VSAT衛(wèi)星通信多媒體視聽業(yè)務組網方式

　　通信技術發(fā)展到今天，一方面，打電話、發(fā)傳真、觀看電視節(jié)目已經成為人們生活中不可或缺，另一方面，它們又因為有不同的缺陷而不能滿足人們之間全方位信息交流的需求。隨著大規(guī)模通信網絡的建設以及計算機與網絡技術的突飛猛進，多媒體通信技術越來越多地進入人們的生活當中，作為一個終端，它能夠綜合處理語音、數據、圖文，圖像業(yè)務；通信過程中的用戶具有完備的交互控制能力，實時性要求高；圖像、聲音、文字以同步方式工作，需要的信道容量較大；不同的網絡環(huán)境下，通過網關可以實現(xiàn)互操作，要求網絡兼容或可以進行協(xié)議轉換。多媒體所涵蓋的內容是廣泛的，包括語音、圖像、數據，以至于計算機的鍵盤，掃描儀、傳真機等。但據統(tǒng)計，人們所獲取的信息60％來自視覺，20％來自聽覺，人機通信中，數據也是主要內容之一，因此，視聽業(yè)務是多媒體業(yè)務的主要內容。在傳輸方面，超大容量的光纖/微波同步傳送網為多媒體業(yè)務的應用提供了相當寬松和便利的通道，但在山區(qū)以及偏遠地區(qū)，衛(wèi)星通信因為覆蓋面廣，跨越距離大，沒有地理障礙等特點而起到了其它傳輸方式不可替代的作用。而多媒體視聽業(yè)務在衛(wèi)星通信中的應用又有著與其它傳送方式不同的特點，本文步此作近一步的介紹和探討。


　　1、現(xiàn)行的衛(wèi)星圖像通信組網方式


　　VSAT系統(tǒng)是二十世紀90年代中期才得到廣泛應和的一種衛(wèi)星通信方式，它以天線口徑小，射頻單元集成度高，發(fā)射功率低，采用TDMA（或SCPC）調制方式，以及組網靈活，搬運與安裝方便的裝點，在國防軍事、石油勘探、醫(yī)療衛(wèi)星、金融銀行、新聞廣播、交通運輸等行業(yè)的異地通信、異地結算以及遠程醫(yī)療和教學方面都得到了廣泛的應用。VSAT系統(tǒng)不僅可以提供稀路由話音業(yè)務和低速數據業(yè)務，而且能夠提供64kb/s至512kb/s的高速數據業(yè)務和E1/T1數字中繼。通過衛(wèi)星傳輸會議電視業(yè)務，一般采用雙向信道或廣播信道，考慮到星上頻帶資源的限制和視頻編碼壓縮技術的結果，衛(wèi)星圖象通信中，選擇384kb/s的速率是比較適合的，它既能滿足主觀評價的要求，又適合于有限帶寬的傳輸要求。當通過衛(wèi)星進行Internet訪問和一般對圖像質量要求不高的多媒體業(yè)務時，用128kb/s或256kb/s的速率是比較經濟合算的。VSAT系統(tǒng)傳送多媒體視聽業(yè)務有以下幾種方式。


　　1.1點對點方式


　　通過衛(wèi)星系統(tǒng)的網管中心預先設置（PAMA方式）一條點對點的雙向電路，對應于該電路的兩個衛(wèi)星地面站終端的高速數據板，提供相應速率的Ｖ.35（或RS-449）接口，采用ＨＤＬＣ通信協(xié)議，連接Ｈ.320框架協(xié)議的會議電視終端。由于不能構成網絡，且占用固定的帶寬資源，利用率較低，因此，只能在個別行業(yè)中使用。


