走向?qū)拵Щ腣SAT衛(wèi)星通信
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寬帶化推動新業(yè)務的發(fā)展
VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)正從單一窄帶業(yè)務的衛(wèi)星通信網(wǎng)，向一個融合電信、廣播、計算機的寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡發(fā)展，將成為未來電信系統(tǒng)的重要組成部分。依賴地面超大容量光纖網(wǎng)以及空間寬帶衛(wèi)星網(wǎng)，用戶設備可以方便地直接接入全國或全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡。
VSAT用戶利用架設在辦公室或住宅的VSAT設備，可方便地接入衛(wèi)星通信網(wǎng)。用戶還可按照業(yè)務的需要來自適應地使用衛(wèi)星網(wǎng)絡的資源，并構造它與衛(wèi)星網(wǎng)絡的拓撲結構（一跳或兩跳）。用戶設備是一個小口徑的天線（0.6米以下），一個附在天線上的筆記本式室外單元和一個筆記本式的室內(nèi)單元。用戶的辦公和生產(chǎn)設施可以像接在地面設備一樣地接在VSAT設備上。
VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供的業(yè)務包括電信業(yè)務、計算機互聯(lián)業(yè)務，以及數(shù)據(jù)、音頻、視頻等廣播業(yè)務。隨著網(wǎng)絡的寬帶化，VSAT衛(wèi)星通信在提供傳統(tǒng)的話音、數(shù)據(jù)等交互業(yè)務的同時，發(fā)展了遠程教育、遠程醫(yī)療、電視會議等。隨著廣播業(yè)務的發(fā)展，利用衛(wèi)星通信的廣域覆蓋特性和寬帶衛(wèi)星廣播技術，還可實現(xiàn)新聞和數(shù)據(jù)分發(fā)、廣播、數(shù)據(jù)音頻視頻廣播到戶、衛(wèi)星尋呼、Web廣播、視頻點播、IP數(shù)據(jù)音頻和視頻廣播等。寬帶衛(wèi)星數(shù)據(jù)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、電子郵件、電子商務和金融證券等。
寬帶化VSAT通信系統(tǒng)
衛(wèi)星網(wǎng)絡的寬帶化趨勢體現(xiàn)在超大容量的衛(wèi)星和星卒系統(tǒng)的發(fā)展上。超大容量的衛(wèi)星和星座系統(tǒng)不斷擴展新的寬帶工作頻段，在使用傳統(tǒng)衛(wèi)星通信L、C和Ku波段的基礎上，大大推動了更寬帶寬的Ka波段的采用。大容量衛(wèi)星和星座系統(tǒng)還促進了一系列新技術的發(fā)展：軌道調(diào)整的發(fā)動機技術、高效太陽能電池和蓄電池技術、星上轉發(fā)器數(shù)量的增加、超大口徑的衛(wèi)星天線和多波束天線、大發(fā)射功率的衛(wèi)星轉發(fā)器、衛(wèi)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(wèi)星之間的通信鏈路，適應了衛(wèi)星寬帶業(yè)務發(fā)展的需要。超大容量衛(wèi)星支持多種寬帶衛(wèi)星直播業(yè)務和便攜式手持式衛(wèi)星終端的使用。大容量衛(wèi)星和星座系統(tǒng)帶可進一步支持寬帶互連網(wǎng)和移動衛(wèi)星通信，如Teledesic：使用288顆低軌衛(wèi)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(wèi)星和63顆低軌衛(wèi)星（Motorola公司）；Skybridge：使用80顆低軌衛(wèi)星（勞拉公司）。
目前，VSAT地球站是經(jīng)過一個主站接入寬帶網(wǎng)絡，實現(xiàn)相應的通信、廣播、計算機互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的。衛(wèi)星地球主站通過衛(wèi)星網(wǎng)關、編碼器、條件接收發(fā)送設備、DVB/IP復接器、調(diào)制器、變頻器發(fā)送設備、接收設備、變頻器、變頻器、解調(diào)器等與衛(wèi)星鏈路相接。衛(wèi)星地球主站通過地面網(wǎng)關與地面寬帶網(wǎng)絡相連。衛(wèi)星地球主站的網(wǎng)絡管理、業(yè)務服務器等設備連成一個局域網(wǎng)。隨著大容量衛(wèi)星和衛(wèi)星星座系統(tǒng)的發(fā)展，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)主站的功能將由大容量衛(wèi)星或星座系統(tǒng)的星上系統(tǒng)的處理功能來實現(xiàn)。
