口所使用，無需人工干預(yù)，從而能夠更充分高效地利用空間段資源。

在SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)載波的速率和FEC前向糾錯(cuò)編碼率可各不相同，且每載波的步進(jìn)長度為1波特連續(xù)可調(diào)。這樣，在配置遠(yuǎn)端站射頻部分時(shí)就可根據(jù)該站的業(yè)務(wù)量、地理位置、衛(wèi)星覆蓋等實(shí)際情況，配備相應(yīng)大小的天線和ODU功放。如大業(yè)務(wù)量的固定站配備大天線和高功率ODU，并使用高速載波進(jìn)行通信；而小業(yè)務(wù)量的邊遠(yuǎn)站、車載站及可搬移站等則配備小天線和低功率ODU，并使用低速載波進(jìn)行通信。從而提高地面段資源的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。SkyWAN的這一特點(diǎn)使得各種口徑的站型可以共存在同一衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)保障通信功能，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.3 支持IP協(xié)議，與地面網(wǎng)絡(luò)融合為統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)

SkyWAN衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是基于IP的通信系統(tǒng)，全面支持IP特征。IDU內(nèi)置IP功能，起到與路由器完全相同的作用，無需外加其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，全面支持IPv4的各種協(xié)議，包括OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，TCP加速，QoS、組播、VLAN、IP報(bào)頭壓縮、GRE隧道等主流IP技術(shù)，與地面網(wǎng)絡(luò)完美融合互聯(lián)。

由于多載波跳頻TDMA（MF-TDMA）技術(shù)的特點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)都可被多個(gè)遠(yuǎn)端站同時(shí)接收，SkyWAN系統(tǒng)從而能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)廣播、組播和點(diǎn)播功能。

SkyWAN系統(tǒng)的這一特征使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)和備份網(wǎng)絡(luò)與華能四川水電有限公司現(xiàn)有以電力光纖網(wǎng)絡(luò)為主的地面網(wǎng)絡(luò)很容易的互聯(lián)成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，并且將應(yīng)急超短波網(wǎng)絡(luò)接入，構(gòu)成多種手段應(yīng)急的冗余能力強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)。

SkyWAN VSAT系統(tǒng)支持優(yōu)先級(jí)功能，任何時(shí)候都能保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)優(yōu)先獲得所需帶寬。SkyWAN VSAT系統(tǒng)的基于IP和幀中繼的QoS（服務(wù)質(zhì)量）功能，可向用戶提供多達(dá)10個(gè)優(yōu)先等級(jí)。用戶可按照需要，針對(duì)不同的鏈路定義不同的優(yōu)先等級(jí)，并據(jù)此向不同的地面站和不同的業(yè)務(wù)端口分配衛(wèi)星傳輸容量和帶寬，從而保證優(yōu)質(zhì)的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

3.4 吞吐能力、處理能力強(qiáng)

吞吐能力高是十分重要的。尤其當(dāng)需要實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、高清晰視頻圖像時(shí)，很多衛(wèi)星系統(tǒng)在2MHz帶寬下不能足以支持逼真的、清晰的高質(zhì)量畫面的傳輸。而SkyWAN IDU具備單個(gè)TDMA載波高達(dá)10Mb/s的吞吐能力；IP處理能力每秒可達(dá)140，000幀。SkyWAN每個(gè)地面站能輕而易舉地支持畫質(zhì)如DVD的高清晰視頻圖像傳輸。在2MHz帶寬下，SkyWAN系統(tǒng)可支持同時(shí)4絡(luò)720p標(biāo)清或2路1080p高清圖像傳輸，大大提高衛(wèi)星系統(tǒng)視頻圖像傳輸能力。

根據(jù)實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)，圖像編碼率至少要達(dá)到1.5Mb/s才能真正滿足用戶對(duì)于高清晰視頻的要求。在華能四川水電有限公司組織的任務(wù)演練中，SkyWAN衛(wèi)星通信系統(tǒng)與科達(dá)視訊系統(tǒng)結(jié)合，使用2MHz帶寬即可支持10個(gè)站點(diǎn)的高清視頻會(huì)議，以及高清視頻圖像的單向傳輸，并同時(shí)保持話音線路通暢。SkyWAN能夠?qū)崿F(xiàn)超強(qiáng)吞吐能力，與其設(shè)備處理能力、高效算法和BOD帶寬技術(shù)密切相關(guān)。

