張春琳，曹兵，莫旭冬，吳程陽(yáng)，韓方池

（國(guó)家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 南通市 226005）

VSAT衛(wèi)星通信在海洋系統(tǒng)中的應(yīng)用與推廣設(shè)想

張春琳，曹兵，莫旭冬，吳程陽(yáng)，韓方池

（國(guó)家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 南通市 226005）

VSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)是20世紀(jì)末興起的一種新型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。文章通過深入分析VSAT衛(wèi)星通信在海洋系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)而提出視頻會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想，以進(jìn)一步深化推廣其在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用。

VSAT 衛(wèi)星通信；應(yīng)用；視頻會(huì)議

VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)源自傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，是基于衛(wèi)星通信技術(shù)，于20世紀(jì)80年代美國(guó)率先研發(fā)的一種新型衛(wèi)星通信技術(shù)。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由主站、通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器及小站3個(gè)部分組成。VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)一般是由大量VSAT小站與一個(gè)主站協(xié)同工作，共同構(gòu)成的一個(gè)廣域稀路由的衛(wèi)星通信網(wǎng)。VSAT承擔(dān)的任務(wù)有兩類：一類以數(shù)據(jù)為主；一類以話音為主，兼容數(shù)據(jù)[1-8]。

近些年來，隨著VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)研究的深入，VSAT衛(wèi)星通信廣泛應(yīng)用于消防救災(zāi)、軍事、新聞、運(yùn)輸、銀行等部門，同樣的在海洋系統(tǒng)中也得到了很好的應(yīng)用。我國(guó)的海洋觀測(cè)站點(diǎn)主要分布在地理位置偏僻、自然環(huán)境惡劣的海邊和海島上，為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)、穩(wěn)定地傳輸，國(guó)家海洋局組建了VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)，至今為止已建設(shè)50幾套VSAT小站，從實(shí)際應(yīng)用情況來看，這套系統(tǒng)發(fā)揮了很好作用。

據(jù)了解，視頻會(huì)議最早是于1964年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出來的世界上第一臺(tái)可視電話機(jī)，可在一個(gè)模擬話路上傳送黑白靜止圖像。歷經(jīng)50多年通信傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、終端編解碼等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的視頻會(huì)議可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間視頻、音頻、數(shù)據(jù)等多媒體信息的傳輸與交互[9]。文章在深入分析VSAT衛(wèi)星通信在海洋系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了視頻會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想，以進(jìn)一步深化推廣其在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 VSAT 衛(wèi)星通信在海洋系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)是開展海洋預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，是做好預(yù)報(bào)服務(wù)的先決條件。因此，利用各種通信技術(shù)來保障海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)、完整地接收與傳輸就顯得非常重要和非常必要。VSAT衛(wèi)星通信作為地面專線的備用和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“雙保險(xiǎn)”，在海洋數(shù)據(jù)傳輸中取得了很好的通信效果。特別是發(fā)生臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害后，在地面專線中斷的情況下，能夠承擔(dān)起海洋站觀測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸。特別是發(fā)生臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害后，在地面專線中斷的情況下，能夠承擔(dān)起海洋站觀測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，為海洋預(yù)報(bào)和決策服務(wù)提供了可靠的實(shí)時(shí)海洋信息資料。

1.1 數(shù)據(jù)傳輸流程

圖1 VSAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸流程

圖2 海洋站VSAT衛(wèi)星通信硬件設(shè)備連接圖

根據(jù)海洋觀測(cè)工作的需求，建立的VSAT衛(wèi)星通信是一套能夠相互協(xié)作與配合的、具有替代和補(bǔ)充作用的水文氣象信息收集、傳輸與交換的系統(tǒng)。當(dāng)?shù)孛鎸＞€出現(xiàn)故障的情況下，觀測(cè)數(shù)據(jù)能自動(dòng)通過VSAT衛(wèi)星通信傳輸，實(shí)現(xiàn)無縫切換。其數(shù)據(jù)傳輸流程如下：海洋站讀取服務(wù)器中的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳給國(guó)家預(yù)報(bào)中心，國(guó)家預(yù)報(bào)中心將觀測(cè)數(shù)據(jù)入庫(kù)、分析、存儲(chǔ)，最終將GTS數(shù)據(jù)、傳真數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)產(chǎn)品等數(shù)據(jù)廣播給海區(qū)中心和中心站，圖1是數(shù)據(jù)傳輸流程，圖2是海洋站VSAT衛(wèi)星通信硬件設(shè)備連接圖。