VSAT設備實現(xiàn)了智能化，而且簡單可靠。它成本低，地面接口靈活，有GPS全球定位功能，可變數(shù)據(jù)速率和傳輸帶寬，可以不同的拓撲方式和多址方式接入衛(wèi)星通信網(wǎng)。所以，它可以呈星狀網(wǎng)結構進行數(shù)據(jù)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)絡管理等業(yè)務，也可以呈網(wǎng)狀網(wǎng)進行話音數(shù)據(jù)傳輸，舉行各種會議。VSAT技術的進步表現(xiàn)在：新工作頻段的采用、集成電路技術的進展、通信規(guī)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(wèi)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。隨著業(yè)務從窄帶向?qū)拵Оl(fā)展，出主站鏈路數(shù)據(jù)速率不斷提高，從幾Mbit/s到幾十Mbit/s；入主站鏈路的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式，有基于互連網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)格式。VSAT衛(wèi)星通信的寬帶廣播，可以廣播數(shù)據(jù)音頻視頻、也可以實現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的下載。
入主站鏈路有多種衛(wèi)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，稱為外交互方式，而把采用入主站鏈路稱為內(nèi)交互方式。傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信多址接入方式是時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）。它們是把衛(wèi)星轉發(fā)器的資源，按時間分成時隙、按頻率分成頻道、或者按正交的編碼波形分成碼道，由各個地球站按照固定分配方式、隨機競爭方式、或者動態(tài)分配的方式來使用。所謂動態(tài)競爭方式，轉發(fā)器資源由主站來管理，用戶站接入時，先使用固定分配方式或隨機競爭方式來申請，主站分配給用戶地球站使用，使用完了歸還給主站。
隨著大容量VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡以及寬帶接入業(yè)務的發(fā)展，主站接入設備的容量日益增大，用戶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。時分多址方式要求用戶站的接入時隙寬度變化范圍增大，頻分多址方式要求用戶站發(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，可以方便地實現(xiàn)寬帶多址接入：例如多載波（多頻率）時分多址，多載波碼分多址等。目前技術成熟的是多頻率時分多址。
多頻率時分多址設置有多個頻段（多個載波），每個頻率又劃分成時間幀和時隙。各個用戶地球站可以使用特定的頻率和特定的時隙進行接入申請，根據(jù)申請的業(yè)務，得到相應的頻率和時隙。對于寬琮業(yè)務申請，用戶可以再在一個頻率上，用一個時隙或多個時隙進行接入業(yè)務傳輸；也可以在幾個頻率上，用多個時隙進行接入業(yè)務傳輸。根據(jù)系統(tǒng)接入的特點，系統(tǒng)在接入信道上設置了不同的時隙：用戶接入申請的時隙，用戶業(yè)務傳輸?shù)臉I(yè)務時隙，校正用戶地球站發(fā)送時間和頻率的粗同步時隙，以及校正發(fā)送時間和頻率的精同步時隙。
寬帶VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路往往是不對稱的，前向鏈路和反向鏈路的轉發(fā)器資源的配置要和業(yè)務的特性相匹配。寬帶VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要設計和配置接入信道的資源、多載波數(shù)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)務量條件下的接入時延和接入成功率的要求。寬帶VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)往往有多種業(yè)務同時工作，系統(tǒng)的配置和設計只能適應總體的要求，為了適應各種業(yè)務的具體要求，還應該對不同業(yè)務設置各自的優(yōu)先級，調(diào)整整個系統(tǒng)對不同業(yè)務的適應性。
VSAT通信網(wǎng)的通信規(guī)程協(xié)議
VSAT衛(wèi)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。這時針對不同的衛(wèi)星信道，設備必須配置不同的通信軟件。由于衛(wèi)星通信必須支持網(wǎng)絡管理和多址接入的控制，衛(wèi)星通信業(yè)務的綜合化必須傳輸多種業(yè)務，例如電信、計算機數(shù)據(jù)、以及數(shù)據(jù)音頻視頻廣播，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)必須支持通信規(guī)程協(xié)議。