3.5 響應(yīng)速度快

SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度非常快，支持自動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的、瞬時(shí)的帶寬按需分配功能（BOD），鏈路建立和帶寬分配時(shí)間非常短，對(duì)于基于IP和幀中繼等協(xié)議的業(yè)務(wù)可在1秒鐘之內(nèi)自動(dòng)完成，能夠向用戶提供快速的服務(wù)。

SkyWAN系統(tǒng)所具備的快速的鏈路建立和帶寬分配功能，非常適合于用戶在一些緊急情況下對(duì)于應(yīng)急應(yīng)用的需求，而這也是其他基于線路交換技術(shù)的TDMA系統(tǒng)所難以滿足的。

毋庸置疑，華能四川水電有限公司的各種實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用，如電話、會(huì)議電視、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋瑢?duì)于VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)速度有著很高要求。當(dāng)有緊急情況發(fā)生時(shí)，希望話路建立時(shí)間、會(huì)場(chǎng)畫面切換時(shí)間、數(shù)據(jù)鏈路建立時(shí)間越短越好。而SkyWAN能達(dá)到：衛(wèi)星話音信道建立時(shí)間≤1秒；會(huì)議電視的會(huì)場(chǎng)信道切換時(shí)間≤1秒；減少或取消緩慢耗時(shí)的，需用人工方式建立的PAMA數(shù)據(jù)電路，而能采用自動(dòng)的、DAMA按需分配的數(shù)據(jù)電路，以先進(jìn)的動(dòng)態(tài)BOD技術(shù)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)的數(shù)據(jù)電路建立和帶寬分配，響應(yīng)時(shí)間≤1秒；

3.6 可靠性高

任意站點(diǎn)可設(shè)置為備用主控站，作為主要主控站的異地備份。當(dāng)主要主控站發(fā)生故障而停止工作時(shí)，位于異地的備用主控站可自動(dòng)地、迅速接管網(wǎng)絡(luò)控制工作，繼續(xù)維持全網(wǎng)正常運(yùn)行，保證業(yè)務(wù)不受中斷。SkyWAN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不依賴于NMS網(wǎng)管，全網(wǎng)可脫網(wǎng)管操作。

4 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

4.1 基于SkyWAN網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議系統(tǒng)架構(gòu)

視頻會(huì)議是指中心固定站、其他遠(yuǎn)端站和便攜站之間的交互式視頻會(huì)議。基于不同的技術(shù)體制，視頻會(huì)議在衛(wèi)星系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方式也是不同的。目前，市場(chǎng)上的視頻會(huì)議技術(shù)有兩種常見體制，一是基于H.323協(xié)議的，一是基于IP組播的。

對(duì)于H.323的視頻會(huì)議，通常采用星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌枰谥鲿?huì)場(chǎng)設(shè)立MCU（多點(diǎn)控制單元）以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)會(huì)議功能。由于每個(gè)分會(huì)場(chǎng)均需通過MCU建立與主會(huì)場(chǎng)的一對(duì)對(duì)稱雙向連接，這意味著主會(huì)場(chǎng)的視頻被重復(fù)傳輸了N次（N個(gè)分會(huì)場(chǎng)）。而且，如果分會(huì)場(chǎng)只是旁聽會(huì)議，也需要建立到主會(huì)場(chǎng)的雙向連接。隨著分會(huì)場(chǎng)數(shù)目的增加，不必要的浪費(fèi)也隨之增加。