　　1.2點對多點方式


　　預先設置一條點對多點的廣播信道，這種方式在遠程教學方面得到普遍應用，如中央黨校教育網，金衛(wèi)遠程醫(yī)療教學網，中國人民銀行視像會議網。主會場終端采用ＨＤＬＣ協(xié)議，分會場采用ＨＤＬＣ/ＲＯ協(xié)議。通過網管控制，改變廣播源和接收者來組成不同的傳播網。接收者需要發(fā)言時，通過電話申請，網管可以為其建立一條回送通道，實現(xiàn)雙向通信。網絡雖然簡單，但當某城市需要多個會場時，就必須安裝多個衛(wèi)星地面站，會議議程管理復雜，交互性能差。不能實現(xiàn)會議電視系統(tǒng)的許多功能。


　　1.3單個多點控制單元（ＭＣＵ）方式


　　將上述方式結合起來，引入Ｈ.320多點控制單元（ＭＣＵ），可組成較為復雜的基于ＶＳＡＴ衛(wèi)星系統(tǒng)的會議電視網絡，并通過模擬的音頻和視頻轉換及地面會議電視網連接起來。ＭＣＵ和衛(wèi)星網管中心放在一起，以便衛(wèi)星電路的調度和會議議程協(xié)調一致，本地Ｈ320終端可以利用ＤＤＮ網專線（或者高速的調制解調器ＭＯＤＥＭ）連接到ＭＣＵ，遠端的會議電視終端用Ｖ35（或ＲＳ449）接口，通過點對點的雙向衛(wèi)星信道連接到ＭＣＵ。同時以模擬的音頻和視頻轉換方式和其本地的一個會議終端連接。地面會議電視網也可以利用Ｎ-ＩＳＤＮ交換機提供的3個ＢＲＩ信道捆綁起來，以撥號方式通過ＩＳＤＮ交換網連接到本地ＭＣＵ。對于同一地方較靠近的幾個會場，還可以利用ＬＡＮ方式將多個Ｈ323桌面終端連接起來，一般地，一個Ｈ.323ＭＣＵ可以管理3個1.5Mb/s的終端，5個768kb/s的終端，9個384KB/S的終端，15個128kb/s終端。其中一個端口通過H.323/H320協(xié)議轉換器連接H320終端，并以模擬方式與ＭＣＵ的一個終端相連接。這種方式，可以在與中央ＭＣＵ相連接的終端之間實現(xiàn)主席控制模式、語音控制模式和導演模式，中央ＭＣＵ和各個本地ＭＣＵ結合起來，從廣播網內的任何一個會場，任一會場也可以申請發(fā)言。


　　這種連接方式由于采用模擬轉換，一部分終端之間還不能完全數字化，語音和圖像的傳輸質量會受到一定程度的影響，各種控制模式也不能貫穿全網，網絡管理復雜，不能實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。但另一方面，由于衛(wèi)星信道的一些缺點，如延時較大，信道易受干擾，多譜勒效應等，反而對各地面會議電視網的呼叫、接納、同步等過程影響較小。這種在實際網絡中已得到了應用，如不同廠家的ＭＣＵ進行互連以及采用不同編解碼器（ＣＯＤＥＣ）標準的會議終端進行組網，但都需要進行音頻和視頻和模擬轉換。


