王圣森

(中國艦船研究設(shè)計中心 武漢 430064)

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一種異構(gòu)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)架構(gòu)*

王圣森

(中國艦船研究設(shè)計中心 武漢 430064)

我國很多單位、企業(yè)已經(jīng)或未來將進行合并重組,合并后的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)存在多種技術(shù)體制,互聯(lián)互通困難,無法滿足合并后新的業(yè)務需求。為此,論文總結(jié)合并后新VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè)面臨的共同問題,建立能普適性反應合并前現(xiàn)狀的系統(tǒng)模型,在此基礎(chǔ)上,深入探究應用需求,并在最大化利用現(xiàn)有建設(shè)資源的前提下,構(gòu)建一種異構(gòu)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)架構(gòu),提出對應的實施方法。

VSAT; 異構(gòu); 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

Class Number TN915

1 引言

隨著海洋強國戰(zhàn)略發(fā)展需要,很多單位、國家部門、企業(yè)已經(jīng)或未來將進行合并重組。合并后,VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)由于原各單位分開建設(shè),且性能有限,出現(xiàn)了互聯(lián)互通困難,無法滿足新業(yè)務需求等問題。為此,迫切需要以整合利用原有資源為前提,展開新的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè)。

雖然每個單位具體建設(shè)情況各有差異,但是普遍面臨以下幾類主要問題:

· 合并前各單位采用多種技術(shù)體制,無法互聯(lián)互通;

· 采用星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),兩跳通信時延約為1s左右[1],嚴重影響通信質(zhì)量;

· 某些國家事業(yè)部門無主站,信息從公網(wǎng)主站“落地”,信息安全無法保障;

· 合并后需要同時通信的船只猛增,原有主站無法滿足需求。

為解決以上問題,支撐合并后新時期VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè),論文建立能普適性反應合并前現(xiàn)狀的系統(tǒng)模型,深入探究應用需求,并提出了一種異構(gòu)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及實施方法。

2 系統(tǒng)模型描述

新的VSAT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須充分考慮現(xiàn)狀,為此,研究需先提出一個具有普適性的現(xiàn)有系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)能反映各種現(xiàn)狀對合并后VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè)的影響。有影響的因素主要包括:

· 合并前的原各單位采用了多種技術(shù)體制,更為復雜的是,同一單位采用多種技術(shù)體制。據(jù)調(diào)查,目前采用的技術(shù)體制主要有:iDirect產(chǎn)品[2]、SatNet產(chǎn)品[3]、ViperSat產(chǎn)品[4]、SkySwitch產(chǎn)品[5]等。

· 之前并無主站或只有一個能力有限的主站,相對而言,第二種情況下開展建設(shè)的難度更大;

· 合并后,單位建制可能是全國一個中心或全國下設(shè)多個分中心;

· 參與合并的只是原單位的一部分,只有遠端站被合并,主站仍然為原單位所有。

論文按最復雜的情況建立系統(tǒng)模型,這樣,所提架構(gòu)才能用于更為簡單的情況。假定三家單位(A、B、C單位)進行合并,其中C單位只是部分合并。合并后的單位按區(qū)域下設(shè)三個分中心,并在北京設(shè)有總部。合并前,A單位使用SatNet產(chǎn)品,入自建主站;B單位主要使用iDirect產(chǎn)品,也有少部分使用ViperSat產(chǎn)品,入公共主站;C單位只配有C波段小站,使用SkySwitch產(chǎn)品,入原單位主站。合并后,原A單位的主站歸新成立單位所有,但該主站能力有限,C波段轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為10MHz,Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為20MHz。

3 VSAT通信網(wǎng)建設(shè)需求分析

VSAT通信網(wǎng)建設(shè)應緊貼業(yè)務需求,下面就建設(shè)需求進行分析。

1) 信息安全需求

許多合并重組單位的信息都十分敏感,如科考數(shù)據(jù)、執(zhí)法數(shù)據(jù)等,建設(shè)過程應考慮:

· 可控的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器:采用國內(nèi)衛(wèi)星運營商的轉(zhuǎn)發(fā)器資源。