對(duì)于IP組播方式的視頻會(huì)議，既可用于星狀網(wǎng)也可用于網(wǎng)狀網(wǎng)。主會(huì)場(chǎng)的畫面通過組播方式傳輸?shù)礁鞣謺?huì)場(chǎng)，即使多個(gè)分會(huì)場(chǎng)參加會(huì)議，也只傳輸一次。而分會(huì)場(chǎng)可以工作在單收模式，即只接收來自主會(huì)場(chǎng)的音視頻信息，若需要傳輸分會(huì)場(chǎng)的音視頻信息，也是采用組播方式實(shí)現(xiàn)的。很明顯，基于組播的視頻會(huì)議更節(jié)省衛(wèi)星帶寬，效率更高。SkyWAN VSAT系統(tǒng)支持上述兩種方式的視頻會(huì)議系統(tǒng)。

基于SkyWAN VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成視頻會(huì)議系統(tǒng)由中心會(huì)議調(diào)度平臺(tái)、衛(wèi)星傳輸網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)端站、以及視頻會(huì)議終端等組成。總體組網(wǎng)架構(gòu)如圖所示：

SkyWAN VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)完全基于IP的通信網(wǎng)絡(luò)，視頻會(huì)議系統(tǒng)通過IP技術(shù)接入傳輸網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)建中心與前方或各個(gè)站點(diǎn)間的視頻會(huì)議。

圖5 SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建視頻會(huì)議系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

4.2 視頻傳輸

視頻傳輸是指從應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)到中心固定站和其他站點(diǎn)方向的高質(zhì)量實(shí)時(shí)視頻圖像傳輸。在應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，高質(zhì)量實(shí)時(shí)視頻圖像傳輸是一種高優(yōu)先級(jí)、非對(duì)稱方式的業(yè)務(wù)。而且，該業(yè)務(wù)的傳輸可能是多方向的，即需要將某一現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的視頻圖像同時(shí)傳送給多個(gè)站點(diǎn)（如中心及區(qū)域中心等）。是否能采用比較有效的方式傳輸該視頻，決定了用戶需要使用的衛(wèi)星帶寬的多少。

由于MF-TDMA VSAT系統(tǒng)系統(tǒng)支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌腎P組播功能，因此，對(duì)實(shí)時(shí)視頻圖像的傳輸可以采用IP組播方式。這樣，通過IP組播，只需傳輸一次即可將一個(gè)站點(diǎn)的視頻同時(shí)傳送到多個(gè)站點(diǎn)（用戶可定義），而無需向不同的站點(diǎn)重復(fù)傳送多次（需要接收該視頻的站點(diǎn)數(shù)越多，重復(fù)的次數(shù)越多，占用的衛(wèi)星帶寬也越多），從而使衛(wèi)星帶寬得到充分利用。

4.3 衛(wèi)星IP電話（VoIP）

應(yīng)急衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中需支持話音業(yè)務(wù)，而在VSAT網(wǎng)絡(luò)中話音業(yè)務(wù)享有很高的優(yōu)先級(jí)。圖6為話音業(yè)務(wù)的接入示意圖。網(wǎng)絡(luò)中所有站點(diǎn)均需配置VoIP電話終端設(shè)備。在中心站，還應(yīng)配置IP話音的服務(wù)器（網(wǎng)關(guān)設(shè)備），以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的IP電話接續(xù)處理功能。固定站和便攜站則只配備業(yè)務(wù)電話終端，而這些終端均基于IP方式，提供RJ-45的物理接口，以接入與衛(wèi)星地面站室內(nèi)單元相連的以太網(wǎng)中。

圖6 VoIP話音業(yè)務(wù)示意圖

對(duì)于如上IP話音業(yè)務(wù)，建議采用G.729（8kb/s）編碼方式。該編碼在提供長話質(zhì)量話音的同時(shí)，相對(duì)于其他編碼（如ADPCM）占用的衛(wèi)星帶寬較少。

針對(duì)IP話音，在SkyWAN VSAT系統(tǒng)中具有白金動(dòng)態(tài)QoS功能，以保證IP話音作為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)具有極高的優(yōu)先級(jí)，從而獲得相應(yīng)的帶寬保證，以保持最小的抖動(dòng)和穩(wěn)定的延遲，確保話音的質(zhì)量。同時(shí)，為節(jié)省寶貴的衛(wèi)星資源，SkyWAN VSAT系統(tǒng)對(duì)IP話音包還能進(jìn)行包頭壓縮，在將IP話音包發(fā)送到衛(wèi)星鏈路以前，能夠?qū)?0個(gè)字節(jié)的IP頭壓縮為1～4個(gè)字節(jié)，從而大大節(jié)省需要的衛(wèi)星帶寬。