　　1.4主從ＭＣＵ級聯(lián)方式


　　采用2Mb/s的信道作為ＭＣＵ之間數字中繼的主從ＭＣＵ級聯(lián)方式在全國的地面會議電視干線網和各省的省內會議電視網中得到了廣泛的應用。但是當采用384kb/s的衛(wèi)星信道作為ＭＣＵ之間的數字中繼時，將不得不考慮以下幾個方面的影響和問題（a）誤碼的影響，實際應用中，誤碼一般有兩種形式，一種是零星的隨機誤碼，另一種是突發(fā)性誤碼，表現(xiàn)為幀失步。進行誤碼測試（2Mb/s），誤碼為10E^-5，且無幀失步發(fā)生時，若采用會議終端和ＭＣＵ直聯(lián)方式，可以正常開會；而采用ＭＣＵ級聯(lián)方式，則從ＭＣＵ有閃斷現(xiàn)象發(fā)生，甚至于失掉會場。一般認為，衛(wèi)星信道的誤碼率為10E^-6，遠大于數字微波信道的誤碼率10E^-7至10E^-8和光纖信道的10E^-10。（b）同步問題，在主從ＭＣＵ方式中，從ＭＣＵ必須從連接主ＭＣＵ的數字端口提取網絡時鐘，由于衛(wèi)星終端站掉網現(xiàn)象時有發(fā)生以及噪聲的干擾，同步時鐘提取的可靠性較低，若失去同步，必將導致通信中斷。（c）衛(wèi)星鏈路延時較大，主ＭＣＵ控制來自不同時延的各個ＭＣＵ時，各種控制模式將會出現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。因此，采用衛(wèi)星鏈路進行ＭＣＵ級聯(lián)時，需慎重考慮。采用主從ＭＣＵ級聯(lián)方式組網時，帶來的好處是可以避免衛(wèi)星網管的頻繁切換，而一般ＭＡＰ圖（衛(wèi)星電路計劃表）的更迭一般需要幾分鐘至十幾分鐘，這一時間在會議中間是不允許的。


　　假設采用以上四種方式構造一個會議電視網，條件是有6個地區(qū)，每個地區(qū)有8個會場，地區(qū)內有ＤＤＮ專線、以太網或ＩＳＤＮ交換網絡。星上采用ＳＣＰＣ方式，要求每個地區(qū)至少有一個會場采用雙向通信方式。其他會場可以單收。以上四種方式的功能、載波數、ＭＣＵ數。


　　2.利用衛(wèi)星鏈路進行網絡互聯(lián)


　　利用衛(wèi)星通信可以跨越大地理范圍與數千公里以外的Internet骨干網或大型數據庫服務器相連，組成以衛(wèi)星信道為數字中繼的廣域網（ＷＡＮ）。石油衛(wèi)星數據網就是通過ＶＳＡＴ衛(wèi)星系統(tǒng)網管中心定義一條雙向數據信道，衛(wèi)星鏈路的一端通過地面站對應的數據板Ｖ35接口和本地網（ＬＡＮ）的路由器相連。另一端接入網絡服務器，或接入ＤＤＮ網交叉連接器（ＤＸＣ），進行分接或復接，通過光纖或數字微波傳輸系統(tǒng)，連接到中心網絡。


　　用戶訪問服務器和連接Internet，一般有兩種方式：通過局域網經路由器接入或通過電話線撥號直接訪問服務器連接，撥號方式最高速率可達到56kb/s。這樣，從用戶到本地Internet網關建立一條ＰＰＰ/ＳＬＩＰ（ＬＡＮ上采用ＴＣＰ/ＩＰ）連接，可以實現(xiàn)遠程登錄、ＦＴＰ訪問、ＷＷＷ瀏覽、發(fā)送和接收E-mail，進行數據、報文、網頁和活動圖像等多媒體業(yè)務的傳送。由于網絡中的時延大于衛(wèi)星鏈路的時延，對于時效性要求不嚴格的業(yè)務，用戶將感覺不到衛(wèi)星鏈路的影響。但一些實時性業(yè)務，如IP Phone、ＶＯＤ和會議電視等將受到限制。


