卫星通信_VSAT卫星通信网的调查报告

VSAT卫星通信网的调查报告摘要：本报告对VSAT卫星通信网的概念特点进行介绍，并且对VSAT通信网的系统分类、网络体系结构、卫星链路特性及协议和多址协议等进行调查。关键字：网络体系结构多址协议链路特性一、VSAT系统概述1.1VAST概念及特点VSAT早起被称为微型站、小型站或甚小孔径终端。到20世纪80年代中期，人们习惯称为VSAT终端或VSAT系统。VSAT系统中小站设备天线口径通常为0.3~2.4m，由主站应用管理软件监测和控制小型地球站。VSAT具有以下特点：1）可支持多种业务类型，包括语音，数据，图像等等；2）可工作在C波段或Ku波段；3）终端天线小、设计结构紧凑、功耗小、成本低、安装方便、对环境要求低；4）网络组网灵活、独立性强；5）可以与计算机、ISDN联网；1.2VSAT系统分类按照不同的多址方式、调制方式、传输速率、传输业务，VSAT系统可分为5类，分别是VSAT、VSAT（SS）、USAT、TSAT、TVSAT。VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT天线直径(m）1.2~1.80.6~1.20.3~0.51.2~3.51.8~2.4频段Ku/CCKuKu/CKu/C出站速率(kb/s)56~5129.6~325656~1544入站速率(kb/s)16~1281.2~9.62.456~1544多址方式(入境)ALOHAS-ALOHAR-ALOHADA-ALOHACDMACDMAPA多址方式(出境)TDMACDMACDMAPAPA调制方式BPSK/QPSKDSFH/DSQPSKFM表1-15类VAST特点比较二、VSAT网络结构2.1VSAT网络结构20世纪80年代，VSAT技术在非语音通信业务和计算机联网的需求不断增长的情况下迅速发展起来，系统主要用于在主站（Hub）与各远端小站（VSAT）之间低俗数据传输。具体应用有两个方面：1）跨国公司或行业的专用数据网，用于总部与各分部之间的数据通信，便于由下而上的信息汇总和由上信息传达和信息发布。2）分级管理的计算机网，用于主机与各分机之间数据通信。这类网络通畅为星形结构，各小站和主站之间可以直接通信，而小站数据通信需要主站转发。上图所示为卫星VSAT星形网的组成和路径示意图。VSAT星形网的主站规模和容量都与一个TDMA卫星系统地球站相当实际上，VSAT星形网的主站在规模和容量方面都与一个TDMA卫星系统地球站相当。实际上VSAT星形网的入站链路通常采用TDMA访问协议，传输效率较低，一般仅64Kb/s或128KB/S，这有利于降低小站的成本。VSAT系统在发展中国家的推广应用过程中，更重要的是对其中电话业务的需求。这种低成本、小容量和稀路由的卫星通信系统，十分适合用于农村和边缘地区提供基本的通信业务。语音业务要求系统提供双向对称链路，并可采用4.8KB/S或9.6KB/S的低速率语音编码终端，多路语音信号复用后可在64KB/S数据信道中传输。星形结构的VSAT网，两个VSAT小站之间通话需要“两跳”传输，长的传输时延500MS。另外语言编码器还有约20~50MS的延迟，严重损害语言质量，使得通话双方通话不适。为此，支持语音业务的VSAT系统常采用网络结构，使小站之间可不经过主站直接通信。上图为卫星网状电话网的组成和路径示意图。由于网状网通信直接由小站之间直接通信，而不是小站与天线尺寸和发射功率较大的主站直接通信。因此，与星形数据网比较，要求直接通信小站的天线尺寸和发射功率均应有所增加，从而增加了小站成本。三、VSAT数据网3.1网络体系结构VSAT数据网通常以主站为中心，通过卫星与各小站连城星形网。每个小站支持一组用户终端或本地LAN，而主站与主计算机或数据处理中心、信息库相连。在较大规模网络中，可能存在多个主站，各主站之间也是有卫星链路想连接的。数据网数据信息通常以分组的方式进行传输和交换，采用开放系统互联体系结构OSI七层参考模型。作为VSAT数据网，它提供下三层（物理层、数据链路层、网络层）的服务。下三层所关心得是网络的连接和通信。如上图所示，网络层完成用户地址与网络映射的映射，执行交换和路由选择功能。数据链路层有分为数据链路控制和卫星信道接入控制两个子层，前者提供对VSAT网络接口与用户终端之间的链路控制，而后者负责多个小站或主站对卫星信道的VSAT网络接口与用户终端之间的链路控制。3.2VSAT星形数据网多址协议VSAT数据网中传输的数据业务大致可分为三类：事物处理的交互式业务查询、相应短消息、电子邮件、长的数据报文。不同的数据业务，最佳多址协议也不同。在频带受限条件下，不同多址协议采用不同的多址协议可是系统容量最大。