摘要：通過VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將先進管理手段延伸到作業(yè)現(xiàn)場，為油田管理ERP系統(tǒng)提供傳輸平臺，為生產(chǎn)遠程監(jiān)控和指揮調(diào)度提供信息通信保障?？紤]到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)所特有的覆蓋范圍廣、不受地理條件限制、建設(shè)周期短、且具有可搬移性，可重復(fù)利用、以及能夠迅速開通提供服務(wù)等優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)中還可加入車載站，以滿足緊急情況下應(yīng)急通信的需要。

關(guān)鍵詞：Ku波段；衛(wèi)星傳輸；視頻監(jiān)控

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7358-04

衛(wèi)星通信和現(xiàn)有的其它通信方式（如光纖通信和移動通信等）相比，具有通信容量大、覆蓋地域廣、不受地理條件限制和通信方式機動靈活等顯著優(yōu)點?？紤]到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)所特有的覆蓋范圍廣、不受地理條件限制、建設(shè)周期短、且具有可搬移性，可重復(fù)利用、以及能夠迅速開通提供服務(wù)等優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)中還可加入車載站，以滿足緊急情況下應(yīng)急通信的需要。從海上油田發(fā)展的角度來看，將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)擴展到海上平臺、船只或可搬移站，從而打造一個覆蓋全面、業(yè)務(wù)立體、資源利用高效的一體化通信平臺是十分有必要的。

1 系統(tǒng)設(shè)計要求

擬將位于油田總部的地面網(wǎng)絡(luò)延伸到邊遠油田和海上鉆井平臺。通過衛(wèi)星延伸，提供為測井生產(chǎn)監(jiān)控、指揮調(diào)度日常通信和自然災(zāi)害情況下的生產(chǎn)支持系統(tǒng)。此測井作業(yè)信息監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能為：

a、通過監(jiān)控視頻回傳和控制，提供為測井生產(chǎn)監(jiān)控、指揮調(diào)度日常通信和自然災(zāi)害情況下的生產(chǎn)支持系統(tǒng)。

b、為偏遠地區(qū)及海上平臺測井作業(yè)現(xiàn)場提供與油田總部之間的話音通信、油田ERP系統(tǒng)的互聯(lián)互通、因特網(wǎng)訪問以及作業(yè)現(xiàn)場情況回傳等任務(wù)。

c、向邊遠油田和海上鉆井平臺提供到油田總部的通信服務(wù)，并在需要時向作業(yè)船只提供船載通信服務(wù)。接入測井專用營房式方艙，支持現(xiàn)場應(yīng)急指揮通信，按需傳輸視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)、話音業(yè)務(wù)。

d、向其他公司提供業(yè)務(wù)支持便利，從而綜合利用衛(wèi)星通信資源。

e、遠端站之間實現(xiàn)話音和數(shù)據(jù)通信，比如任何兩個海上平臺測井作業(yè)現(xiàn)場或兩個車載遠端站之間。

f、在建設(shè)初期，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)由中心站和遠端站組成，中心站設(shè)在油田總部，遠端站都分布在作業(yè)現(xiàn)場，遠端站采用可搬移方艙式。

g、遠端站與中心站設(shè)計有傳輸兩路雙向話音，一路視頻和一路數(shù)據(jù)的能力。各遠端站之間設(shè)計為有傳輸話音和數(shù)據(jù)的能力。

2 系統(tǒng)分析

2.1 衛(wèi)星通信體制分析

2.1.1工作波段的選擇

本系統(tǒng)首選使用Ku波段，其優(yōu)點是：首先，工作頻率高，在同樣天線增益條件下，地球站天線口徑小，在同樣口徑下，地球站天線波束窄，降低了接收系統(tǒng)的成本；同時，目前Ku波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的EIRP和G/T值都比C波段高，降低了發(fā)射系統(tǒng)的成本；其次，緩解C波段頻段擁擠的情況，由于這個頻段遠離于地面無線電中繼通信頻段，不存在地面中繼與衛(wèi)星通信之間的相互干擾問題，因此，接收設(shè)備不必避開中繼站，允許設(shè)在城市區(qū)，節(jié)約了投入費用；再次，其租用的衛(wèi)星帶寬的費用要比C波段的低很多。

