一种异构VSAT卫星通信网架构*

王圣森

(中国舰船研究设计中心 武汉 430064)



一种异构VSAT卫星通信网架构*

王圣森

(中国舰船研究设计中心 武汉 430064)

我国很多单位、企业已经或未来将进行合并重组,合并后的VSAT卫星通信网络存在多种技术体制,互联互通困难,无法满足合并后新的业务需求。为此,论文总结合并后新VSAT卫星通信网建设面临的共同问题,建立能普适性反应合并前现状的系统模型,在此基础上,深入探究应用需求,并在最大化利用现有建设资源的前提下,构建一种异构VSAT卫星通信网架构,提出对应的实施方法。

VSAT; 异构; 网络架构

Class Number TN915

1 引言

随着海洋强国战略发展需要,很多单位、国家部门、企业已经或未来将进行合并重组。合并后,VSAT卫星通信网由于原各单位分开建设,且性能有限,出现了互联互通困难,无法满足新业务需求等问题。为此,迫切需要以整合利用原有资源为前提,展开新的VSAT卫星通信网建设。

虽然每个单位具体建设情况各有差异,但是普遍面临以下几类主要问题:

· 合并前各单位采用多种技术体制,无法互联互通;

· 采用星状网络结构,两跳通信时延约为1s左右[1],严重影响通信质量;

· 某些国家事业部门无主站,信息从公网主站“落地”,信息安全无法保障;

· 合并后需要同时通信的船只猛增,原有主站无法满足需求。

为解决以上问题,支撑合并后新时期VSAT卫星通信网建设,论文建立能普适性反应合并前现状的系统模型,深入探究应用需求,并提出了一种异构VSAT卫星通信网络架构以及实施方法。

2 系统模型描述

新的VSAT网络建设必须充分考虑现状,为此,研究需先提出一个具有普适性的现有系统模型。该系统能反映各种现状对合并后VSAT卫星通信网建设的影响。有影响的因素主要包括:

· 合并前的原各单位采用了多种技术体制,更为复杂的是,同一单位采用多种技术体制。据调查,目前采用的技术体制主要有:iDirect产品[2]、SatNet产品[3]、ViperSat产品[4]、SkySwitch产品[5]等。

· 之前并无主站或只有一个能力有限的主站,相对而言,第二种情况下开展建设的难度更大;

· 合并后,单位建制可能是全国一个中心或全国下设多个分中心;

· 参与合并的只是原单位的一部分,只有远端站被合并,主站仍然为原单位所有。

论文按最复杂的情况建立系统模型,这样,所提架构才能用于更为简单的情况。假定三家单位(A、B、C单位)进行合并,其中C单位只是部分合并。合并后的单位按区域下设三个分中心,并在北京设有总部。合并前,A单位使用SatNet产品,入自建主站;B单位主要使用iDirect产品,也有少部分使用ViperSat产品,入公共主站;C单位只配有C波段小站,使用SkySwitch产品,入原单位主站。合并后,原A单位的主站归新成立单位所有,但该主站能力有限,C波段转发器带宽为10MHz,Ku波段转发器带宽为20MHz。

3 VSAT通信网建设需求分析

VSAT通信网建设应紧贴业务需求,下面就建设需求进行分析。

1) 信息安全需求

许多合并重组单位的信息都十分敏感,如科考数据、执法数据等,建设过程应考虑:

· 可控的卫星转发器:采用国内卫星运营商的转发器资源。

· 独立的主站:避免与其他网络共用网管、控制中心和传输系统。

2) 业务种类与发生场景

这些单位建设VSAT通信网主要用于传输业务相关信息,广播业务较少,上下行信道基本对等。因此,单船出航时通信业务主要发生在船岸间;编队出航时,VSAT通信业务还发生于船舶编队旗舰间,编队内主要为视距,可采用超短波通信,但不排除特殊非视距情况需以VSAT进行的可能性。

3) 原有投资效用最大化需求

新VSAT卫星通信网建设应立足于建设现状,最大程度发挥原有投资效用。

4 异构VSAT卫星通信网架构与实施建议

本节围绕拓扑结构、主站建设、远端站建设、互联互通问题解决方案等方面提出一种异构VSAT卫星通信网架构和实施建议。

1) 网络拓扑结构

基于需求分析,新VSAT卫星通信网应采用星/网混合组网架构,这样既可以保证通信需求,又可以降低建设成本。其中,主站与各远端站节点之间采用星状组网,编队旗舰节点间采用网状组网,从而保证主站与海上节点之间、编队旗舰之间、编队旗舰与编队普通船之间单跳通信。

2) 主站建设

在现有投资基础上,星/网混合VSAT卫星通信网的主站建设有两种方式,一是采用单主站方式,即对原A单位主站进行扩容和星/网混合组网改造;二是采用双主站方式,即新建一个主站,并对原A单位主站进行星/网混合组网改造。本文建议采用第二种方案,主要基于以下考虑:

· 建立两个主站实现两个主站异地备份,保证主站具备电信级运营可靠性;

· 如采用单主站,大量的原有iDirect产品都需要重新换装,每个新SatNet调制解调器的价格至少为五万元;

