VSAT卫星通信多媒体视听业务组网方式

2019-11-03 18:34:10

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供稿：网友

　　通信技术发展到今天，一方面，打电话、发传真、观看电视节目已经成为人们生活中不可或缺，另一方面，它们又因为有不同的缺陷而不能满足人们之间全方位信息交流的需求。随着大规模通信网络的建设以及计算机与网络技术的突飞猛进，多媒体通信技术越来越多地进入人们的生活当中，作为一个终端，它能够综合处理语音、数据、图文，图像业务；通信过程中的用户具有完备的交互控制能力，实时性要求高；图像、声音、文字以同步方式工作，需要的信道容量较大；不同的网络环境下，通过网关可以实现互操作，要求网络兼容或可以进行协议转换。多媒体所涵盖的内容是广泛的，包括语音、图像、数据，以至于计算机的键盘，扫描仪、传真机等。但据统计，人们所获取的信息60％来自视觉，20％来自听觉，人机通信中，数据也是主要内容之一，因此，视听业务是多媒体业务的主要内容。在传输方面，超大容量的光纤/微波同步传送网为多媒体业务的应用提供了相当宽松和便利的通道，但在山区以及偏远地区，卫星通信因为覆盖面广，跨越距离大，没有地理障碍等特点而起到了其它传输方式不可替代的作用。而多媒体视听业务在卫星通信中的应用又有着与其它传送方式不同的特点，本文步此作近一步的介绍和探讨。

　　1、现行的卫星图像通信组网方式

　　VSAT系统是二十世纪90年代中期才得到广泛应和的一种卫星通信方式，它以天线口径小，射频单元集成度高，发射功率低，采用TDMA（或SCPC）调制方式，以及组网灵活，搬运与安装方便的装点，在国防军事、石油勘探、医疗卫星、金融银行、新闻广播、交通运输等行业的异地通信、异地结算以及远程医疗和教学方面都得到了广泛的应用。VSAT系统不仅可以提供稀路由话音业务和低速数据业务，而且能够提供64kb/s至512kb/s的高速数据业务和E1/T1数字中继。通过卫星传输会议电视业务，一般采用双向信道或广播信道，考虑到星上频带资源的限制和视频编码压缩技术的结果，卫星图象通信中，选择384kb/s的速率是比较适合的，它既能满足主观评价的要求，又适合于有限带宽的传输要求。当通过卫星进行Internet访问和一般对图像质量要求不高的多媒体业务时，用128kb/s或256kb/s的速率是比较经济合算的。VSAT系统传送多媒体视听业务有以下几种方式。

　　1.1点对点方式

　　通过卫星系统的网管中心预先设置（PAMA方式）一条点对点的双向电路，对应于该电路的两个卫星地面站终端的高速数据板，提供相应速率的Ｖ.35（或RS-449）接口，采用ＨＤＬＣ通信协议，连接Ｈ.320框架协议的会议电视终端。由于不能构成网络，且占用固定的带宽资源，利用率较低，因此，只能在个别行业中使用。

　　1.2点对多点方式

　　预先设置一条点对多点的广播信道，这种方式在远程教学方面得到普遍应用，如中央党校教育网，金卫远程医疗教学网，中国人民银行视像会议网。主会场终端采用ＨＤＬＣ协议，分会场采用ＨＤＬＣ/ＲＯ协议。通过网管控制，改变广播源和接收者来组成不同的传播网。接收者需要发言时，通过电话申请，网管可以为其建立一条回送通道，实现双向通信。网络虽然简单，但当某城市需要多个会场时，就必须安装多个卫星地面站，会议议程管理复杂，交互性能差。不能实现会议电视系统的许多功能。