衛(wèi)星通信規(guī)程要考慮傳輸?shù)臉I(yè)務以及相應的規(guī)程協(xié)議。例如音頻視頻廣播的數(shù)據(jù)結構和規(guī)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。隨著寬帶VSAT通信的發(fā)展，通信規(guī)程要支持交互通信，特別是寬帶交互通信業(yè)務。衛(wèi)星通信規(guī)程要考慮網(wǎng)絡管理的規(guī)程協(xié)議，例如常用的SNMP（Simple Network Management Protocol），而SNMP是建立在UDP/IP提供服務的基礎上的。衛(wèi)星通信規(guī)程要考慮用戶站接入時介質(zhì)訪問控制，以及衛(wèi)星鏈路差錯控制對通信規(guī)程的影響。
TCP/IP支持計算機互聯(lián)網(wǎng)通信，支持網(wǎng)絡管理SNMP，也可以支持數(shù)據(jù)音頻視頻廣播，在衛(wèi)星網(wǎng)絡使用TCP/IP上運行各種業(yè)務和在地面網(wǎng)絡一樣方便。為了支持電信業(yè)務，可以把信令作為數(shù)據(jù)分組來傳輸；為了支持數(shù)據(jù)音頻視頻廣播，可以把它們作為數(shù)據(jù)分組來傳輸，也可以把數(shù)據(jù)分組放在數(shù)據(jù)音頻視頻廣播的一個通道上廣播（TCP/IP over DVB）。目前研究最多的是VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)怎樣運行TCP/IP協(xié)議。
但是在VSAT衛(wèi)星網(wǎng)上使用TCP/IP也遇到困難，包括衛(wèi)星傳輸?shù)拈L時延、衛(wèi)星信道比地面信道高的差錯概率、用戶站多址接入的介質(zhì)訪問控制和資源共享與分配等問題。
針對衛(wèi)星信道固有的長時延，人們在TCP/IP協(xié)議上已經(jīng)做了許多工作，例如：協(xié)調(diào)接收緩區(qū)和發(fā)送窗口，定義選擇重發(fā)模式，協(xié)調(diào)慢啟動和擁塞控制的參數(shù)。針對衛(wèi)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、干擾抑制技術來改善信道的傳輸特性。現(xiàn)在重視研究衛(wèi)星通信的數(shù)據(jù)鏈路層和介質(zhì)訪問控制層，使它與TCP/IP協(xié)議匹配。將通信鏈路的差錯由數(shù)據(jù)鏈路層和介質(zhì)訪問控制層來解決；鏈路的擁塞和多址接入的延遲和阻塞由TCP/IP協(xié)議來解決。
VSAT通信網(wǎng)的網(wǎng)絡管理
VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)是包括衛(wèi)星轉發(fā)器、衛(wèi)星通信主站、眾多用戶站的系統(tǒng)，它們分散在廣闊的地域，不間斷、全天候的工作著。為了保證系統(tǒng)正常有效地工作，必須對網(wǎng)內(nèi)各地球站的工作狀態(tài)及業(yè)務運行狀態(tài)進行監(jiān)視、控制和管理，需要一個網(wǎng)絡管理系統(tǒng)來支持它。網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)是VSAT網(wǎng)，特別是一個大型VSAT網(wǎng)運行好壞的決定因素。
網(wǎng)絡管理系統(tǒng)有一個設置在主站，集中的網(wǎng)絡管理計算機和相應的數(shù)據(jù)庫；在各個地球站和網(wǎng)絡設備上，有一個網(wǎng)絡管理計算機的代理設備，即網(wǎng)絡管理代理。網(wǎng)絡管理設備和網(wǎng)絡管理代理之間，需要通過衛(wèi)星通信網(wǎng)的通信信道進行數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡管理的通信應該和業(yè)務通信并行使用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，它們的區(qū)別只是數(shù)據(jù)結構不同。網(wǎng)絡管理的通信業(yè)務和數(shù)據(jù)通信業(yè)務共享衛(wèi)星通信，但只占用通信鏈路業(yè)務的一個小部分，管理著整個衛(wèi)星通信網(wǎng)。
VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡監(jiān)控管理包括：
*系統(tǒng)結構和配置管理
*用戶VSAT站的注冊管理
*用戶VSAT站的業(yè)務管理
*VSAT站條件接收的管理
*系統(tǒng)運行狀態(tài)管理
*操作員和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的后處理
網(wǎng)絡監(jiān)控管理必須是實時的，且要求具有按需及定期監(jiān)視的功能。通過對網(wǎng)絡各單元抽樣及收集數(shù)據(jù)對VSAT網(wǎng)進行監(jiān)視。
VSAT網(wǎng)絡管理監(jiān)控能力之一就是事件監(jiān)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(guī)定時間并存入中柜站的網(wǎng)絡管理計算機數(shù)據(jù)庫中，達到給定等級嚴重的告警（操作員設置的）要通過操作員接口送給操作員。