功率受限和频带受限是指系统的配置和参数使功率或频带成为制约系统容量的关键性因素。对于功率受限系统，其特点是小站天线偏小，出站业务量与入站业务量之比较高，系统可用性指标也较高。频带受限系统特点是：小站天线尺寸较大、有强的前向纠错能力、出站业务量与入站业务量之比较小和系统可用性指标要求低。制约VSAT系统性能关键在于出站链路下行信道的传输特性。1）ALOHAALHA类型的多址协议适合于报文较短和小站平均数据率较低的情况。这类多址协议无需系统分组同步，而已P-ALOHA的方式发放分组。改系统大多数碰撞都不是100%的碰撞，于是SREJ-ALOHA将每个分组再分解为若干小组，每小组各自的报头和前导同步吗，可以单独检测和接收。2）DAMA/TDMADAMA是按需分配的多址方案，用户受限申请时隙，以竞争的方式发出预约申请信号，从而多址碰撞只发生在预约层上。一旦预约成功，系统将按用户的优先等级和业务类型，将预约时隙分配给各用户终端，并通过公用信令进行广播。四、VSAT电话网4.1VSAT电话网特点VSAT电话网与数据网相比较有两个显著不同：网络结构和多址技术卫星通信系统中，空间链路的传播延时较大。对于静止卫星系统，两个地球站之间的传播延时达250MS，往返延时为0.5S。而语音为实时业务，如果支持电话业务的通信系统延时较大，将对语音通信质量产生较大的影响。因此静止卫星VSAT系统应避免语音信号的双跳传输。支持语音业务的VSAT网必须使用网状结构，方能使两个通信小站之间直接建立单挑的通信链路。由于电话网需实现小站之间直接单跳通信，而数据网小站之间的通信是由主站转发的双跳通信，因此语音小站的EIRP和G/T的要求比数据小站的要求高。4.1VSAT电话网多址方式语音业务与数据业务相比，其传输速率较恒定，且持续较长时间。因此多址方式不宜采用ALOHA，而通常采用FDMA、TDMA或两者结合的方式。由于VSAT系统是稀路由系统，小站数目较多，而每站的语音路由较少，采用FDMA方式可降低对小站EIRP的要求。多载波TDMA方式，是降低对小站EIRP要求和减少转发器载波数目的一种折中方案。而理想的方式是采用FDMA转换为TDM的处理。五、VSAT未来应用5.1VSAT在互联LAN中的应用采用LAN来互连计算机可以得到许多好处，而随着LAN网卡价格的下降，其使用已越来越广泛，而LAN之间的互连是一个迫切要求解决的问题。从80年代中期开始，VSAT已从支持串行接口到能与LAN/MAN的一个主网络结点进行接口。采用VSAT网来互连LAN比之采用地面网中的帧中继进行互连LAN在经济上要节省，尤其当需提供广播业务时，采用VSAT网比地面帧中继有许多优点。用VSAT网来互连LAN可采用直接方式或通过帧中继的方式来互连。当用VSAT直接互连LAN时，可采用桥接器、选路器或网关等三种不同的方式。其中，采用桥接器时只涉及到链路层协议，而采用选路器时涉及到网络层协议，而采用网关时则涉及到运输层或更高层协议。采用不同的互连方式对VSAT的协议、频带利用、灵活性等方面都有不同的影响。可用的LAN协议有TCP/IP、SNA、DECnet、IPX等。5.2VSAT在ISDN环境中应用ISDN的提出已有相当一段时间，然而，时至今日，电信网络提供的ISDN业务仍非常有限，一个重要的原因是由于现有通信网（如PSTN，PSPDN和各种专用网等）的投资巨大，对它废弃不用而新建一个ISDN网从经济上考虑是不可能的。因此，用VSAT网来实现一个ISDN或用来互连各地的ISDN用户或让远方ISDN用户经VSAT网进入地面ISDN从经济上考虑是比较合适的；即使在地面ISDN网建成后也不能覆盖所有的地区，对边远地区的ISDN用户来说，采用VSAT网仍几乎是一种唯一的选择。对地面ISDN能覆盖的用户来说，也存在着网络的故障和拥塞问题，此时，可把VSAT网络用作地面ISDN的迂回或应急网络。因此，VSAT网提供ISDN业务不仅是VSAT本身发展的需要，也是ISDN发展的需要。要使VSAT网能提供ISDN业务，首先应必须解决VSAT网的标准问题。只有使VSAT网符合ISDN的标准才能提供ISDN业务；其次，必须提高VSAT网的容量和通信性能（包括网络时延和信道误比特率）；再次，必须能对不同的业务提供不同的服务质量，以满足不同业务对通信网服务质量的要求。参考文献：VSAT卫星通信.航天恒星空间技术应用有限公司.军民两用技术与产品.[N]张鹏.VSAT卫星通信系统在交通应急通信中的应用.北京中交通信科技有限公司.[C]尹闪闪.VSAT卫星通信系统及其应用.河北：中国电子科技集团公司第五十四研究所.[B]王建华，林志强，林柯.VSAT卫星通信系统在减灾救灾中的应用.技术前沿.[N]