2.1.2中繼衛(wèi)星的選擇

中繼衛(wèi)星的選擇原則是：一、衛(wèi)星的覆蓋范圍；二、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在業(yè)務(wù)需求范圍的EIRP、 G/T和 SFD等與鏈路計算相關(guān)的參數(shù)；三、中心站和遠端站的天線仰角，天線仰角設(shè)計為不低于10度。根據(jù)這些原則我們選擇了AsiaSat-4號衛(wèi)星。

2.1.3衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用星狀+網(wǎng)狀的混合網(wǎng)絡(luò)拓撲，其中以星狀網(wǎng)為主，遠端站和中心站可進行話音、數(shù)據(jù)、視頻通信；以網(wǎng)狀網(wǎng)為輔，遠端站之間可進行話音、數(shù)據(jù)通信。

2.1.4 iDirect網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)

1）iDirect 星形/網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)

iDirect星形/網(wǎng)狀解決方案將星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的直接單跳遠端站之間連接結(jié)合起來。在星形網(wǎng)絡(luò)中，所有遠程終端與中心站直接連接。這是應(yīng)用程序（終結(jié)為互聯(lián)網(wǎng)、公共電話網(wǎng)絡(luò)或企業(yè)數(shù)據(jù)中心等公共點）的理想選擇。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，基于目的地IP地址，遠程終端可以將IP數(shù)據(jù)包直接發(fā)送至其它遠程終端。星形/網(wǎng)狀遠程衛(wèi)星路由器可以將標準入向信道和和中心站出向信道用于網(wǎng)狀控制信息。iDirect網(wǎng)狀網(wǎng)解決方案是使用與星狀網(wǎng)完全相同的入向MF-TDMA，來實現(xiàn)網(wǎng)狀通信。圖1為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2）下行信道

iDirect中心站是在下行信道傳輸?shù)男切?網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的唯一節(jié)點。需要從中心站發(fā)送到遠端站的IP數(shù)據(jù)包在所有遠端站均可接收的共享廣播信道上發(fā)送。每個遠程終端為運用獨特媒體存取控制（MAC）地址識別的數(shù)據(jù)包篩選輸入數(shù)據(jù)流，并將其發(fā)送至LAN端口。下行信道也可用于發(fā)送來自中心站網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）和動態(tài)帶寬分配變化的網(wǎng)絡(luò)控制信息。

3）網(wǎng)狀MF-TDMA上行信道

星形/網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的上行鏈路包括一個或多個共享D-TDMA信道，該信道提供了遠程終端之間和由遠端站返回到中心站的IP連接。在協(xié)議處理器中，基于動態(tài)帶寬分配算法，信道上的中心站為遠程終端分配了傳輸時隙。

因此，iDirect系統(tǒng)不僅具有功能強大的星狀網(wǎng)絡(luò)通信能力，還可實現(xiàn)遠端站之間的衛(wèi)星一跳通信連接，帶寬動態(tài)共享，工作在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的全部遠端站都可以實現(xiàn)互通，不需要人工干預(yù)。

2.1.5衛(wèi)星通信體制

該項目的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為一個中心站出向TDM載波，一個網(wǎng)狀入向TDMA載波和一個星狀入向TDMA載波組成。則通信體制即采用的是TDM/TDMA體制。

2.2業(yè)務(wù)功能設(shè)計

本系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能設(shè)計為：1）網(wǎng)絡(luò)連接；2）話音和傳真；3）視頻監(jiān)控和視頻會議；4）遠端站的“靜中通”的工作方式；5）網(wǎng)絡(luò)中的帶寬能實現(xiàn)自動的帶寬按需分配；6）完善的網(wǎng)管功能，具有完善的帶寬按需分配（BOD）功能和優(yōu)先等級（QoS）保證機制。提供TCP加速功能；7）具有高度可擴展性；8）系統(tǒng)工作在Ku頻段；9）遠端站選用具備“一鍵式”自動對星功能的天線；

2.3業(yè)務(wù)容量和載波設(shè)計

在該衛(wèi)星視頻傳輸及監(jiān)測系統(tǒng)中，用戶的業(yè)務(wù)分為VoIP話音、IP數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控以及視頻會議幾類，這幾種業(yè)務(wù)具有不同的特點。通常，話音和視頻業(yè)務(wù)屬于實時業(yè)務(wù)，享有較高優(yōu)先級，以保證其傳輸質(zhì)量。但除了固定的視頻監(jiān)控外，其它視頻業(yè)務(wù)，如應(yīng)急現(xiàn)場的視頻回傳、視頻會議多屬于偶發(fā)或少發(fā)業(yè)務(wù)，故在載波設(shè)計時可考慮與優(yōu)先級較低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共用帶寬。當有視頻業(yè)務(wù)時，優(yōu)先傳輸視頻業(yè)務(wù)。一旦傳輸完成，帶寬即可釋放給其他業(yè)務(wù)使用，從而使帶寬得到充分利用。