網(wǎng)絡(luò)中所有站點(diǎn)之間（中心站與遠(yuǎn)端站之間，遠(yuǎn)端站與遠(yuǎn)端站站之間，遠(yuǎn)端站與便攜站之間，中心站與便攜站之間）均采用單跳方式進(jìn)行通信。

用戶對(duì)于電話業(yè)務(wù)的需求，如衛(wèi)星單跳連接、撥號(hào)和熱線以及接口等，SkyWAN可全面支持并滿足，并且還在以下幾個(gè)方面更優(yōu)：

話音編碼速率除可設(shè)定為32kb/s、16kb/s和8kb/s外，還能支持6kb/s以進(jìn)一步節(jié)省衛(wèi)星帶寬資源；衛(wèi)星接續(xù)時(shí)間僅為1秒鐘，更加適應(yīng)快速反應(yīng)、應(yīng)急通信要求。

4.4 IP數(shù)據(jù)

在IP網(wǎng)絡(luò)中，不論是通過FTP方式、還是HTTP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，均是基于TCP連接的。而在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星傳輸時(shí)延是無法避免的一個(gè)問題。這是由于TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的協(xié)議。它最初是針對(duì)低時(shí)延、誤碼率較高的地面網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的。由于衛(wèi)星傳輸時(shí)延的存在，即使用戶配置了較高速率的載波，TCP傳輸所具有的慢啟動(dòng)及窗口機(jī)制使得在衛(wèi)星環(huán)境中基于TCP的數(shù)據(jù)傳輸效率較低，從而無法充分利用衛(wèi)星帶寬，造成用戶投資的浪費(fèi)。為解決這一問題，在SkyWAN VSAT系統(tǒng)中配置有TCP加速功能。通過這一嵌入到IDU中的軟件模塊，可以提高TCP的傳輸效率，從而達(dá)到充分利用帶寬資源的目的。

對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中均以一跳方式實(shí)現(xiàn)傳輸，無論是便攜站與遠(yuǎn)端固定站之間，還是遠(yuǎn)端固定站和中心站之間。數(shù)據(jù)終端只需提供標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45接口，即可接入到10/100Mb/s的本地以太網(wǎng)中。該網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星地面站室內(nèi)單元之間也通過RJ-45物理接口進(jìn)行連接。

4.5 QoS業(yè)務(wù)

SkyWAN VSAT系統(tǒng)獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得其可以提供業(yè)界最好的對(duì)業(yè)務(wù)的支持。

嚴(yán)格設(shè)計(jì)的QoS機(jī)制，提供多達(dá)十余種不同的QoS優(yōu)先級(jí)別，使其完全區(qū)別于與一般的VSAT系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)際環(huán)境驗(yàn)證，該機(jī)制可以支持更多的不同業(yè)務(wù)，并為他們分別提供最好的QoS保證。

獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)備，使SkyWAN VSAT系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)IP業(yè)務(wù)和基于串行的業(yè)務(wù)提供完美的支持。

5 SkyWAN衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)OSPF協(xié)議規(guī)劃參數(shù)

5.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及OSPF協(xié)議總體規(guī)劃

華能四川水電有限公司衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)及OSPF協(xié)議總體規(guī)劃如圖7所示：

圖7 OSPF網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為承載傳輸網(wǎng)絡(luò)，由于采用的是全網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)，各個(gè)地面站之間均可單跳實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。所以從業(yè)務(wù)角度看，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)站點(diǎn)的本地網(wǎng)絡(luò)通過廣域的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，構(gòu)成了整個(gè)華能四川水電有限公司的統(tǒng)一的業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的組成部分。