　　1.3单个多点控制单元（ＭＣＵ）方式

　　将上述方式结合起来，引入Ｈ.320多点控制单元（ＭＣＵ），可组成较为复杂的基于ＶＳＡＴ卫星系统的会议电视网络，并通过模拟的音频和视频转换及地面会议电视网连接起来。ＭＣＵ和卫星网管中心放在一起，以便卫星电路的调度和会议议程协调一致，本地Ｈ320终端可以利用ＤＤＮ网专线（或者高速的调制解调器ＭＯＤＥＭ）连接到ＭＣＵ，远端的会议电视终端用Ｖ35（或ＲＳ449）接口，通过点对点的双向卫星信道连接到ＭＣＵ。同时以模拟的音频和视频转换方式和其本地的一个会议终端连接。地面会议电视网也可以利用Ｎ-ＩＳＤＮ交换机提供的3个ＢＲＩ信道捆绑起来，以拨号方式通过ＩＳＤＮ交换网连接到本地ＭＣＵ。对于同一地方较靠近的几个会场，还可以利用ＬＡＮ方式将多个Ｈ323桌面终端连接起来，一般地，一个Ｈ.323ＭＣＵ可以管理3个1.5Mb/s的终端，5个768kb/s的终端，9个384KB/S的终端，15个128kb/s终端。其中一个端口通过H.323/H320协议转换器连接H320终端，并以模拟方式与ＭＣＵ的一个终端相连接。这种方式，可以在与中央ＭＣＵ相连接的终端之间实现主席控制模式、语音控制模式和导演模式，中央ＭＣＵ和各个本地ＭＣＵ结合起来，从广播网内的任何一个会场，任一会场也可以申请发言。

　　这种连接方式由于采用模拟转换，一部分终端之间还不能完全数字化，语音和图像的传输质量会受到一定程度的影响，各种控制模式也不能贯穿全网，网络管理复杂，不能实现统一监控。但另一方面，由于卫星信道的一些缺点，如延时较大，信道易受干扰，多谱勒效应等，反而对各地面会议电视网的呼叫、接纳、同步等过程影响较小。这种在实际网络中已得到了应用，如不同厂家的ＭＣＵ进行互连以及采用不同编解码器（ＣＯＤＥＣ）标准的会议终端进行组网，但都需要进行音频和视频和模拟转换。

　　1.4主从ＭＣＵ级联方式

　　采用2Mb/s的信道作为ＭＣＵ之间数字中继的主从ＭＣＵ级联方式在全国的地面会议电视干线网和各省的省内会议电视网中得到了广泛的应用。但是当采用384kb/s的卫星信道作为ＭＣＵ之间的数字中继时，将不得不考虑以下几个方面的影响和问题（a）误码的影响，实际应用中，误码一般有两种形式，一种是零星的随机误码，另一种是突发性误码，表现为帧失步。进行误码测试（2Mb/s），误码为10E^-5，且无帧失步发生时，若采用会议终端和ＭＣＵ直联方式，可以正常开会；而采用ＭＣＵ级联方式，则从ＭＣＵ有闪断现象发生，甚至于失掉会场。一般认为，卫星信道的误码率为10E^-6，远大于数字微波信道的误码率10E^-7至10E^-8和光纤信道的10E^-10。（b）同步问题，在主从ＭＣＵ方式中，从ＭＣＵ必须从连接主ＭＣＵ的数字端口提取网络时钟，由于卫星终端站掉网现象时有发生以及噪声的干扰，同步时钟提取的可靠性较低，若失去同步，必将导致通信中断。（c）卫星链路延时较大，主ＭＣＵ控制来自不同时延的各个ＭＣＵ时，各种控制模式将会出现迟滞的现象。因此，采用卫星链路进行ＭＣＵ级联时，需慎重考虑。采用主从ＭＣＵ级联方式组网时，带来的好处是可以避免卫星网管的频繁切换，而一般ＭＡＰ图（卫星电路计划表）的更迭一般需要几分钟至十几分钟，这一时间在会议中间是不允许的。

　　假设采用以上四种方式构造一个会议电视网，条件是有6个地区，每个地区有8个会场，地区内有ＤＤＮ专线、以太网或ＩＳＤＮ交换网络。星上采用ＳＣＰＣ方式，要求每个地区至少有一个会场采用双向通信方式。其他会场可以单收。以上四种方式的功能、载波数、ＭＣＵ数。

　　2.利用卫星链路进行网络互联

　　利用卫星通信可以跨越大地理范围与数千公里以外的Internet骨干网或大型数据库服务器相连，组成以卫星信道为数字中继的广域网（ＷＡＮ）。石油卫星数据网就是通过ＶＳＡＴ卫星系统网管中心定义一条双向数据信道，卫星链路的一端通过地面站对应的数据板Ｖ35接口和本地网（ＬＡＮ）的路由器相连。另一端接入网络服务器，或接入ＤＤＮ网交叉连接器（ＤＸＣ），进行分接或复接，通过光纤或数字微波传输系统，连接到中心网络。