　　3.新型的IP和多媒體ＶＳＡＴ衛(wèi)星通信網


　�。模粒停粒ò葱璺峙涠嘀罚┦切l(wèi)星通信中提高頻帶資源利用率的一種非常有效的電路分配技術，采用ＤＡＭＡ方式，可以實現(xiàn)頻帶共享，當某一個用戶需要和另一用戶通信時，網管系統(tǒng)分配給它一對載波（ＳＣＰＣ方式）或一對時隙（ＴＤＭＡ方式），當通話結束時，系統(tǒng)將自動釋放這一段頻帶資源，供后續(xù)接入的用戶占用。由于衛(wèi)星通信所覆蓋的區(qū)域是跨多時區(qū)的，不同時區(qū)的用戶通信高峰期一般會錯開一個時間段，分析石油衛(wèi)星通信網中采用ＤＡＭＡ方式的話務量數據時發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)要比西部地區(qū)的話務量高峰期早1-2小時。同樣，現(xiàn)在的計算機網絡中采用的ＴＣＰ/ＩＰ技術，它的一個主要特點也是為了提高傳輸頻帶的利用率，但由于各ＩＰ包在傳輸時時延長短不同，且面向無連接，因而它在實時性要求很高的話音和圖像通信中，受到一定的限制，但隨著編碼技術的進步和終端處理速度的提高，它將成為下一代通信系統(tǒng)中的基本技術。并且，ＩＰ方式也可以像衛(wèi)星通信一樣有廣播方式。如果能夠將電路分配的ＤＡＭＡ技術和網絡中的ＩＰ技術結合起來，用于新一代的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，必將給ＩＰ和多媒體技術在衛(wèi)星通信中的應用開辟一個新天地。


　　以數據和圖像為主的多媒體雙向傳輸業(yè)務也有不同于話音傳輸的特點，話音通信的雙方是對等的，因此話音通道是均衡的。然而，多媒體通信大多數是用戶對信息資源的數據庫訪問，用戶發(fā)出的是訪問請求、本端狀態(tài)、設備準備等簡短的握手信息。相反，網絡向用戶除了廣播路由表，發(fā)送握手信號，還要回傳用戶查詢的大量數據。一般認為，用戶到路由器的上行數據流與路由器到用戶的下行數據流比例為1：10至40，據此，在衛(wèi)星信道中采用了速率不對稱的信道。為了支持ＩＰ上的Ｈ.323視頻會議，還需建立衛(wèi)星網的廣播信道，但不同于以往的廣播方式，它將以384kb/s的速率，廣播經過壓縮的音頻視頻數據，同時按會場數量提供一定比例的16kb/s-64kb/s返回數據信道，供各會議終端向主會場回傳音頻和低速幀圖像，以及請求和確認信號。


　　為了實現(xiàn)ＤＡＭＡ和ＩＰ的結合，在物理設備上，需將一個ＩＰ路由設備集成到衛(wèi)星通信用戶終人，在用戶端給出一個以太網接口，每個終端的ＩＰ地址通過ＡＲＰ進行地址解析，轉換為用戶終端設備內的ＭＡＣ地址，最終映射到ＤＡＭＡ鏈路。路由設備只在ＩＰ層處理地址信息，它支持基于ＩＰ的連接，如ＴＣＰ/ＩＰ，ＵＤＰ/ＩＰ等。其中ＴＣＰ/ＩＰ是用來提供可靠傳輸服務的協(xié)議，它有以下五個物征：面向數據流；虛電路連接；有緩存的傳送；無結構的數據流；全雙工連接。該協(xié)議之所以能夠提供可靠的服務是由于它肱用“帶重傳的肯定確認（positive acknowledge with retransmission）”技術。一般在衛(wèi)星信道延時較大的條件下，若存在過多的握手協(xié)議，必將影響業(yè)務的傳送質量和效果。因而ＩＰ技術在這方面提供了兩個重要協(xié)議：ＲＴＰ（實時傳輸協(xié)議）和ＲＳＶＰ（資源預留協(xié)議），用來解決實時業(yè)務在ＩＰ上傳輸和業(yè)務占用網絡資源的問題。


　　基于ＩＰ路由算法ＲＩＰ或ＯＳＰＦ移值到衛(wèi)星網絡中使用時會出現(xiàn)一些問題，最好采用衛(wèi)星網管中心靜態(tài)分配路由的方式。由于要管理每個地面終端的以太網，衛(wèi)星的網管系統(tǒng)最好采用分布式結構，以減少維護數據給網絡增加的負擔。在實際應用中，對于ＩＰ的網絡擁塞和流量控制，響應時間，最大傳輸單元（ＭＴＵ）等參數都要做適當調整，以適應衛(wèi)星鏈路的需要。


摘自《衛(wèi)星通信廣播電視》2001.9月總第32期