· 獨立的主站:避免與其他網(wǎng)絡(luò)共用網(wǎng)管、控制中心和傳輸系統(tǒng)。

2) 業(yè)務種類與發(fā)生場景

這些單位建設(shè)VSAT通信網(wǎng)主要用于傳輸業(yè)務相關(guān)信息,廣播業(yè)務較少,上下行信道基本對等。因此,單船出航時通信業(yè)務主要發(fā)生在船岸間;編隊出航時,VSAT通信業(yè)務還發(fā)生于船舶編隊旗艦間,編隊內(nèi)主要為視距,可采用超短波通信,但不排除特殊非視距情況需以VSAT進行的可能性。

3) 原有投資效用最大化需求

新VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè)應立足于建設(shè)現(xiàn)狀,最大程度發(fā)揮原有投資效用。

4 異構(gòu)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)架構(gòu)與實施建議

本節(jié)圍繞拓撲結(jié)構(gòu)、主站建設(shè)、遠端站建設(shè)、互聯(lián)互通問題解決方案等方面提出一種異構(gòu)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)架構(gòu)和實施建議。

1) 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

基于需求分析,新VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)應采用星/網(wǎng)混合組網(wǎng)架構(gòu),這樣既可以保證通信需求,又可以降低建設(shè)成本。其中,主站與各遠端站節(jié)點之間采用星狀組網(wǎng),編隊旗艦節(jié)點間采用網(wǎng)狀組網(wǎng),從而保證主站與海上節(jié)點之間、編隊旗艦之間、編隊旗艦與編隊普通船之間單跳通信。

2) 主站建設(shè)

在現(xiàn)有投資基礎(chǔ)上,星/網(wǎng)混合VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的主站建設(shè)有兩種方式,一是采用單主站方式,即對原A單位主站進行擴容和星/網(wǎng)混合組網(wǎng)改造;二是采用雙主站方式,即新建一個主站,并對原A單位主站進行星/網(wǎng)混合組網(wǎng)改造。本文建議采用第二種方案,主要基于以下考慮:

· 建立兩個主站實現(xiàn)兩個主站異地備份,保證主站具備電信級運營可靠性;

· 如采用單主站,大量的原有iDirect產(chǎn)品都需要重新?lián)Q裝,每個新SatNet調(diào)制解調(diào)器的價格至少為五萬元;

· iDirect主站擴充能力強,且iDirect產(chǎn)品在幀效率、設(shè)備集成度、波束自動切換方面具有優(yōu)勢。

3) 遠端站建設(shè)

首先綜合考慮所租用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在該分區(qū)的覆蓋情況與現(xiàn)有設(shè)備情況為每個分區(qū)設(shè)置一個主波段。各分區(qū)主波段的選擇還應統(tǒng)籌全國情況考慮,盡量做到轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬負載均衡,最大化所租用轉(zhuǎn)發(fā)器的資源利用率。

同時裝有C和Ku波段船載站的大型船分別采用iDirect和SatNet產(chǎn)品,具體配置根據(jù)分區(qū)的原有配置情況決定,以盡量降低改造工作量,同時每個分區(qū)配置保持一致。

只配置C或Ku波段的小型船選擇與分區(qū)一直的產(chǎn)品。例如,某分區(qū)主波段為C波段,且大型船C波段采用iDirect產(chǎn)品,則該分區(qū)小型船應盡量配置C波段船載站,并使用iDirect產(chǎn)品,這樣在星/網(wǎng)混合組網(wǎng)條件下小型船可以和旗艦船進行單跳通信。

建設(shè)實施過程中,新造船統(tǒng)一按所屬分區(qū)配置情況裝配,已有船按以下方案整改:

· 由于調(diào)制解調(diào)器與天線接口都是統(tǒng)一的,可以統(tǒng)籌規(guī)劃,統(tǒng)一調(diào)配現(xiàn)有船上iDirect、SatNet調(diào)制解調(diào)設(shè)備,保證原有設(shè)備利用,在此基礎(chǔ)上按需增加星/網(wǎng)混合組網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器;

· 目前ViperSat船載站信息只能通過公共主站“落地”,存在信息安全隱患,且設(shè)備數(shù)量相對較少,建議由設(shè)備單位折舊回收,并根據(jù)各分區(qū)配置情況換裝iDirect或SatNet調(diào)制解調(diào)器;

