走向寬帶化的VSAT衛星通信
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寬帶化推動(dòng)新業(yè)務(wù)的發(fā)展
VSAT衛星通信系統正從單一窄帶業(yè)務(wù)的衛星通信網(wǎng)，向一個(gè)融合電信、廣播、計算機的寬帶衛星網(wǎng)絡(luò )發(fā)展，將成為未來(lái)電信系統的重要組成部分。依賴(lài)地面超大容量光纖網(wǎng)以及空間寬帶衛星網(wǎng)，用戶(hù)設備可以方便地直接接入全國或全球寬帶網(wǎng)絡(luò )。
VSAT用戶(hù)利用架設在辦公室或住宅的VSAT設備，可方便地接入衛星通信網(wǎng)。用戶(hù)還可按照業(yè)務(wù)的需要來(lái)自適應地使用衛星網(wǎng)絡(luò )的資源，并構造它與衛星網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構（一跳或兩跳）。用戶(hù)設備是一個(gè)小口徑的天線(xiàn)（0.6米以下），一個(gè)附在天線(xiàn)上的筆記本式室外單元和一個(gè)筆記本式的室內單元。用戶(hù)的辦公和生產(chǎn)設施可以像接在地面設備一樣地接在VSAT設備上。
VSAT衛星通信系統提供的業(yè)務(wù)包括電信業(yè)務(wù)、計算機互聯(lián)業(yè)務(wù)，以及數據、音頻、視頻等廣播業(yè)務(wù)。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的寬帶化，VSAT衛星通信在提供傳統的話(huà)音、數據等交互業(yè)務(wù)的同時(shí)，發(fā)展了遠程教育、遠程醫療、電視會(huì )議等。隨著(zhù)廣播業(yè)務(wù)的發(fā)展，利用衛星通信的廣域覆蓋特性和寬帶衛星廣播技術(shù)，還可實(shí)現新聞和數據分發(fā)、廣播、數據音頻視頻廣播到戶(hù)、衛星尋呼、Web廣播、視頻點(diǎn)播、IP數據音頻和視頻廣播等。寬帶衛星數據傳輸和為計算機互連網(wǎng)的一部分，提供了方便的文件軟件下載和Internet接入、企業(yè)的Internet互連、ISP骨干業(yè)務(wù)、電子郵件、電子商務(wù)和金融證券等。
寬帶化VSAT通信系統
衛星網(wǎng)絡(luò )的寬帶化趨勢體現在超大容量的衛星和星卒系統的發(fā)展上。超大容量的衛星和星座系統不斷擴展新的寬帶工作頻段，在使用傳統衛星通信L、C和Ku波段的基礎上，大大推動(dòng)了更寬帶寬的Ka波段的采用。大容量衛星和星座系統還促進(jìn)了一系列新技術(shù)的發(fā)展：軌道調整的發(fā)動(dòng)機技術(shù)、高效太陽(yáng)能電池和蓄電池技術(shù)、星上轉發(fā)器數量的增加、超大口徑的衛星天線(xiàn)和多波束天線(xiàn)、大發(fā)射功率的衛星轉發(fā)器、衛星轉發(fā)器頻帶資源的按需帶寬分配、星上再生和交換處理及衛星之間的通信鏈路，適應了衛星寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。超大容量衛星支持多種寬帶衛星直播業(yè)務(wù)和便攜式手持式衛星終端的使用。大容量衛星和星座系統帶可進(jìn)一步支持寬帶互連網(wǎng)和移動(dòng)衛星通信，如Teledesic：使用288顆低軌衛星，2Mbit/s上行鏈路和64Mbit/s下載鏈路（美國微軟）；Spaceway：使用9顆高軌衛星和63顆低軌衛星（Motorola公司）；Skybridge：使用80顆低軌衛星（勞拉公司）。
目前，VSAT地球站是經(jīng)過(guò)一個(gè)主站接入寬帶網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現相應的通信、廣播、計算機互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的。衛星地球主站通過(guò)衛星網(wǎng)關(guān)、編碼器、條件接收發(fā)送設備、DVB/IP復接器、調制器、變頻器發(fā)送設備、接收設備、變頻器、變頻器、解調器等與衛星鏈路相接。衛星地球主站通過(guò)地面網(wǎng)關(guān)與地面寬帶網(wǎng)絡(luò )相連。衛星地球主站的網(wǎng)絡(luò )管理、業(yè)務(wù)服務(wù)器等設備連成一個(gè)局域網(wǎng)。隨著(zhù)大容量衛星和衛星星座系統的發(fā)展，VSAT衛星通信網(wǎng)主站的功能將由大容量衛星或星座系統的星上系統的處理功能來(lái)實(shí)現。
