VSAT衛(wèi)星通信多媒體視聽業(yè)務(wù)組網(wǎng)方式

　　通信技術(shù)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(jīng)成為人們生活中不可或缺，另一方面，它們又因?yàn)橛胁煌�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(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以及計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，多媒體通信技術(shù)越來越多地進(jìn)入人們的生活當(dāng)中，作為一個終端，它能夠綜合處理語音、數(shù)據(jù)、圖文，圖像業(yè)務(wù)；通信過程中的用戶具有完備的交互控制能力，實(shí)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(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)互操作，要求網(wǎng)絡(luò)兼容或可以進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。多媒體所涵蓋的內(nèi)容是廣泛的，包括語音、圖像、數(shù)據(jù)，以至于計(jì)算機(jī)的鍵盤，掃描儀、傳真機(jī)等。但據(jù)統(tǒng)計(jì)，人們所獲取的信息60％來自視覺，20％來自聽覺，人機(jī)通信中，數(shù)據(jù)也是主要內(nèi)容之一，因此，視聽業(yè)務(wù)是多媒體業(yè)務(wù)的主要內(nèi)容。在傳輸方面，超大容量的光纖/微波同步傳送網(wǎng)為多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用提供了相當(dāng)寬松和便利的通道，但在山區(qū)以及偏遠(yuǎn)地區(qū)，衛(wèi)星通信因?yàn)楦采w面廣，跨越距離大，沒有地理障礙等特點(diǎn)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(wù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用又有著與其它傳送方式不同的特點(diǎn)，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(wǎng)方式


　　VSAT系統(tǒng)是二十世紀(jì)90年代中期才得到廣泛應(yīng)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(diào)制方式，以及組網(wǎng)靈活，搬運(yùn)與安裝方便的裝點(diǎn)，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(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的異地通信、異地結(jié)算以及遠(yuǎn)程醫(yī)療和教學(xué)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。VSAT系統(tǒng)不僅可以提供稀路由話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且能夠提供64kb/s至512kb/s的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和E1/T1數(shù)字中繼。通過衛(wèi)星傳輸會議電視業(yè)務(wù)，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(shù)的結(jié)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(dāng)通過衛(wèi)星進(jìn)行Internet訪問和一般對圖像質(zhì)量要求不高的多媒體業(yè)務(wù)時，用128kb/s或256kb/s的速率是比較經(jīng)濟(jì)合算的。VSAT系統(tǒng)傳送多媒體視聽業(yè)務(wù)有以下幾種方式。


　　1.1點(diǎn)對點(diǎn)方式


　　通過衛(wèi)星系統(tǒng)的網(wǎng)管中心預(yù)先設(shè)置（PAMA方式）一條點(diǎn)對點(diǎn)的雙向電路，對應(yīng)于該電路的兩個衛(wèi)星地面站終端的高速數(shù)據(jù)板，提供相應(yīng)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，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(diǎn)對多點(diǎn)方式


　　預(yù)先設(shè)置一條點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播信道，這種方式在遠(yuǎn)程教學(xué)方面得到普遍應(yīng)用，如中央黨校教育網(wǎng)，金衛(wèi)遠(yuǎn)程醫(yī)療教學(xué)網(wǎng)，中國人民銀行視像會議網(wǎng)。主會場終端采用ＨＤＬＣ協(xié)議，分會場采用ＨＤＬＣ/ＲＯ協(xié)議。通過網(wǎng)管控制，改變廣播源和接收者來組成不同的傳播網(wǎng)。接收者需要發(fā)言時，通過電話申請，網(wǎng)管可以為其建立一條回送通道，實(shí)現(xiàn)雙向通信。網(wǎng)絡(luò)雖然簡單，但當(dāng)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(fù)雜，交互性能差。不能實(shí)現(xiàn)會議電視系統(tǒng)的許多功能。