1.2 通信業(yè)務(wù)軟件

目前正在使用的VSAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不僅有成熟的水文氣象自動(dòng)監(jiān)控軟件，還有多種業(yè)務(wù)處理軟件來提高資料數(shù)據(jù)的收集和處理能力。這些業(yè)務(wù)軟件既實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)圖像、衛(wèi)星云圖等資料的集成，又同時(shí)實(shí)現(xiàn)了地面實(shí)時(shí)報(bào)、正點(diǎn)報(bào)、月報(bào)以及地面雷達(dá)報(bào)、溫壓濕風(fēng)報(bào)等多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合。

1.2.1 數(shù)據(jù)上傳程序

VSAT通信機(jī)從觀測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器的指定目錄下獲取數(shù)據(jù)，通過客戶端文件上傳程序，實(shí)現(xiàn)海洋站分鐘級(jí)、正點(diǎn)及月報(bào)數(shù)據(jù)的上傳，如圖3所示。

圖3 小站文件上傳軟件

1.2.2 數(shù)據(jù)接收程序

通過數(shù)據(jù)接收程序，接收國(guó)家預(yù)報(bào)中心下發(fā)的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)產(chǎn)品等資料，包括地面、高空、警報(bào)資料、傳真圖資料、國(guó)家預(yù)報(bào)中心產(chǎn)品、海洋站報(bào)文資料、海洋站分鐘級(jí)數(shù)據(jù)等，并將其整理后規(guī)范化存儲(chǔ)于指定目錄，如圖4-5所示。《VSAT數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)》5.0版是由國(guó)家預(yù)報(bào)中心自主研發(fā)的，是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收、分發(fā)、處理功能較完善的專用程序，24小時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，正常情況下，無須人工干預(yù)，自動(dòng)完成各項(xiàng)工作。

圖4 接收軟件

圖5 數(shù)據(jù)整理規(guī)范化存儲(chǔ)系統(tǒng)

2 推廣設(shè)想——視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可以看出，VSAT衛(wèi)星通信以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)為海洋數(shù)據(jù)提供穩(wěn)定、可靠的通信平臺(tái)，提高海洋數(shù)據(jù)服務(wù)的穩(wěn)定性、可靠性。如何進(jìn)一步推廣VSAT衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍，是擺在我們面前的重要課題?，F(xiàn)如今，多媒體傳輸業(yè)務(wù)在VSAT系統(tǒng)中是一個(gè)發(fā)展方向，本文提出了基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、視頻、音頻在內(nèi)信息的組合接連到一個(gè)VSAT系統(tǒng)合并成一個(gè)單一的網(wǎng)。該系統(tǒng)采用衛(wèi)星通信信道作為視頻會(huì)議的傳輸信道，利用先進(jìn)的衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)共享的視頻會(huì)議系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)功能

基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)是架構(gòu)在一個(gè)完善的、高性能的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議基礎(chǔ)之上的。系統(tǒng)建成之后應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

（1）遠(yuǎn)程視頻應(yīng)急指揮功能。特別在臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害情況下，該系統(tǒng)可以通過MCU進(jìn)行靈活組會(huì)，可以快速地了解小站（即海洋站）現(xiàn)場(chǎng)情況并進(jìn)行緊急會(huì)商和方案制定，及時(shí)發(fā)布決策指揮命令。

（2）支持主站與各小站之間可根據(jù)具體應(yīng)用需求召開各種類型會(huì)議，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)議、多點(diǎn)會(huì)議、全網(wǎng)級(jí)聯(lián)會(huì)議等。