VSAT設備實(shí)現了智能化，而且簡(jiǎn)單可靠。它成本低，地面接口靈活，有GPS全球定位功能，可變數據速率和傳輸帶寬，可以不同的拓撲方式和多址方式接入衛星通信網(wǎng)。所以，它可以呈星狀網(wǎng)結構進(jìn)行數據音頻視頻廣播接收、文件軟件下載、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、遠程登錄和文件傳輸以及網(wǎng)絡(luò )管理等業(yè)務(wù)，也可以呈網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行話(huà)音數據傳輸，舉行各種會(huì )議。VSAT技術(shù)的進(jìn)步表現在：新工作頻段的采用、集成電路技術(shù)的進(jìn)展、通信規程的標準化和全球化、設備互操作性的改善等。
VSAT通信的寬帶廣播和寬帶多址接入
VSAT站的衛星鏈路有主站到VSAT站的出主站鏈路，有VSAT站到主站的入主站鏈路。隨著(zhù)業(yè)務(wù)從窄帶向寬帶發(fā)展，出主站鏈路數據速率不斷提高，從幾Mbit/s到幾十Mbit/s；入主站鏈路的數據速率也不斷提高，從幾Kbit/s發(fā)展到幾百Kbit/s，甚至幾Mbit/s。
出主站鏈路多采用單載波TDM方式，有基于廣播信號的DVB數據格式，有基于互連網(wǎng)的IP數據格式。VSAT衛星通信的寬帶廣播，可以廣播數據音頻視頻、也可以實(shí)現文件數據的下載。
入主站鏈路有多種衛星多址接入方式：FDMA、CDMA、TDMA、MF/CDMA。也有利用地面Internet鏈路代替入主站鏈路的，稱(chēng)為外交互方式，而把采用入主站鏈路稱(chēng)為內交互方式。傳統的衛星通信多址接入方式是時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）。它們是把衛星轉發(fā)器的資源，按時(shí)間分成時(shí)隙、按頻率分成頻道、或者按正交的編碼波形分成碼道，由各個(gè)地球站按照固定分配方式、隨機競爭方式、或者動(dòng)態(tài)分配的方式來(lái)使用。所謂動(dòng)態(tài)競爭方式，轉發(fā)器資源由主站來(lái)管理，用戶(hù)站接入時(shí)，先使用固定分配方式或隨機競爭方式來(lái)申請，主站分配給用戶(hù)地球站使用，使用完了歸還給主站。
隨著(zhù)大容量VSAT衛星通信網(wǎng)絡(luò )以及寬帶接入業(yè)務(wù)的發(fā)展，主站接入設備的容量日益增大，用戶(hù)地球六也需要使用高速的寬帶接入，需要主站接入信道的可變速率范圍擴大。時(shí)分多址方式要求用戶(hù)站的接入時(shí)隙寬度變化范圍增大，頻分多址方式要求用戶(hù)站發(fā)送信號帶寬可變或使用并行的多載波傳輸，碼分多址方式要求用戶(hù)站發(fā)送信號的擴展頻譜增益可變或者使用多碼道并行傳輸。組合的多址接入方式，可以方便地實(shí)現寬帶多址接入：例如多載波（多頻率）時(shí)分多址，多載波碼分多址等。目前技術(shù)成熟的是多頻率時(shí)分多址。
多頻率時(shí)分多址設置有多個(gè)頻段（多個(gè)載波），每個(gè)頻率又劃分成時(shí)間幀和時(shí)隙。各個(gè)用戶(hù)地球站可以使用特定的頻率和特定的時(shí)隙進(jìn)行接入申請，根據申請的業(yè)務(wù)，得到相應的頻率和時(shí)隙。對于寬琮業(yè)務(wù)申請，用戶(hù)可以再在一個(gè)頻率上，用一個(gè)時(shí)隙或多個(gè)時(shí)隙進(jìn)行接入業(yè)務(wù)傳輸；也可以在幾個(gè)頻率上，用多個(gè)時(shí)隙進(jìn)行接入業(yè)務(wù)傳輸。根據系統接入的特點(diǎn)，系統在接入信道上設置了不同的時(shí)隙：用戶(hù)接入申請的時(shí)隙，用戶(hù)業(yè)務(wù)傳輸的業(yè)務(wù)時(shí)隙，校正用戶(hù)地球站發(fā)送時(shí)間和頻率的粗同步時(shí)隙，以及校正發(fā)送時(shí)間和頻率的精同步時(shí)隙。
