基于VSAT的大渡河流域VOIP应急调度通信系统设计

刘金全，邹　联

基于VSAT的大渡河流域VOIP应急调度通信系统设计

刘金全，邹联

（国电大渡河流域梯级电站集控中心，四川 成都 610041）

甚小孔径终端VSAT（VerySmallApertureTerminal）卫星通信系统具有速率高、微型化、建设周期短等优点，已在电力系统应急通信网建设中逐步得到广泛应用，VOIP（VoiceoverInternetProtocal）技术则将模拟声音信号数字化，使其可以在IP数据网络上传输。文中以大渡河流域VOIP应急调度通信系统为例，介绍了基于VSAT关键技术的大渡河流域VOIP应急调度通信系统建设案例，为今后进一步推广基于VSAT的VOIP应急调度通信系统在各个行业的广泛应用提供了积极的参考。

甚小孔径终端；VOIP；电力系统；应急通信系统

0　引言

随着国内水电事业的迅猛发展，为了提高水资源利用率，全国各大流域水电开发公司均在设立集控中心，以满足流域各梯级电站统一管理调度的需要。大渡河流域梯级电站集控中心是实施大渡河流域梯级水电站联合优化调度、提高水资源利用率、实现水电站发电效益最大化的运行、管理中心，主要采用地面光纤网络作为通信通道。近年来，由于四川地区地震、泥石流等自然灾害频发，对大渡河流域光纤通信网络造成重大影响，大渡河流域集控中心迫切需要建立一套应急调度通信系统作为传统PSTN通信系统的补充，在应急情况下为集控中心至流域各梯级水电站提供稳定、可靠的调度语音通信通道。甚小孔径终端[1，2]（VSAT，VerySmallApertureTerminal)卫星通信系统以其速率高、微型化、建设周期短等优点，已在电力系统应急通信网建设中逐步得到广泛应用，而VOIP[3，4]（VoiceoverInternetProtocal）技术则将模拟声音信号数字化，使其可以在IP数据网络上传输。文中以大渡河流域VOIP应急调度通信系统为例，介绍了基于VSAT卫星系统的VOIP应急调度通信系统的网络设计，阐述了VSAT卫星系统与VOIP技术紧密结合，在大渡河应急调度通信系统中的成功应用。

1　VOIP技术

VOIP的基本原理是使用基于IP数据网的分组交换替代电路交换实现传统的语音通信。其核心内容是：将传统语音信号通过一定的压缩算法进行处理生成IP数据包，所有IP数据包通过IP数据网进行传输，到达目的地后再将这些IP数据包重新组合并进行解码解压处理还原成传统模拟语音信号，从而实现基于IP数据网的传统语音通信。传统的1路语音数字电话带宽为64kb/s，而采用VOIP技术的1路语音数字电话带宽仅为8～11kb/s，带宽利用率提高了5～8倍。VOIP网络电话的核心是VOIP网络电话网关。VOIP网络电话网关不仅实现传统语音信号到IP数据包的相互转换，还具有网络路由功能，将用户拨打的被叫号码映射为目的电话网关的IP地址，最后将IP数据包通过Internet网络传到目的VOIP电话网关。

2　大渡河VSAT卫星通信系统

大渡河流域卫星通信系统采用星型结构，主要为中心站（集控中心）与远端站（各流域梯级水电站）。通信业务主要集中在中心站与远端站之间的各类自动化业务数据与VOIP语音数据，各远端站之间几乎无数据交互。大渡河流域卫星应急通信系统采用TDM/D-TDMA[5]卫星传输体制，对每个远端站做到了按需分配带宽，适合远端站突发性业务需求，使得整个卫星频带资源得到最高效的使用。目前整个系统租用的卫星转发器频谱带宽为1MHz，上行、下行传输频谱带宽各500kHz，经过一定的转换后换算成信息传输速率后上行、下行各约为600kb/s。

系统由1个成都中心站（集控中心）、7个大渡河流域远端站（瀑布沟电站、深溪沟电站、龚嘴电站、铜街子电站、枕头坝电站、大岗山电站、尼日河闸首）组成。远端站最大容量可扩容至20个站，覆盖整个大渡河流域各梯级电站。按照电力二次系统安全防护分区的相关规定，采用横向隔离纵向认证的方式实现不同业务数据之间的安全防护，成都中心站与流域各远端站均划分为3个VLAN，分别应用于不同的业务数据传输需求。由于系统采用的是星型网络结构，成都中心站是整个系统的核心节点，因此成都中心站侧的重要设备均采用1+1热备配置，例如功率放大器（BUC）、下变频器（LNB）、卫星调制解调器（MiniHub）等。成都中心站网络结构如图1所示。