（3）支持遠(yuǎn)程培訓(xùn)功能，可同時(shí)傳遞培訓(xùn)人圖像及培訓(xùn)課件圖像（如Microsoft Word、Excel、PowerPoint等格式），使整個(gè)培訓(xùn)過程更加形象生動(dòng)、直觀。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該視頻會(huì)議系統(tǒng)由1個(gè)主站、N個(gè)小站構(gòu)成，并可隨時(shí)按照需求進(jìn)行擴(kuò)容。主站包含一套視頻會(huì)議設(shè)備和一套系統(tǒng)網(wǎng)控網(wǎng)管設(shè)備。各小站配置1路視頻傳輸信道和l套終端設(shè)備，通過VSAT衛(wèi)星通信信道實(shí)現(xiàn)與主站的連接。

主站作為整個(gè)視頻會(huì)議系統(tǒng)的樞紐，中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流量較大，主要由MCU來完成會(huì)議的組織和控制功能，同時(shí)也可以屏蔽和剔除某個(gè)小站，實(shí)現(xiàn)各小站終端之間的信息交換和控制。各路小站負(fù)責(zé)接收和發(fā)送音視頻信號(hào)，可以有選擇的發(fā)送本會(huì)場(chǎng)的音視頻信號(hào)，但是接收信號(hào)只能通過MCU的分發(fā)來控制，其系統(tǒng)基本框架如圖6所示，主站組成如圖7所示，小站組成如圖8所示。

圖6 系統(tǒng)框架簡(jiǎn)化圖

圖7 主站組成圖

圖8 小站組成圖

2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

總結(jié)基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)特點(diǎn)可見，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）組網(wǎng)靈活、方便，受環(huán)境限制較少，易于擴(kuò)展，且覆蓋范圍大，通信容量比較大；

（2）通信成本與距離無關(guān)，其通信成本主要由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器租費(fèi)、主子站系統(tǒng)設(shè)備折舊和軟硬件設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用等組成；

（3）遠(yuǎn)端站價(jià)格便宜，易于安裝，建設(shè)周期短；

（4）廣播特性，自環(huán)監(jiān)控管理，共享信道帶寬按需分配；

（5）采用星型結(jié)構(gòu)，易于主站的控制與管理。

3 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)海洋觀測(cè)站點(diǎn)主要分布在地理位置偏僻、自然環(huán)境惡劣的海邊和海島上，地面專線在解決大范圍覆蓋、海量文件的快速傳遞、穩(wěn)定傳輸?shù)葐栴}上，存在若干不足，而VSAT衛(wèi)星通信以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，在通信覆蓋、應(yīng)急通信及防災(zāi)減災(zāi)等通信領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

2013年，隨著習(xí)近平總書記提出經(jīng)略海洋，推動(dòng)海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重大戰(zhàn)略部署后，海洋科技的進(jìn)步和創(chuàng)新突破了制約海洋通訊傳輸?shù)目萍计款i，越來越多的單位已建立了完備的視頻會(huì)議系統(tǒng)。因此在本項(xiàng)目的具體實(shí)施過程中，基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)的建設(shè)，需要國(guó)家預(yù)報(bào)中心統(tǒng)籌并整合視頻會(huì)議系統(tǒng)資源，建立統(tǒng)一的會(huì)議管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一體化調(diào)配，提升視頻會(huì)議系統(tǒng)運(yùn)維和管理水平。

當(dāng)前，隨著VSAT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和視頻會(huì)議技術(shù)的發(fā)展，基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)越來越成熟，如能在海洋領(lǐng)域中得到廣泛普及和深入應(yīng)用，不僅能為應(yīng)急指揮調(diào)度決策提供支持，還可在常規(guī)會(huì)議工作中發(fā)揮基礎(chǔ)性的重大作用，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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2017-04-03

國(guó)家海洋局東海分局青年基金（201621）：東海區(qū)海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)通信組網(wǎng)方式研究與優(yōu)化。