寬帶VSAT衛星通信系統的前向鏈路和反向鏈路往往是不對稱(chēng)的，前向鏈路和反向鏈路的轉發(fā)器資源的配置要和業(yè)務(wù)的特性相匹配。寬帶VSAT衛星通信系統需要設計和配置接入信道的資源、多載波數目，以及相應的幀結構，以適應給定接入突發(fā)特性、接入業(yè)務(wù)量條件下的接入時(shí)延和接入成功率的要求。寬帶VSAT衛星通信系統往往有多種業(yè)務(wù)同時(shí)工作，系統的配置和設計只能適應總體的要求，為了適應各種業(yè)務(wù)的具體要求，還應該對不同業(yè)務(wù)設置各自的優(yōu)先級，調整整個(gè)系統對不同業(yè)務(wù)的適應性。
VSAT通信網(wǎng)的通信規程協(xié)議
VSAT衛星通信網(wǎng)最初是作為透明信道使用的，它只提供固定的連接，傳輸單一的業(yè)務(wù)。這時(shí)針對不同的衛星信道，設備必須配置不同的通信軟件。由于衛星通信必須支持網(wǎng)絡(luò )管理和多址接入的控制，衛星通信業(yè)務(wù)的綜合化必須傳輸多種業(yè)務(wù)，例如電信、計算機數據、以及數據音頻視頻廣播，VSAT衛星通信網(wǎng)必須支持通信規程協(xié)議。
衛星通信規程要考慮傳輸的業(yè)務(wù)以及相應的規程協(xié)議。例如音頻視頻廣播的數據結構和規程協(xié)議、計算機互聯(lián)網(wǎng)通信的TCP/IP協(xié)議，以及電信通信的信令。隨著(zhù)寬帶VSAT通信的發(fā)展，通信規程要支持交互通信，特別是寬帶交互通信業(yè)務(wù)。衛星通信規程要考慮網(wǎng)絡(luò )管理的規程協(xié)議，例如常用的SNMP（Simple Network Management Protocol），而SNMP是建立在UDP/IP提供服務(wù)的基礎上的。衛星通信規程要考慮用戶(hù)站接入時(shí)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制，以及衛星鏈路差錯控制對通信規程的影響。
TCP/IP支持計算機互聯(lián)網(wǎng)通信，支持網(wǎng)絡(luò )管理SNMP，也可以支持數據音頻視頻廣播，在衛星網(wǎng)絡(luò )使用TCP/IP上運行各種業(yè)務(wù)和在地面網(wǎng)絡(luò )一樣方便。為了支持電信業(yè)務(wù)，可以把信令作為數據分組來(lái)傳輸；為了支持數據音頻視頻廣播，可以把它們作為數據分組來(lái)傳輸，也可以把數據分組放在數據音頻視頻廣播的一個(gè)通道上廣播（TCP/IP over DVB）。目前研究最多的是VSAT衛星通信網(wǎng)怎樣運行TCP/IP協(xié)議。
但是在VSAT衛星網(wǎng)上使用TCP/IP也遇到困難，包括衛星傳輸的長(cháng)時(shí)延、衛星信道比地面信道高的差錯概率、用戶(hù)站多址接入的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制和資源共享與分配等問(wèn)題。
針對衛星信道固有的長(cháng)時(shí)延，人們在TCP/IP協(xié)議上已經(jīng)做了許多工作，例如：協(xié)調接收緩區和發(fā)送窗口，定義選擇重發(fā)模式，協(xié)調慢啟動(dòng)和擁塞控制的參數。針對衛星信道比地面信道高的差錯概率，已經(jīng)采用了多種信道編解碼技術(shù)、干擾抑制技術(shù)來(lái)改善信道的傳輸特性?，F在重視研究衛星通信的數據鏈路層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層，使它與TCP/IP協(xié)議匹配。將通信鏈路的差錯由數據鏈路層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層來(lái)解決；鏈路的擁塞和多址接入的延遲和阻塞由TCP/IP協(xié)議來(lái)解決。
