VSAT 卫星通信网的业务应用探究

杨清森，杨仁庆，高晓辉

（南京熊猫汉达科技有限公司，南京 210004）

0 引言

VSAT 卫星通信网作为应急管理信息网的延伸和扩展，通过整合通信卫星资源和自组网、短波通信、超短波等通信手段，为应急管理提供必要的通信保障。如图1所示，VSAT 卫星通信网由一个大口径中心站和众多小口径远端站协同工作的卫星通信网[1]，接入应急管理信息网并与之互联互通的同时，承载着中心站与终端站进行数据传输、视频会议、VoIP 语音等应用的业务功能，具有天地一体、上下联动、稳定畅通的能力。

图1 VSAT卫星通信网

VSAT 卫星通信系统具有可靠性高、灵活性强、覆盖面广、成本低廉的特点，特别适合拥有较大信息量和管辖众多偏远分支机构的部门使用。

1 系统站型

本文研究的VSAT 卫星通信网采用星型网络结构，主要由中心站和分布在各地的VSAT 终端站组成[2]。中心站是网络的中心，主要任务是与终端站进行通信，同时还负责网络管理、运行监控和数据交换。终端站可与中心站进行业务通信，且只可以与中心站直接通联，各终端站只之间不可以相互通联。此VSAT 卫星通信网的终端站分为车载终端站和便携式终端站，可实现全国范围内与中心站的互联互通和信息资源共享。

1.1 中心站

网络控制和业务通信是中心站的两大主要职责[3]。网络控制即是管理中心站和所有VSAT 终端站，并监控它们之间的通信。主要任务包括入网控制、信道分配、状态管理、业务管理及软件升级等[4]。

本文中心站采用影像地图的方式进行网络管理。影像地图（Photographic Map）即在地图上直观地标记入网终端站的类型、状态、位置等信息，可以任意放大缩小，点击终端站图标可以直接进行详细状态查询、通信管理、远程控制等操作。如图所示，影像地图具有直观形象、内容丰富、表现力强的特点，可大大降低操作复杂性，提升管理效率。

业务通信功能是指中心站与终端站通信，进行数据传输、上网、视频会议、VoIP 语音等业务功能。中心站功能组成框图如图2所示。

数据传输是依据网络协议进行数据交换的过程，是上网、视频会议、VoIP 语音等功能的基础。卫星通信链路固有的特点，如传播延迟大、传输误码率高、传播阻塞等对网络数据的传输有一定的负面影响。为此，本文设计的VSAT 通信系统增加IP 加速设备，以提高TCP/IP 协议在卫星链路上的性能[5]。

图2 中心站组成框图

上网是通过卫星网络远程浏览应急管理信息网，进行信息搜索、查询的过程，并可从内网服务器下载文件。为了保护卫星通信网安全，防止恶意攻击，在其与应急管理信息网之间增加网络防火墙。

卫星视频会议是通过卫星通信网络进行实时视频交谈的过程[6]。本文所述的某应急管理部门通常是进行中心站发起，多地终端站参与的视频会议，所有参与者均可听到其他会场的声音，看到其他会场的影像，进行演示文稿的展示等。卫星通信具有传输不稳定、信道带宽受限的特点，因此，卫星视频会议需要更为高效的音视频编码传输方式。本文采用的是H.265视频编码（HEVC）设备，可在1.0 Mb/s 的传输带宽下，实现1080P60（1920×1080）全高清视频传输，为卫星视频会议提供了高效率、高质量的音视频传输方式。此设备采用数据分集、帧内像素估计和帧间差错预测等技术，可实现数据丢包10%的情况下，视频流畅无卡顿。H.265编码标准同时可支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清视频，可以让卫星视频会议进入“超高清时代”[7]。

VoIP 即基于IP 的语音传输（Voice Over IP），是对语音进行数字编码压缩处理，然后通过网络进行传输的通话技术[8]。其核心与关键设备是语音网关，将电话号码与IP 地址进行映射，并完成呼叫处理、数据打包、路由转换等功能。VoIP 语音网关不仅可以在卫星网内进行话音通信，还可以接入程控交换机，进而实现与市话的互通。