　　1.3單個多點(diǎn)控制單元（ＭＣＵ）方式


　　將上述方式結(jié)合起來，引入Ｈ.320多點(diǎn)控制單元（ＭＣＵ），可組成較為復(fù)雜的基于ＶＳＡＴ衛(wèi)星系統(tǒng)的會議電視網(wǎng)絡(luò)，并通過模擬的音頻和視頻轉(zhuǎn)換及地面會議電視網(wǎng)連接起來。ＭＣＵ和衛(wèi)星網(wǎng)管中心放在一起，以便衛(wèi)星電路的調(diào)度和會議議程協(xié)調(diào)一致，本地Ｈ320終端可以利用ＤＤＮ網(wǎng)專線（或者高速的調(diào)制解調(diào)器ＭＯＤＥＭ）連接到ＭＣＵ，遠(yuǎn)端的會議電視終端用Ｖ35（或ＲＳ449）接口，通過點(diǎn)對點(diǎn)的雙向衛(wèi)星信道連接到ＭＣＵ。同時以模擬的音頻和視頻轉(zhuǎn)換方式和其本地的一個會議終端連接。地面會議電視網(wǎng)也可以利用Ｎ-ＩＳＤＮ交換機(jī)提供的3個ＢＲＩ信道捆綁起來，以撥號方式通過ＩＳＤＮ交換網(wǎng)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)主席控制模式、語音控制模式和導(dǎo)演模式，中央ＭＣＵ和各個本地ＭＣＵ結(jié)合起來，從廣播網(wǎng)內(nèi)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(zhuǎn)換，一部分終端之間還不能完全數(shù)字化，語音和圖像的傳輸質(zhì)量會受到一定程度的影響，各種控制模式也不能貫穿全網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜，不能實(shí)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(diǎn)，如延時較大，信道易受干擾，多譜勒效應(yīng)等，反而對各地面會議電視網(wǎng)的呼叫、接納、同步等過程影響較小。這種在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中已得到了應(yīng)用，如不同廠家的ＭＣＵ進(jìn)行互連以及采用不同編解碼器（ＣＯＤＥＣ）標(biāo)準(zhǔn)的會議終端進(jìn)行組網(wǎng)，但都需要進(jìn)行音頻和視頻和模擬轉(zhuǎn)換。


　　1.4主從ＭＣＵ級聯(lián)方式


　　采用2Mb/s的信道作為ＭＣＵ之間數(shù)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(wǎng)和各省的省內(nèi)會議電視網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是當(dāng)采用384kb/s的衛(wèi)星信道作為ＭＣＵ之間的數(shù)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(shí)際應(yīng)用中，誤碼一般有兩種形式，一種是零星的隨機(jī)誤碼，另一種是突發(fā)性誤碼，表現(xiàn)為幀失步。進(jìn)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(rèn)為，衛(wèi)星信道的誤碼率為10E^-6，遠(yuǎn)大于數(shù)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(shù)字端口提取網(wǎng)絡(luò)時鐘，由于衛(wèi)星終端站掉網(wǎng)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(dǎo)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(jìn)行ＭＣＵ級聯(lián)時，需慎重考慮。采用主從ＭＣＵ級聯(lián)方式組網(wǎng)時，帶來的好處是可以避免衛(wèi)星網(wǎng)管的頻繁切換，而一般ＭＡＰ圖（衛(wèi)星電路計(jì)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(shè)采用以上四種方式構(gòu)造一個會議電視網(wǎng)，條件是有6個地區(qū)，每個地區(qū)有8個會場，地區(qū)內(nèi)有ＤＤＮ專線、以太網(wǎng)或ＩＳＤＮ交換網(wǎng)絡(luò)。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(shù)、ＭＣＵ數(shù)。


　　2.利用衛(wèi)星鏈路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)


　　利用衛(wèi)星通信可以跨越大地理范圍與數(shù)千公里以外的Internet骨干網(wǎng)或大型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連，組成以衛(wèi)星信道為數(shù)字中繼的廣域網(wǎng)（ＷＡＮ）。石油衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)就是通過ＶＳＡＴ衛(wèi)星系統(tǒng)網(wǎng)管中心定義一條雙向數(shù)據(jù)信道，衛(wèi)星鏈路的一端通過地面站對應(yīng)的數(shù)據(jù)板Ｖ35接口和本地網(wǎng)（ＬＡＮ）的路由器相連。另一端接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，或接入ＤＤＮ網(wǎng)交叉連接器（ＤＸＣ），進(jìn)行分接或復(fù)接，通過光纖或數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)，連接到中心網(wǎng)絡(luò)。