VSAT通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )管理
VSAT衛星通信網(wǎng)是包括衛星轉發(fā)器、衛星通信主站、眾多用戶(hù)站的系統，它們分散在廣闊的地域，不間斷、全天候的工作著(zhù)。為了保證系統正常有效地工作，必須對網(wǎng)內各地球站的工作狀態(tài)及業(yè)務(wù)運行狀態(tài)進(jìn)行監視、控制和管理，需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理系統來(lái)支持它。網(wǎng)絡(luò )監控管理系統是VSAT網(wǎng)，特別是一個(gè)大型VSAT網(wǎng)運行好壞的決定因素。
網(wǎng)絡(luò )管理系統有一個(gè)設置在主站，集中的網(wǎng)絡(luò )管理計算機和相應的數據庫；在各個(gè)地球站和網(wǎng)絡(luò )設備上，有一個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理計算機的代理設備，即網(wǎng)絡(luò )管理代理。網(wǎng)絡(luò )管理設備和網(wǎng)絡(luò )管理代理之間，需要通過(guò)衛星通信網(wǎng)的通信信道進(jìn)行數據通信。網(wǎng)絡(luò )管理的通信應該和業(yè)務(wù)通信并行使用衛星通信網(wǎng)絡(luò )，它們的區別只是數據結構不同。網(wǎng)絡(luò )管理的通信業(yè)務(wù)和數據通信業(yè)務(wù)共享衛星通信，但只占用通信鏈路業(yè)務(wù)的一個(gè)小部分，管理著(zhù)整個(gè)衛星通信網(wǎng)。
VSAT衛星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )監控管理包括：
*系統結構和配置管理
*用戶(hù)VSAT站的注冊管理
*用戶(hù)VSAT站的業(yè)務(wù)管理
*VSAT站條件接收的管理
*系統運行狀態(tài)管理
*操作員和網(wǎng)絡(luò )管理系統的后處理
網(wǎng)絡(luò )監控管理必須是實(shí)時(shí)的，且要求具有按需及定期監視的功能。通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )各單元抽樣及收集數據對VSAT網(wǎng)進(jìn)行監視。
VSAT網(wǎng)絡(luò )管理監控能力之一就是事件監視、記錄及篩選（即壓縮故障）、提出告警，對事件和告警信息的篩選準則必須是操作員可控的。所有事件及告警信息均要規定時(shí)間并存入中柜站的網(wǎng)絡(luò )管理計算機數據庫中，達到給定等級嚴重的告警（操作員設置的）要通過(guò)操作員接口送給操作員。
監控分級系統的另一功能是切換系統中的備份設備。價(jià)格低廉的VSAT很少有備用系統，但中心站的故障將關(guān)系到全網(wǎng)的工作，都設有備份。管理系統必須了解所有工作和備分設備的狀態(tài)，并根據需要進(jìn)行設備的切換。
為了實(shí)現上述功能，必須建立網(wǎng)絡(luò )數據庫，在網(wǎng)絡(luò )管理數據庫中儲存網(wǎng)絡(luò )配置、VSAT站注冊、VSAT站業(yè)務(wù)、系統運行時(shí)的VSAT站、數據鏈路、衛星通信鏈路等各種信息。在實(shí)現系統管理的過(guò)程中，不斷從數據中獲取信息，并更新數據庫信息，實(shí)現系統的實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)管理。
VSAT衛星通信網(wǎng)的監控管理還包括操作人員的工作，網(wǎng)絡(luò )管理要提供很好的人機界面，使操作員方便、迅速地介入、確保操作員隨時(shí)了解網(wǎng)絡(luò )的運行狀態(tài)，一旦出現影響網(wǎng)絡(luò )正常運行的變化，便可迅速而有效地進(jìn)行管理。網(wǎng)絡(luò )管理系統操作員接口可采用樹(shù)形結構，便于操作員對系統中不同層次進(jìn)行監視與管理，隨時(shí)了解全網(wǎng)及其子系統的狀態(tài)及運行的情況。