· 原C單位采用SkySwitch產(chǎn)品,且原單位有自建主站,可以沿用,信息傳輸依然從原主站“落地”,Ku波段按分區(qū)配置情況加裝新產(chǎn)品。

4) 互聯(lián)互通方式

按以上架構(gòu)建設(shè)后,既充分考慮了原有建設(shè)現(xiàn)狀,也已擁了解決互聯(lián)互通問題的基礎(chǔ),只需在主站進行相應的網(wǎng)關(guān)、路由等配置,下面對互聯(lián)互通方式進行介紹:

· 同一分區(qū)船首選主波段進行單跳互通,主波段不可用時(設(shè)備故障或所處位置覆蓋信號不滿足要求),一艘船使用主波段、一艘船使用“副波段”,以“兩跳+地面專線”互通,或雙方都使用“副波段”,以單跳互通;

· 不同分區(qū)船間以“兩跳+地面專線”互通;

· 無論主波段是否可用,船與各岸上中心間都能以“單跳+地面專線”互通;

· 對于裝配SkySwitch設(shè)備的原C單位艦船,C波段信息需先在原單位主站落地,然后經(jīng)地面專線與岸上各中心互通,或進一步經(jīng)主站與其他船互通,Ku波段可直接經(jīng)新主站“落地”。

5) 舉例說明

為能準確說明總體架構(gòu),假設(shè)根據(jù)原有配置情況,按表1選定主波段和進行配置。

表1 主波段與設(shè)備配置

另外,原C單位已有艦船裝配的SkySwith設(shè)備不變。

新VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)實際包括兩個主站:分區(qū)2 SatNet主站和分區(qū)1 iDirect主站,以及五張子網(wǎng):分區(qū)2 SatNet主站C波段與Ku波段子網(wǎng)、分區(qū)1 iDirect主站C波段與Ku波段子網(wǎng)、原C單位SkySwitch主站C波段子網(wǎng),分別稱為子網(wǎng)1～5,前四個子網(wǎng)都是星/網(wǎng)混合組網(wǎng)。

按以上主波段選取情況,為子網(wǎng)1分配較多C波段資源,剩下小部分分配給子網(wǎng)3;為子網(wǎng)4分配較多Ku波段資源,剩下小部分分配給子網(wǎng)2。

這樣,各節(jié)點間互聯(lián)互通方式如表2所示,其中,備用狀態(tài)指通信的一方或雙方的主波段船載站設(shè)備故障或主波段信號不好。

表2 互聯(lián)互通途徑

由表2可以看出,新提出的架構(gòu)能保證主站與船上兩個波段小站的互相冗余備份,提高了系統(tǒng)可靠性。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了現(xiàn)有單位合并后VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)普遍面臨的問題,建立了普適應的現(xiàn)狀系統(tǒng),分析了合并后VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)業(yè)務需求,提出了一種異構(gòu)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)架構(gòu)和相應的實施建議。所提架構(gòu)和實施建議既能解決目前面臨的互聯(lián)互通困境,有效利用原有投資,還能保證主要通信場景的單跳通信需求,是實際工程實施的有效、可行參考。

[1] 王躍新.VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計與業(yè)務應用實施[D].北京:北京郵電大學,2010:14-15.

[2] iDirect公司.iDirect方案及產(chǎn)品介紹[EB/OL].[2015-07-30].http://www.docin.com/p-438115423.html.

[3] 北京迅達多維科技有限公司.SatNet DVB-RCS系統(tǒng)介紹[EB/OL].[2015-07-30].http://www.link-well.net.cn/system/.

[4] Comtech EF Data. ViperSat實時動態(tài)SC PC(DSCPC)介紹[EB/OL].[2015-07-30].http://wenku.baidu.com/view/1e54fed084254b35eefd345e.html.

[5] SkySwitch網(wǎng)絡(luò)介紹MCPC(多路單載波)/PSMA(包交換多址)技術(shù)[C]//北京:中國衛(wèi)星應用大會,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,工程師,研究方向:衛(wèi)星通信,艦船信息系統(tǒng)。

TN915

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.019