VSAT 衛星通信網的業務應用探究

楊清森，楊仁慶，高曉輝

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210004）

0 引言

VSAT 衛星通信網作為應急管理信息網的延伸和擴展，通過整合通信衛星資源和自組網、短波通信、超短波等通信手段，為應急管理提供必要的通信保障。如圖1所示，VSAT 衛星通信網由一個大口徑中心站和眾多小口徑遠端站協同工作的衛星通信網[1]，接入應急管理信息網并與之互聯互通的同時，承載著中心站與終端站進行數據傳輸、視頻會議、VoIP 語音等應用的業務功能，具有天地一體、上下聯動、穩定暢通的能力。

圖1 VSAT衛星通信網

VSAT 衛星通信系統具有可靠性高、靈活性強、覆蓋面廣、成本低廉的特點，特別適合擁有較大信息量和管轄眾多偏遠分支機構的部門使用。

1 系統站型

本文研究的VSAT 衛星通信網采用星型網絡結構，主要由中心站和分布在各地的VSAT 終端站組成[2]。中心站是網絡的中心，主要任務是與終端站進行通信，同時還負責網絡管理、運行監控和數據交換。終端站可與中心站進行業務通信，且只可以與中心站直接通聯，各終端站只之間不可以相互通聯。此VSAT 衛星通信網的終端站分為車載終端站和便攜式終端站，可實現全國范圍內與中心站的互聯互通和信息資源共享。

1.1 中心站

網絡控制和業務通信是中心站的兩大主要職責[3]。網絡控制即是管理中心站和所有VSAT 終端站，并監控它們之間的通信。主要任務包括入網控制、信道分配、狀態管理、業務管理及軟件升級等[4]。

本文中心站采用影像地圖的方式進行網絡管理。影像地圖（Photographic Map）即在地圖上直觀地標記入網終端站的類型、狀態、位置等信息，可以任意放大縮小，點擊終端站圖標可以直接進行詳細狀態查詢、通信管理、遠程控制等操作。如圖所示，影像地圖具有直觀形象、內容豐富、表現力強的特點，可大大降低操作復雜性，提升管理效率。

業務通信功能是指中心站與終端站通信，進行數據傳輸、上網、視頻會議、VoIP 語音等業務功能。中心站功能組成框圖如圖2所示。

數據傳輸是依據網絡協議進行數據交換的過程，是上網、視頻會議、VoIP 語音等功能的基礎。衛星通信鏈路固有的特點，如傳播延遲大、傳輸誤碼率高、傳播阻塞等對網絡數據的傳輸有一定的負面影響。為此，本文設計的VSAT 通信系統增加IP 加速設備，以提高TCP/IP 協議在衛星鏈路上的性能[5]。

圖2 中心站組成框圖

上網是通過衛星網絡遠程瀏覽應急管理信息網，進行信息搜索、查詢的過程，并可從內網服務器下載文件。為了保護衛星通信網安全，防止惡意攻擊，在其與應急管理信息網之間增加網絡防火墻。

衛星視頻會議是通過衛星通信網絡進行實時視頻交談的過程[6]。本文所述的某應急管理部門通常是進行中心站發起，多地終端站參與的視頻會議，所有參與者均可聽到其他會場的聲音，看到其他會場的影像，進行演示文稿的展示等。衛星通信具有傳輸不穩定、信道帶寬受限的特點，因此，衛星視頻會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）設備，可在1.0 Mb/s 的傳輸帶寬下，實現1080P60（1920×1080）全高清視頻傳輸，為衛星視頻會議提供了高效率、高質量的音視頻傳輸方式。此設備采用數據分集、幀內像素估計和幀間差錯預測等技術，可實現數據丟包10%的情況下，視頻流暢無卡頓。H.265編碼標準同時可支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清視頻，可以讓衛星視頻會議進入“超高清時代”[7]。

VoIP 即基于IP 的語音傳輸（Voice Over IP），是對語音進行數字編碼壓縮處理，然后通過網絡進行傳輸的通話技術[8]。其核心與關鍵設備是語音網關，將電話號碼與IP 地址進行映射，并完成呼叫處理、數據打包、路由轉換等功能。VoIP 語音網關不僅可以在衛星網內進行話音通信，還可以接入程控交換機，進而實現與市話的互通。