監(jiān)控分級系統(tǒng)的另一功能是切換系統(tǒng)中的備份設備。價格低廉的VSAT很少有備用系統(tǒng)，但中心站的故障將關系到全網(wǎng)的工作，都設有備份。管理系統(tǒng)必須了解所有工作和備分設備的狀態(tài)，并根據(jù)需要進行設備的切換。
為了實現(xiàn)上述功能，必須建立網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，在網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)庫中儲存網(wǎng)絡配置、VSAT站注冊、VSAT站業(yè)務、系統(tǒng)運行時的VSAT站、數(shù)據(jù)鏈路、衛(wèi)星通信鏈路等各種信息。在實現(xiàn)系統(tǒng)管理的過程中，不斷從數(shù)據(jù)中獲取信息，并更新數(shù)據(jù)庫信息，實現(xiàn)系統(tǒng)的實時或非實時管理。
VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的監(jiān)控管理還包括操作人員的工作，網(wǎng)絡管理要提供很好的人機界面，使操作員方便、迅速地介入、確保操作員隨時了解網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)影響網(wǎng)絡正常運行的變化，便可迅速而有效地進行管理。網(wǎng)絡管理系統(tǒng)操作員接口可采用樹形結構，便于操作員對系統(tǒng)中不同層次進行監(jiān)視與管理，隨時了解全網(wǎng)及其子系統(tǒng)的狀態(tài)及運行的情況。
根據(jù)操作人員的要求，網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)收集并提供有關網(wǎng)絡狀態(tài)、性能及操作的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)、產(chǎn)生相應的報告并歸檔，以滿足長期管理的需要。
VSAT網(wǎng)有兩種基本類型，即單用戶專用網(wǎng)及共享中樞站網(wǎng)。這兩種網(wǎng)絡的監(jiān)控管理功能相似，但亦存在一些明顯區(qū)別。因此網(wǎng)絡管理系統(tǒng)必須與網(wǎng)絡設計結合起來，并要求具有一定的靈活性，以滿足不同用戶的各種需求及支持網(wǎng)絡的運行功能。對于專用網(wǎng)來說，通常情況下只需一個管理中心進行網(wǎng)絡的監(jiān)視與控制，而共享中樞站網(wǎng)不僅要求有主站操作員進行最高級操作與控制，且必須具有每個用戶對共享系統(tǒng)的管理功能。各個虛擬子網(wǎng)分中心必須有重組和測試各用戶設備邏輯歸屬的能力。并能使這些功能在實現(xiàn)過程中共享設備的其它用戶完全透明。
網(wǎng)絡管理功能分實時處理和非實時處理兩種，實時處理的網(wǎng)絡管理任務通過全網(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)絡管理計算機完成。非實時處理由安裝在中樞站的、具有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)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)務服務；往往不是一個單一的網(wǎng)絡，而多個網(wǎng)絡的集合；總是包括了多個業(yè)務子網(wǎng)，而這些子網(wǎng)又希望有獨立的網(wǎng)絡管理。
VSAT衛(wèi)星通信發(fā)展的一個方向，是在網(wǎng)內(nèi)建立多個虛擬子網(wǎng)，或者說是將多個小型的網(wǎng)絡合并成為一個大型的綜合使用衛(wèi)星轉發(fā)器、系統(tǒng)設備、以及網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)。各個虛擬子網(wǎng)可以屬于不同的業(yè)務或行政管理部門，它們共享統(tǒng)一的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)。
基于強有力的衛(wèi)星網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，各個虛擬子網(wǎng)獨立地管理各自設備的注冊、入網(wǎng)、退網(wǎng)；調(diào)整各自設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮?shù)、傳輸?shù)膬?yōu)先級、時延和業(yè)務數(shù)據(jù)流的成熟概率；記錄業(yè)務過程和網(wǎng)絡資源使用的情況?！ ≌麄€網(wǎng)絡的管理系統(tǒng)記錄虛擬子網(wǎng)的管理，并協(xié)調(diào)全網(wǎng)的資源和設備的分配、擁塞和路由的控制、優(yōu)和無級的協(xié)調(diào)，使整個網(wǎng)絡和各個虛擬子網(wǎng)都正常的運行。
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