　　用戶訪問服務(wù)器和連接Internet，一般有兩種方式：通過局域網(wǎng)經(jīng)路由器接入或通過電話線撥號直接訪問服務(wù)器連接，撥號方式最高速率可達(dá)到56kb/s。這樣，從用戶到本地Internet網(wǎng)關(guān)建立一條ＰＰＰ/ＳＬＩＰ（ＬＡＮ上采用ＴＣＰ/ＩＰ）連接，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄、ＦＴＰ訪問、ＷＷＷ瀏覽、發(fā)送和接收E-mail，進(jìn)行數(shù)據(jù)、報文、網(wǎng)頁和活動圖像等多媒體業(yè)務(wù)的傳送。由于網(wǎng)絡(luò)中的時延大于衛(wèi)星鏈路的時延，對于時效性要求不嚴(yán)格的業(yè)務(wù)，用戶將感覺不到衛(wèi)星鏈路的影響。但一些實(shí)時性業(yè)務(wù)，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(wǎng)


　�。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(shù)，采用ＤＡＭＡ方式，可以實(shí)現(xiàn)頻帶共享，當(dāng)某一個用戶需要和另一用戶通信時，網(wǎng)管系統(tǒng)分配給它一對載波（ＳＣＰＣ方式）或一對時隙（ＴＤＭＡ方式），當(dāng)通話結(jié)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(wǎng)中采用ＤＡＭＡ方式的話務(wù)量數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)要比西部地區(qū)的話務(wù)量高峰期早1-2小時。同樣，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的ＴＣＰ/ＩＰ技術(shù)，它的一個主要特點(diǎn)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(shí)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(shù)的進(jìn)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(shù)。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?qū)㈦娐贩峙涞模模粒停良夹g(shù)和網(wǎng)絡(luò)中的ＩＰ技術(shù)結(jié)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(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用開辟一個新天地。


　　以數(shù)據(jù)和圖像為主的多媒體雙向傳輸業(yè)務(wù)也有不同于話音傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，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(shù)是用戶對信息資源的數(shù)據(jù)庫訪問，用戶發(fā)出的是訪問請求、本端狀態(tài)、設(shè)備準(zhǔn)備等簡短的握手信息。相反，網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)。一般認(rèn)為，用戶到路由器的上行數(shù)據(jù)流與路由器到用戶的下行數(shù)據(jù)流比例為1：10至40，據(jù)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(wǎng)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(jīng)過壓縮的音頻視頻數(shù)據(jù)，同時按會場數(shù)量提供一定比例的16kb/s-64kb/s返回數(shù)據(jù)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(rèn)信號。


　　為了實(shí)現(xiàn)ＤＡＭＡ和ＩＰ的結(jié)合，在物理設(shè)備上，需將一個ＩＰ路由設(shè)備集成到衛(wèi)星通信用戶終人，在用戶端給出一個以太網(wǎng)接口，每個終端的ＩＰ地址通過ＡＲＰ進(jìn)行地址解析，轉(zhuǎn)換為用戶終端設(shè)備內(nèi)的ＭＡＣ地址，最終映射到ＤＡＭＡ鏈路。路由設(shè)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(wù)的協(xié)議，它有以下五個物征：面向數(shù)據(jù)流；虛電路連接；有緩存的傳送；無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流；全雙工連接。該協(xié)議之所以能夠提供可靠的服務(wù)是由于它肱用“帶重傳的肯定確認(rèn)（positive acknowledge with retransmission）”技術(shù)。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(wù)的傳送質(zhì)量和效果。因而ＩＰ技術(shù)在這方面提供了兩個重要協(xié)議：ＲＴＰ（實(shí)時傳輸協(xié)議）和ＲＳＶＰ（資源預(yù)留協(xié)議），用來解決實(shí)時業(yè)務(wù)在ＩＰ上傳輸和業(yè)務(wù)占用網(wǎng)絡(luò)資源的問題。


　　基于ＩＰ路由算法ＲＩＰ或ＯＳＰＦ移值到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中使用時會出現(xiàn)一些問題，最好采用衛(wèi)星網(wǎng)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(wǎng)，衛(wèi)星的網(wǎng)管系統(tǒng)最好采用分布式結(jié)構(gòu)，以減少維護(hù)數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)增加的負(fù)擔(dān)。在實(shí)際應(yīng)用中，對于ＩＰ的網(wǎng)絡(luò)擁塞和流量控制，響應(yīng)時間，最大傳輸單元（ＭＴＵ）等參數(shù)都要做適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)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