根據操作人員的要求，網(wǎng)絡(luò )監控管理系統收集并提供有關(guān)網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)、性能及操作的數據、系統的管理數據、產(chǎn)生相應的報告并歸檔，以滿(mǎn)足長(cháng)期管理的需要。
VSAT網(wǎng)有兩種基本類(lèi)型，即單用戶(hù)專(zhuān)用網(wǎng)及共享中樞站網(wǎng)。這兩種網(wǎng)絡(luò )的監控管理功能相似，但亦存在一些明顯區別。因此網(wǎng)絡(luò )管理系統必須與網(wǎng)絡(luò )設計結合起來(lái)，并要求具有一定的靈活性，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的各種需求及支持網(wǎng)絡(luò )的運行功能。對于專(zhuān)用網(wǎng)來(lái)說(shuō)，通常情況下只需一個(gè)管理中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的監視與控制，而共享中樞站網(wǎng)不僅要求有主站操作員進(jìn)行最高級操作與控制，且必須具有每個(gè)用戶(hù)對共享系統的管理功能。各個(gè)虛擬子網(wǎng)分中心必須有重組和測試各用戶(hù)設備邏輯歸屬的能力。并能使這些功能在實(shí)現過(guò)程中共享設備的其它用戶(hù)完全透明。
網(wǎng)絡(luò )管理功能分實(shí)時(shí)處理和非實(shí)時(shí)處理兩種，實(shí)時(shí)處理的網(wǎng)絡(luò )管理任務(wù)通過(guò)全網(wǎng)所有的處理器（包括各VSAT站的及中樞站的）和中樞站的網(wǎng)絡(luò )管理計算機完成。非實(shí)時(shí)處理由安裝在中樞站的、具有網(wǎng)絡(luò )數據庫的大型處理機完成?！ 拵SAT通信網(wǎng)的虛擬子網(wǎng) 寬帶VSAT通信網(wǎng)占用資源大，提供大容量的業(yè)務(wù)服務(wù)；往往不是一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò )，而多個(gè)網(wǎng)絡(luò )的集合；總是包括了多個(gè)業(yè)務(wù)子網(wǎng)，而這些子網(wǎng)又希望有獨立的網(wǎng)絡(luò )管理。
VSAT衛星通信發(fā)展的一個(gè)方向，是在網(wǎng)內建立多個(gè)虛擬子網(wǎng)，或者說(shuō)是將多個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò )合并成為一個(gè)大型的綜合使用衛星轉發(fā)器、系統設備、以及網(wǎng)絡(luò )管理系統的VSAT衛星通信網(wǎng)。各個(gè)虛擬子網(wǎng)可以屬于不同的業(yè)務(wù)或行政管理部門(mén)，它們共享統一的VSAT衛星通信網(wǎng)。
基于強有力的衛星網(wǎng)絡(luò )管理系統，各個(gè)虛擬子網(wǎng)獨立地管理各自設備的注冊、入網(wǎng)、退網(wǎng)；調整各自設備數據傳輸的參數、傳輸的優(yōu)先級、時(shí)延和業(yè)務(wù)數據流的成熟概率；記錄業(yè)務(wù)過(guò)程和網(wǎng)絡(luò )資源使用的情況?！ ≌麄€(gè)網(wǎng)絡(luò )的管理系統記錄虛擬子網(wǎng)的管理，并協(xié)調全網(wǎng)的資源和設備的分配、擁塞和路由的控制、優(yōu)和無(wú)級的協(xié)調，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )和各個(gè)虛擬子網(wǎng)都正常的運行。
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