對(duì)每個(gè)站點(diǎn)，建設(shè)該衛(wèi)星系統(tǒng)的基本配置包括IDU（衛(wèi)星調(diào)解器）和路由器（為說明理解便利，稱之為衛(wèi)星網(wǎng)路由器），衛(wèi)星網(wǎng)路由器作為與各站點(diǎn)地面網(wǎng)絡(luò)或業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的接口設(shè)備，將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)互連，也是與核心網(wǎng)路由器的接口路由器。

全網(wǎng)采用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，其總體規(guī)劃如下：

采用多區(qū)域的OSPF路由架構(gòu)；衛(wèi)星網(wǎng)部分作為骨干區(qū)域（Area 0），其接口界面為各站衛(wèi)星網(wǎng)路由器，即IDU劃為內(nèi)部型路由器；因?yàn)楸銛y站沒有配置額外的路由器，因此便攜站的IDU直接作為網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分的界面；每個(gè)固定地面站劃分為獨(dú)立的區(qū)域，順序編號(hào)。便攜站的本地網(wǎng)絡(luò)不連接其他自治域的網(wǎng)絡(luò)，所以便攜站設(shè)置為末梢區(qū)域。

5.2 配置方法

確定出Area0區(qū)域中的DR和BDR，要確保中心站的路由器為DR，將其優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高（例如10）；BDR可設(shè)置為其他任意地面站。其他站路由器默認(rèn)為1；而IDU可設(shè)置為0，禁止其參加選舉。

除便攜站以外的所有衛(wèi)星IDU必須配置為內(nèi)部類型路由器。

OSPF劃分區(qū)域有以下好處：減少路由表?xiàng)l目；減少LSA數(shù)量；一個(gè)區(qū)域內(nèi)的拓?fù)渥兓粫?huì)影響到其他區(qū)域。

區(qū)域Area0的網(wǎng)絡(luò)類型為廣播型Broadcast；區(qū)域Area0無加密認(rèn)證；所有區(qū)域無加密認(rèn)證；各站ABR路由器必須配置路由匯總。

便攜站1和2規(guī)劃為末梢型網(wǎng)絡(luò)（Stub Area）。便攜站的IDU必須設(shè)置為ABR型路由器；STUB區(qū)域過濾外部路由信息，并自動(dòng)添加一條默認(rèn)路由用于路由到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。

6 應(yīng)用

華能四川水電有限公司的SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)建成后，作為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，將超短波系統(tǒng)和短波系統(tǒng)等互聯(lián)，與現(xiàn)有常規(guī)地面網(wǎng)絡(luò)有效融合，構(gòu)成應(yīng)急通信系統(tǒng)，從而為華能四川公司應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)提供有效可靠的傳輸平臺(tái)。SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)提供基于IP技術(shù)的各類多媒體業(yè)務(wù)，包括VoIP衛(wèi)星電話、IP數(shù)據(jù)傳輸、各公司局域網(wǎng)間互聯(lián)互通、視頻會(huì)議、工業(yè)電視監(jiān)控，以及其他如超短波電臺(tái)間的互聯(lián)，滿足華能四川水電有限公司對(duì)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的功能和性能要求，在日常任務(wù)和應(yīng)急任務(wù)中發(fā)揮重要作用。SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)以其全面實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，從而與現(xiàn)有地面網(wǎng)絡(luò)融合構(gòu)成統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡(luò)，其OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議簡化了全網(wǎng)IP地址和路由規(guī)劃，增強(qiáng)了冗余和抗毀能力。SkyWAN VSAT網(wǎng)絡(luò)在衛(wèi)星通道上采用最先進(jìn)的MF-TDMA技術(shù)和高效的帶寬共享分配技術(shù)，使得所有地面站全天候保持在線工作狀態(tài)，采用2MHz帶寬即能實(shí)現(xiàn)高清視頻傳輸、衛(wèi)星電話、工業(yè)視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，并且可靠穩(wěn)定運(yùn)行，為應(yīng)急任務(wù)提供有效保障。

SkyWAN VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)全面提高華能四川公司應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和突發(fā)險(xiǎn)情的能力，是華能四川公司應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)重要組成部分，在應(yīng)急指揮任務(wù)中日益發(fā)揮重要作用。