VSAT衛星通信多媒體視聽業務組網方式

2019-11-04 20:34:35

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　　通信技術發展到今天，一方面，打電話、發傳真、觀看電視節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；不同的網絡環境下，通過網關可以實現互操作，要求網絡兼容或可以進行協議轉換。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，視聽業務是多媒體業務的主要內容。在傳輸方面，超大容量的光纖/微波同步傳送網為多媒體業務的應用提供了相當寬松和便利的通道，但在山區以及偏遠地區，衛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。而多媒體視聽業務在衛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、現行的衛星圖像通信組網方式
　　VSAT系統是二十世紀90年代中期才得到廣泛應和的一種衛星通信方式，它以天線口徑小，射頻單元集成度高，發射功率低，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、醫療衛星、金融銀行、新聞廣播、交通運輸等行業的異地通信、異地結算以及遠程醫療和教學方面都得到了廣泛的應用。VSAT系統不僅可以提供稀路由話音業務和低速數據業務，而且能夠提供64kb/s至512kb/s的高速數據業務和E1/T1數字中繼。通過衛星傳輸會議電視業務，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。當通過衛星進行Internet訪問和一般對圖像質量要求不高的多媒體業務時，用128kb/s或256kb/s的速率是比較經濟合算的。VSAT系統傳送多媒體視聽業務有以下幾種方式。
　　
　　1.1點對點方式
　　
　　通過衛星系統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通信協議，連接Ｈ.320框架協議的會議電視終端。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，如中心黨校教育網，金衛遠程醫療教學網，中國人民銀行視像會議網。主會場終端采用ＨＤＬＣ協議，分會場采用ＨＤＬＣ/ＲＯ協議。通過網管控制，改變廣播源和接收者來組成不同的傳播網。接收者需要發言時，通過電話申請，網管可以為其建立一條回送通道，實現雙向通信。網絡雖然簡單，但當某城市需要多個會場時，就必須安裝多個衛星地面站，會議議程治理復雜，交互性能差。不能實現會議電視系統的許多功能。
　　
　　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衛星系統的會議電視網絡，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和衛星網管中心放在一起，以便衛星電路的調度和會議議程協調一致，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可以治理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，可以在與中心ＭＣＵ相連接的終端之間實現主席控制模式、語音控制模式和導演模式，中心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，網絡治理復雜，不能實現統一監控。但另一方面，由于衛星信道的一些缺點，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級聯方式
　　
　　采用2Mb/s的信道作為ＭＣＵ之間數字中繼的主從ＭＣＵ級聯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，另一種是突發性誤碼，表現為幀失步。進行誤碼測試（2Mb/s），誤碼為10E-5，且無幀失步發生時，若采用會議終端和ＭＣＵ直聯方式，可以正常開會；而采用ＭＣＵ級聯方式，則從ＭＣＵ有閃斷現象發生，甚至于失掉會場。一般認為，衛星信道的誤碼率為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，由于衛星終端站掉網現象時有發生以及噪聲的干擾，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遲滯的現象。因此，采用衛星鏈路進行ＭＣＵ級聯時，需慎重考慮。采用主從ＭＣＵ級聯方式組網時，帶來的好處是可以避免衛星網管的頻繁切換，而一般ＭＡＰ圖（衛星電路計劃表）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答應的。
　　
　　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，每個地區有8個會場，地區內有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.利用衛星鏈路進行網絡互聯
　　利用衛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，組成以衛星信道為數字中繼的廣域網（ＷＡＮ）。石油衛星數據網就是通過ＶＳＡＴ衛星系統網管中心定義一條雙向數據信道，衛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，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，可以實現遠程登錄、ＦＴＰ訪問、ＷＷＷ瀏覽、發送和接收E-mail，進行數據、報文、網頁和活動圖像等多媒體業務的傳送。由于網絡中的時延大于衛星鏈路的時延，對于時效性要求不嚴格的業務，用戶將感覺不到衛星鏈路的影響。但一些實時性業務，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衛星通信網
　　ＤＡＭＡ（按需分配多址）是衛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，可以實現頻帶共享，當某一個用戶需要和另一用戶通信時，網管系統分配給它一對載波（ＳＣＰＣ方式）或一對時隙（ＴＤＭＡ方式），當通話結束時，系統將自動釋放這一段頻帶資源，供后續接入的用戶占用。由于衛星通信所覆蓋的區域是跨多時區的，不同時區的用戶通信高峰期一般會錯開一個時間段，分析石油衛星通信網中采用ＤＡＭＡ方式的話務量數據時發現，東部地區要比西部地區的話務量高峰期早1-2小時。同樣，現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中的基本技術。并且，ＩＰ方式也可以像衛星通信一樣有廣播方式。假如能夠將電路分配的ＤＡＭＡ技術和網絡中的ＩＰ技術結合起來，用于新一代的衛星通信系統中，必將給ＩＰ和多媒體技術在衛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，用戶發出的是訪問請求、本端狀態、設備預備等簡短的握手信息。相反，網絡向用戶除了廣播路由表，發送握手信號，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，還需建立衛星網的廣播信

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