該項目的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為一個中心站出向TDM載波，一個星狀入向TDMA載波和一個網(wǎng)狀入向TDMA載波組成。根據(jù)載波分析，可以算出全系統(tǒng)總占用帶寬，由此可與衛(wèi)星公司聯(lián)系衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器租用事宜。

2.4系統(tǒng)功率配置

系統(tǒng)功率配置按照有200個遠端站進行功率配置，這樣在后期系統(tǒng)擴容則功率配置無需改變，系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)速率為2.256Mbps，同時支持中心站與遠端站之間的話音、數(shù)據(jù)及視頻通信和遠端站之間的話音和數(shù)據(jù)通信。

用戶中心站原有6.2米天線，遠端站采用1.2米Ku波段天線。

由于本網(wǎng)絡(luò)要求支持遠端站與遠端站之間的單跳通信，所以設(shè)計時首先考慮遠端站與遠端站之間采用256Kbps TDMA載波時的天線和功放配置情況。

則各站功率配置如下：中心站：40W，遠端站：10W。

3 系統(tǒng)設(shè)備

3.1 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)將采用星狀+網(wǎng)狀的通信拓撲方式，中心站采用6.2米口徑天線，遠端站采用1.2米可搬移方艙式遠端站，并需要考慮網(wǎng)狀業(yè)務(wù)傳輸要求。iDirect網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)體制示意圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)體制示意圖

3.2 中心站設(shè)計

中心站向遠端站廣播TDM載波，接收遠端站的TDMA回傳。

中心站由天線及自動跟蹤系統(tǒng)、射頻設(shè)備、衛(wèi)星通信信道設(shè)備和網(wǎng)管系統(tǒng)組成。天線口徑為6.2米。中心站天線圖3如下：

中心站的功能設(shè)計：1）網(wǎng)絡(luò)管理；2）實現(xiàn)與遠端站的數(shù)據(jù)通信；3）實現(xiàn)與遠端站的視頻傳輸；4）實現(xiàn)接入Internet；5）保證與遠端站的電話通信及接入市話網(wǎng)功能；6）保證遠端站與使用廠家局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)；7）中心站下行信道提供網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)控制（包括遠端站之間通信量的載波和時隙分配）信息的傳送通道。

3.3 遠端站設(shè)計

遠端站采用可搬移方艙式，方艙式移動站我們是將通信終端設(shè)備放置在一個集裝箱中，將衛(wèi)星天線安裝在集裝箱頂部，將通信終端設(shè)備、衛(wèi)星通信天線和集裝箱組合成一體，把集裝箱改裝成操作方艙，這樣整個衛(wèi)星通信終端有利于運輸和搬運，具備了VSAT衛(wèi)星通信的所有優(yōu)點：（圖4為遠端站設(shè)備連接示意圖。）

1）通信距離不受地理環(huán)境限制；2）組網(wǎng)靈活，建設(shè)周期短，擴展能力強；3）通信容量大、質(zhì)量高，支持寬帶多媒體業(yè)務(wù)；4）成本與距離無關(guān)，設(shè)備維護方便；5）安全、可靠的系統(tǒng)運行，保密性強；6）廣播和組播特性。

還具備了一些新的優(yōu)點：1）天線折疊收于集裝箱內(nèi)，便于運輸以及防止海上鹽霧腐蝕等；2）天線電動展開，自動尋星，組網(wǎng)方便；3）天線和操作方艙一體，不需要安裝，隨時可用。

4 系統(tǒng)擴展性分析

系統(tǒng)可擴展性主要按以下幾個部分分析：1） 覆蓋地區(qū)擴展；2） 頻段擴展；3） 設(shè)備的可擴展和兼容性；4） 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的擴展。

5 結(jié)論

通過VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將先進管理手段延伸到作業(yè)現(xiàn)場，為油田管理ERP系統(tǒng)提供傳輸平臺，為生產(chǎn)遠程監(jiān)控和指揮調(diào)度提供信息通信保障。

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