　　用户访问服务器和连接Internet，一般有两种方式：通过局域网经路由器接入或通过电话线拨号直接访问服务器连接，拨号方式最高速率可达到56kb/s。这样，从用户到本地Internet网关建立一条ＰＰＰ/ＳＬＩＰ（ＬＡＮ上采用ＴＣＰ/ＩＰ）连接，可以实现远程登录、ＦＴＰ访问、ＷＷＷ浏览、发送和接收E-mail，进行数据、报文、网页和活动图像等多媒体业务的传送。由于网络中的时延大于卫星链路的时延，对于时效性要求不严格的业务，用户将感觉不到卫星链路的影响。但一些实时性业务，如ip Phone、ＶＯＤ和会议电视等将受到限制。

　　3.新型的IP和多媒体ＶＳＡＴ卫星通信网

　　ＤＡＭＡ（按需分配多址）是卫星通信中提高频带资源利用率的一种非常有效的电路分配技术，采用ＤＡＭＡ方式，可以实现频带共享，当某一个用户需要和另一用户通信时，网管系统分配给它一对载波（ＳＣＰＣ方式）或一对时隙（ＴＤＭＡ方式），当通话结束时，系统将自动释放这一段频带资源，供后续接入的用户占用。由于卫星通信所覆盖的区域是跨多时区的，不同时区的用户通信高峰期一般会错开一个时间段，分析石油卫星通信网中采用ＤＡＭＡ方式的话务量数据时发现，东部地区要比西部地区的话务量高峰期早1-2小时。同样，现在的计算机网络中采用的ＴＣＰ/ＩＰ技术，它的一个主要特点也是为了提高传输频带的利用率，但由于各ＩＰ包在传输时时延长短不同，且面向无连接，因而它在实时性要求很高的话音和图像通信中，受到一定的限制，但随着编码技术的进步和终端处理速度的提高，它将成为下一代通信系统中的基本技术。并且，ＩＰ方式也可以像卫星通信一样有广播方式。如果能够将电路分配的ＤＡＭＡ技术和网络中的ＩＰ技术结合起来，用于新一代的卫星通信系统中，必将给ＩＰ和多媒体技术在卫星通信中的应用开辟一个新天地。

　　以数据和图像为主的多媒体双向传输业务也有不同于话音传输的特点，话音通信的双方是对等的，因此话音通道是均衡的。然而，多媒体通信大多数是用户对信息资源的数据库访问，用户发出的是访问请求、本端状态、设备准备等简短的握手信息。相反，网络向用户除了广播路由表，发送握手信号，还要回传用户查询的大量数据。一般认为，用户到路由器的上行数据流与路由器到用户的下行数据流比例为1：10至40，据此，在卫星信道中采用了速率不对称的信道。为了支持ＩＰ上的Ｈ.323视频会议，还需建立卫星网的广播信道，但不同于以往的广播方式，它将以384kb/s的速率，广播经过压缩的音频视频数据，同时按会场数量提供一定比例的16kb/s-64kb/s返回数据信道，供各会议终端向主会场回传音频和低速帧图像，以及请求和确认信号。

　　为了实现ＤＡＭＡ和ＩＰ的结合，在物理设备上，需将一个ＩＰ路由设备集成到卫星通信用户终人，在用户端给出一个以太网接口，每个终端的ＩＰ地址通过ＡＲＰ进行地址解析，转换为用户终端设备内的ＭＡＣ地址，最终映射到ＤＡＭＡ链路。路由设备只在ＩＰ层处理地址信息，它支持基于ＩＰ的连接，如ＴＣＰ/ＩＰ，ＵＤＰ/ＩＰ等。其中ＴＣＰ/ＩＰ是用来提供可靠传输服务的协议，它有以下五个物征：面向数据流；虚电路连接；有缓存的传送；无结构的数据流；全双工连接。该协议之所以能够提供可靠的服务是由于它肱用“带重传的肯定确认（positive acknowledge with retransmission）”技术。一般在卫星信道延时较大的条件下，若存在过多的握手协议，必将影响业务的传送质量和效果。因而ＩＰ技术在这方面提供了两个重要协议：ＲＴＰ（实时传输协议）和ＲＳＶＰ（资源预留协议），用来解决实时业务在ＩＰ上传输和业务占用网络资源的问题。

　　基于ＩＰ路由算法ＲＩＰ或ＯＳＰＦ移值到卫星网络中使用时会出现一些问题，最好采用卫星网管中心静态分配路由的方式。由于要管理每个地面终端的以太网，卫星的网管系统最好采用分布式结构，以减少维护数据给网络增加的负担。在实际应用中，对于ＩＰ的网络拥塞和流量控制，响应时间，最大传输单元（ＭＴＵ）等参数都要做适当调整，以适应卫星链路的需要。

摘自《卫星通信广播电视》2001.9月总第32期

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