· iDirect主站扩充能力强,且iDirect产品在帧效率、设备集成度、波束自动切换方面具有优势。

3) 远端站建设

首先综合考虑所租用卫星转发器在该分区的覆盖情况与现有设备情况为每个分区设置一个主波段。各分区主波段的选择还应统筹全国情况考虑,尽量做到转发器带宽负载均衡,最大化所租用转发器的资源利用率。

同时装有C和Ku波段船载站的大型船分别采用iDirect和SatNet产品,具体配置根据分区的原有配置情况决定,以尽量降低改造工作量,同时每个分区配置保持一致。

只配置C或Ku波段的小型船选择与分区一直的产品。例如,某分区主波段为C波段,且大型船C波段采用iDirect产品,则该分区小型船应尽量配置C波段船载站,并使用iDirect产品,这样在星/网混合组网条件下小型船可以和旗舰船进行单跳通信。

建设实施过程中,新造船统一按所属分区配置情况装配,已有船按以下方案整改:

· 由于调制解调器与天线接口都是统一的,可以统筹规划,统一调配现有船上iDirect、SatNet调制解调设备,保证原有设备利用,在此基础上按需增加星/网混合组网调制解调器;

· 目前ViperSat船载站信息只能通过公共主站“落地”,存在信息安全隐患,且设备数量相对较少,建议由设备单位折旧回收,并根据各分区配置情况换装iDirect或SatNet调制解调器;

· 原C单位采用SkySwitch产品,且原单位有自建主站,可以沿用,信息传输依然从原主站“落地”,Ku波段按分区配置情况加装新产品。

4) 互联互通方式

按以上架构建设后,既充分考虑了原有建设现状,也已拥了解决互联互通问题的基础,只需在主站进行相应的网关、路由等配置,下面对互联互通方式进行介绍:

· 同一分区船首选主波段进行单跳互通,主波段不可用时(设备故障或所处位置覆盖信号不满足要求),一艘船使用主波段、一艘船使用“副波段”,以“两跳+地面专线”互通,或双方都使用“副波段”,以单跳互通;

· 不同分区船间以“两跳+地面专线”互通;

· 无论主波段是否可用,船与各岸上中心间都能以“单跳+地面专线”互通;

· 对于装配SkySwitch设备的原C单位舰船,C波段信息需先在原单位主站落地,然后经地面专线与岸上各中心互通,或进一步经主站与其他船互通,Ku波段可直接经新主站“落地”。

5) 举例说明

为能准确说明总体架构,假设根据原有配置情况,按表1选定主波段和进行配置。

表1 主波段与设备配置

另外,原C单位已有舰船装配的SkySwith设备不变。

新VSAT卫星通信网实际包括两个主站:分区2 SatNet主站和分区1 iDirect主站,以及五张子网:分区2 SatNet主站C波段与Ku波段子网、分区1 iDirect主站C波段与Ku波段子网、原C单位SkySwitch主站C波段子网,分别称为子网1～5,前四个子网都是星/网混合组网。

按以上主波段选取情况,为子网1分配较多C波段资源,剩下小部分分配给子网3;为子网4分配较多Ku波段资源,剩下小部分分配给子网2。

这样,各节点间互联互通方式如表2所示,其中,备用状态指通信的一方或双方的主波段船载站设备故障或主波段信号不好。

表2 互联互通途径

由表2可以看出,新提出的架构能保证主站与船上两个波段小站的互相冗余备份,提高了系统可靠性。

5 结语

本文总结了现有单位合并后VSAT卫星通信网普遍面临的问题,建立了普适应的现状系统,分析了合并后VSAT卫星通信网业务需求,提出了一种异构VSAT卫星通信网架构和相应的实施建议。所提架构和实施建议既能解决目前面临的互联互通困境,有效利用原有投资,还能保证主要通信场景的单跳通信需求,是实际工程实施的有效、可行参考。

[1] 王跃新.VSAT卫星通信系统设计与业务应用实施[D].北京:北京邮电大学,2010:14-15.

[2] iDirect公司.iDirect方案及产品介绍[EB/OL].[2015-07-30].http://www.docin.com/p-438115423.html.

[3] 北京迅达多维科技有限公司.SatNet DVB-RCS系统介绍[EB/OL].[2015-07-30].http://www.link-well.net.cn/system/.

[4] Comtech EF Data. ViperSat实时动态SC PC(DSCPC)介绍[EB/OL].[2015-07-30].http://wenku.baidu.com/view/1e54fed084254b35eefd345e.html.

[5] SkySwitch网络介绍MCPC(多路单载波)/PSMA(包交换多址)技术[C]//北京:中国卫星应用大会,2010:156-162.

A Heterogeneous Network Architecture for VSAT Satellite Communication

WANG Shengsen

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064)

Since many departments and enterprises were or will be reorganized, the VSAT satellite communication networks is not impossible to meet the new requirements. In this paper, the common existing problems of current network are extracted firstly. Then a system mode that can generally reflect the former states is proposed. Finally, the new requirements are mined deeply, a new heterogeneous network architecture and corresponding implement recommendations is proposed on the basis of the consideration of efficiency maximization for existing equipments.

VSAT, heterogeneous, network architecture

2015年6月3日,

2015年7月29日

王圣森,男,博士,工程师,研究方向:卫星通信,舰船信息系统。

TN915

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.019