1.2 終端站

VSAT 衛星通信網要求在國內任意地方均可與中心站進行通聯，因此終端站必須可以適應各種地形，可以快速到達與開通。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星通信設備安裝在通信車上，以充分利用車載平臺的機動性和靈活性，同時采用衛星動態跟蹤等技術，可保證衛星通信的快速部署開通[9]。車載站具有會議室功能，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、音視頻遍解碼設備、融合網關等設備，可與中心站之間進行數據傳輸、視頻會議、VoIP 話音等通信。

融合網關是功能強大的網絡話音設備，接口豐富，不僅可以連接普通電話機，還可以接入四線話音，如短波、超短波、本地音頻等接入網關，實現話音轉接功能?？膳c綜合網關配套使用，組成VoIP 話音專網。

1.2.2 便攜站

衛星便攜站是采用采用小型化技術，可以實現單人攜帶使用的衛星通信系統。便攜站具有重量輕、結構簡單、使用方便等優點，可以順利達到道路不便的地方，與車載站形成有效互補。

便攜站同樣具有數據傳輸、視頻會議、VoIP 話音等功能。如圖4所示，移動控制終端、便攜式音視頻業務終端等設備提供無線路由器接入便攜站衛星信道設備。

圖4 便攜站組成框圖

便攜式音視頻業務終端采用高度集成設計，實現一體化、輕量化。業務終端內置攝像頭、麥克風、揚聲器、視頻編解碼板卡，各項遍解碼指標與H.265高效視頻編碼設備相當。便攜站信道設備內置VoIP 語音板卡，具有話音壓縮、編碼、轉換等功能，可連接二線話機使用。

2 功能應用設計

根據上述中心站和終端站的功能配置，VSAT 衛星通信網可提供視頻會議、VoIP 語音傳輸、上網及數據傳輸等功能。

任意終端站可通過衛星通信鏈路通過中心站訪問應急管理信息網或者與中心站進行數據傳輸。上網及數據傳輸功能相對簡單，下面主要研究視頻會議和VoIP 語音通信。

圖5 視頻會議業務框圖

圖6 VoIP語音業務框圖

2.1 視頻會議

在VSAT 衛星通信網中，視頻會議通常由中心站發起，各地車載站和便攜站參與。中心站有一個音視頻業務服務器，是視頻會議業務的樞紐。音視頻業務服務器連接中心站信道設備、中心站圖像遍解碼設備、會議室會議終端等，接收遠端站通過衛星傳輸來的多路音視頻數據，并將其轉發給圖像遍解碼設備或者會議終端，同時將圖像遍解碼設備或者會議終端的音視頻數據復制分發給遠端站，實現音視頻的調度分發。

中心站和車載站還配有16×16的音視頻矩陣，可實現本地16路音視頻的相互切換，提高了視頻會議的內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，可以實時保存會議音視頻數據，作為會議記錄長久保存。

2.2 VoIP 語音通信

VoIP 話音功能在終端站與中心站之間進行。中心站配有綜合網關，負責VSAT 衛星通信網內號碼規則管理，并通過E1接口連接程控，可實現中心站與終端站的話路互通。

車載站配有融合網關，通過注冊方式注冊到中心站綜合網關，獲得相應號碼段，即可通過電話機與中心站實現VoIP 話音通信。融合網關具有模擬話音接口，可給本地各路模擬音頻配置相應號碼，并接入VoIP 話音通信中。

便攜站是內置的語音網關模塊，通過注冊方式注冊到中心站綜合網關，獲得相應號碼，連接電話機即可與中心站進行VoIP 話音通信。

3 結束語

本文對VSAT 衛星通信網的功能應用做了深入的探究，通過介紹中心站、車載站、便攜站的功能組成，對地圖影響、數據傳輸、視頻會議、VoIP 語音等功能的詳細研究，給出了一套詳細的VSAT 衛星通信網業務功能應用方案。此方案內容豐富、實用性強，可以滿足眾多衛星通信網的應用需求。