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，韓方池

（國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 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，韓方池

（國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 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)而提出視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計構(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個部分組成。VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)一般是由大量VSAT小站與一個主站協(xié)同工作，共同構(gòu)成的一個廣域稀路由的衛(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。我國的海洋觀測站點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，為了保證觀測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r、穩(wěn)定地傳輸，國家海洋局組建了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，視頻會議最早是于1964年由美國貝爾實驗室研制出來的世界上第一臺可視電話機(jī)，可在一個模擬話路上傳送黑白靜止圖像。歷經(jīng)50多年通信傳輸、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、終端編解碼等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的視頻會議可以實現(xiàn)多點之間視頻、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，提出了視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計構(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

海洋觀測數(shù)據(jù)是開展海洋預(yù)報的基礎(chǔ)，是做好預(yù)報服務(wù)的先決條件。因此，利用各種通信技術(shù)來保障海洋觀測數(shù)據(jù)及時、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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)“雙保險”，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)起海洋站觀測數(shù)據(jù)的及時傳輸。特別是發(fā)生臺風(fēng)等自然災(zāi)害后，在地面專線中斷的情況下，能夠承擔(dān)起海洋站觀測數(shù)據(jù)的及時傳輸，為海洋預(yù)報和決策服務(wù)提供了可靠的實時海洋信息資料。

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，觀測數(shù)據(jù)能自動通過VSAT衛(wèi)星通信傳輸，實現(xiàn)無縫切換。其數(shù)據(jù)傳輸流程如下：海洋站讀取服務(wù)器中的觀測數(shù)據(jù)，通過VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳給國家預(yù)報中心，國家預(yù)報中心將觀測數(shù)據(jù)入庫、分析、存儲，最終將GTS數(shù)據(jù)、傳真數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、預(yù)報產(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)軟件既實現(xiàn)了雷達(dá)圖像、衛(wèi)星云圖等資料的集成，又同時實現(xiàn)了地面實時報、正點報、月報以及地面雷達(dá)報、溫壓濕風(fēng)報等多種業(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，實現(xiàn)海洋站分鐘級、正點及月報數(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，接收國家預(yù)報中心下發(fā)的海洋觀測數(shù)據(jù)和預(yù)報產(chǎn)品等資料，包括地面、高空、警報資料、傳真圖資料、國家預(yù)報中心產(chǎn)品、海洋站報文資料、海洋站分鐘級數(shù)據(jù)等，并將其整理后規(guī)范化存儲于指定目錄，如圖4-5所示。《VSAT數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)》5.0版是由國家預(yù)報中心自主研發(fā)的，是實時數(shù)據(jù)接收、分發(fā)、處理功能較完善的專用程序，24小時自動運行，正常情況下，無須人工干預(yù)，自動完成各項工作。

圖4 接收軟件

圖5 數(shù)據(jù)整理規(guī)范化存儲系統(tǒng)

2 推廣設(shè)想——視頻會議系統(tǒng)設(shè)計

可以看出，VSAT衛(wèi)星通信以其獨有的優(yōu)勢為海洋數(shù)據(jù)提供穩(wěn)定、可靠的通信平臺，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)中是一個發(fā)展方向，本文提出了基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會議系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖像、視頻、音頻在內(nèi)信息的組合接連到一個VSAT系統(tǒng)合并成一個單一的網(wǎng)。該系統(tǒng)采用衛(wèi)星通信信道作為視頻會議的傳輸信道，利用先進(jìn)的衛(wèi)星通信技術(shù)實現(xiàn)多點共享的視頻會議系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)功能

基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會議系統(tǒng)是架構(gòu)在一個完善的、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，可以快速地了解小站（即海洋站）現(xiàn)場情況并進(jìn)行緊急會商和方案制定，及時發(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議，如點對點會議、多點會議、全網(wǎng)級聯(lián)會議等。

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

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

該視頻會議系統(tǒng)由1個主站、N個小站構(gòu)成，并可隨時按照需求進(jìn)行擴(kuò)容。主站包含一套視頻會議設(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)星通信信道實現(xiàn)與主站的連接。

主站作為整個視頻會議系統(tǒng)的樞紐，中心節(jié)點數(shù)據(jù)流量較大，主要由MCU來完成會議的組織和控制功能，同時也可以屏蔽和剔除某個小站，實現(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，可以有選擇的發(fā)送本會場的音視頻信號，但是接收信號只能通過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)框架簡化圖

圖7 主站組成圖

圖8 小站組成圖

2.3 系統(tǒng)特點

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

（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、主子站系統(tǒng)設(shè)備折舊和軟硬件設(shè)備的運行費用等組成；

（3）遠(yuǎn)端站價格便宜，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

我國海洋觀測站點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)星通信以其獨有的優(yōu)勢，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，推動海洋強(qiáng)國建設(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議系統(tǒng)。因此在本項目的具體實施過程中，基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會議系統(tǒng)的建設(shè)，需要國家預(yù)報中心統(tǒng)籌并整合視頻會議系統(tǒng)資源，建立統(tǒng)一的會議管理平臺，實現(xiàn)一體化調(diào)配，提升視頻會議系統(tǒng)運維和管理水平。

當(dāng)前，隨著VSAT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和視頻會議技術(shù)的發(fā)展，基于VSAT衛(wèi)星通信的視頻會議系統(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)會議工作中發(fā)揮基礎(chǔ)性的重大作用，其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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2017-04-03

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