图1　大渡河卫星通信系统中心站网络结构

3　基于VSAT的VOIP应急调度通信系统设计

3.1VOIP数据网络结构

大渡河VSAT卫星通信系统中心站与远端站均划分3个VLAN，其中VLAN30作为VIOP应急调度通信系统的专用VLAN。在中心站，集控中心配置有1台哈里斯1024用户的调度程控交换机，在交换机内部安装一块内嵌于哈里斯交换机的EEGIP网关板。EEG网关板前面板引出一条10/100M网络接口连接到VSAT卫星通信系统中心站的VLAN30交换机端口上，EEG网关板打开H.323协议的VOIP功能，为调度交换机提供了VOIP接口。在远端站，每个梯级电站配置1台SAG32VOIP网关，该网关提供2～32个模拟电话接口，通过一个10/100M网络接口连到VSAT卫星通信系统中心站远端站的VLAN30交换机端口上，实现模拟语音的IP数字化转换。这样集控中心通过VSAT卫星通信系统提供的IP数据网，可以将集控中心调度交换机上的模拟用户号码远程配置到各远端站的SAG32VOIP网关上，从而实现集控中心与各流域梯级电站建立的一套基于VSAT卫星通信系统的VOIP应急调度通信系统。该系统网络结构如图2所示：

图2　基于VSAT的VOIP应急调度通信系统网络结构图

3.2VOIP网关设备配置

中心站EEG网关板与各远端站SAG32网关的IP及媒体参数配置如表1所示。

各梯级电站的中控室配置2部应急VOIP电话，连接到SAG32网关上。当应急状况下，传统的PSTN通信通道中断时，集控中心调度员可以拨打各梯级电站的中控室的应急VOIP电话，实现通过VSAT卫星通道的应急调度语音通信，为集控中心至流域各梯级水电站提供稳定、可靠的调度语音通信通道。

3.3带宽分析

VSAT卫星通信系统根据流域各远端站VOIP电话网关定制的Qos策略和实际VOIP电话数量来分配相应的卫星带宽。系统实时监控成都中心站与流域各远端站的通信需求，以8次/s的速度实时动态调整带宽分配，这样的动态带宽调整非常适合突发性的VOIPTCP/IP[6]业务的网络应用。卫星通信系统作为地面光纤网络的备用通信通道，在地面光纤网络正常情况下无业务数据传输，只有很少一部分卫星通信系统网管Qos链路管理数据传输，因此在VSAT卫星通信系统的入向TDMA载波上的12个时隙（time-slot）中，每个远端站均只占用了1个时隙，用来传输网管数据，其余大部分时隙处于空闲状态，TDMA时隙使用情况如图3所示，工作时隙只有1/3。空闲时隙约占2/3。

表1　VOIP网关设备IP及媒体参数配置表

图3　VSAT卫星通信系统TDMA时隙占用图

系统入向载波流量数据监视图如图4所示，在入向TDMA载波上Qos网管数据流量很低，大约为2～5kb/s。实际测试3个远端站6部卫星应急VOIP电话同时启用时，流量大约为60kb/s，每部卫星应急VOIP电话实际占用带宽不到10kb/s。系统入向载波配置的带宽为634.57kb/s可供60部应急VOIP电话同时使用。

图4　卫星通信系统流量实时监视图

4　结束语

大渡河流域VOIP应急调度通信系统自投运以来，作为地面光纤网络的有效补充，为大渡河集控中心与流域各梯级水电站之间提供了稳定、可靠性的调度语音应急通信通道，满足了集控中心对应急通信通道高可靠性需求。文中以大渡河流域VOIP应急调度通信系统为例，详细介绍了基于VSAT关键技术的大渡河流域VOIP应急调度通信系统建设案例，为今后进一步推广基于VSAT的VOIP应急调度通信系统在各个行业的广泛应用提供了积极的参考。

[1]FelixLEM，PontesMS.Unavailabilityduetorainof；VSAT networksoperatinginKaandKubandsinBrazi[J]. InternationalJournalofSatelliteCommunicationsand Networking，2006，24（3）.

[2]高毫林，黄炎，张白愚.VSAT卫星信号中的邮件数据分析与提取[J].通信技术，2008，41（5）.

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[6]吴震，王辉.TCP性能增强代理在卫星网络中的应用[J].通信技术，2009，42（3）.

TN927+.2

B

1672-5387（2016）08-0079-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.024

2016-06-29

刘金全（1981-），男，工程师，研究方向：光纤通信系统与卫星通信系统在电力行业中的应用。