1.2 终端站

VSAT 卫星通信网要求在国内任意地方均可与中心站进行通联，因此终端站必须可以适应各种地形，可以快速到达与开通。本文讨论的终端站分为便携终端站（以下简称车载站）和车载终端站（以下简称便携站）。

1.2.1 车载站

车载站即是将小型化的卫星通信设备安装在通信车上，以充分利用车载平台的机动性和灵活性，同时采用卫星动态跟踪等技术，可保证卫星通信的快速部署开通[9]。车载站具有会议室功能，可作为前方指挥所使用。

图3 车载站组成框图

如图3所示，车载站配备控制终端、音视频遍解码设备、融合网关等设备，可与中心站之间进行数据传输、视频会议、VoIP 话音等通信。

融合网关是功能强大的网络话音设备，接口丰富，不仅可以连接普通电话机，还可以接入四线话音，如短波、超短波、本地音频等接入网关，实现话音转接功能。可与综合网关配套使用，组成VoIP 话音专网。

1.2.2 便携站

卫星便携站是采用采用小型化技术，可以实现单人携带使用的卫星通信系统。便携站具有重量轻、结构简单、使用方便等优点，可以顺利达到道路不便的地方，与车载站形成有效互补。

便携站同样具有数据传输、视频会议、VoIP 话音等功能。如图4所示，移动控制终端、便携式音视频业务终端等设备提供无线路由器接入便携站卫星信道设备。

图4 便携站组成框图

便携式音视频业务终端采用高度集成设计，实现一体化、轻量化。业务终端内置摄像头、麦克风、扬声器、视频编解码板卡，各项遍解码指标与H.265高效视频编码设备相当。便携站信道设备内置VoIP 语音板卡，具有话音压缩、编码、转换等功能，可连接二线话机使用。

2 功能应用设计

根据上述中心站和终端站的功能配置，VSAT 卫星通信网可提供视频会议、VoIP 语音传输、上网及数据传输等功能。

任意终端站可通过卫星通信链路通过中心站访问应急管理信息网或者与中心站进行数据传输。上网及数据传输功能相对简单，下面主要研究视频会议和VoIP 语音通信。

图5 视频会议业务框图

图6 VoIP语音业务框图

2.1 视频会议

在VSAT 卫星通信网中，视频会议通常由中心站发起，各地车载站和便携站参与。中心站有一个音视频业务服务器，是视频会议业务的枢纽。音视频业务服务器连接中心站信道设备、中心站图像遍解码设备、会议室会议终端等，接收远端站通过卫星传输来的多路音视频数据，并将其转发给图像遍解码设备或者会议终端，同时将图像遍解码设备或者会议终端的音视频数据复制分发给远端站，实现音视频的调度分发。

中心站和车载站还配有16×16的音视频矩阵，可实现本地16路音视频的相互切换，提高了视频会议的内容丰富度和使用灵活性。中心站和车载站均配有硬盘刻录机，可以实时保存会议音视频数据，作为会议记录长久保存。

2.2 VoIP 语音通信

VoIP 话音功能在终端站与中心站之间进行。中心站配有综合网关，负责VSAT 卫星通信网内号码规则管理，并通过E1接口连接程控，可实现中心站与终端站的话路互通。

车载站配有融合网关，通过注册方式注册到中心站综合网关，获得相应号码段，即可通过电话机与中心站实现VoIP 话音通信。融合网关具有模拟话音接口，可给本地各路模拟音频配置相应号码，并接入VoIP 话音通信中。

便携站是内置的语音网关模块，通过注册方式注册到中心站综合网关，获得相应号码，连接电话机即可与中心站进行VoIP 话音通信。

3 结束语

本文对VSAT 卫星通信网的功能应用做了深入的探究，通过介绍中心站、车载站、便携站的功能组成，对地图影响、数据传输、视频会议、VoIP 语音等功能的详细研究，给出了一套详细的VSAT 卫星通信网业务功能应用方案。此方案内容丰富、实用性强，可以满足众多卫星通信网的应用需求。