CN111555792A - 基于skywan vsat卫星通信网络的应急通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，应急通信系统包括通信卫星转发器和具备卫星调节器设备的地面站，应急通信系统通过多个固定地面站和便携站构建广域传输承载网络，从而形成覆盖远端现场区域与后方指挥中心之间的传输平台，且应急通信系统设置IP接口，与任一基于IP技术的网络融合。应急通信系统利用卫星通信网络覆盖面积大的特点，将现场的实时视频、话音和数据传回到后方指挥中心，构建后方与前方间的传输网络，从而实现应急环境下的指挥、调度通信。在日常工作情况，卫星通信网络作为备份传输网络、第二路由以及承载部分通信业务等使用，从而增加整个通信系统的带宽容量。

Description

基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种应急通讯网络。
背景技术
现阶段企业所管辖电站大多处于高山峡谷地区，当发生地震、泥石流等自然灾害时，由于电力中断，基站倒塌，光缆断裂等原因，电力专网通信中断，因而延误应对救灾、救险的宝贵时间，造成人员财产的重大损失。
遇“汶川大地震”及“4.20”芦山地震时，公众网络全面瘫痪，缺乏必要的应急通信手段，无法快速、正确响应。因此，现阶段的通信网络缺乏应对自然灾害和突发险情的能力，当发生严重灾害时，救灾指挥通信不能完全依赖于公众通信网。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统。
为了实现上述目的，本公开提供一种基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，应急通信系统包括通信卫星转发器和具备卫星调节器设备的地面站，应急通信系统通过多个固定地面站和便携站构建广域传输承载网络，从而形成覆盖远端现场区域与后方指挥中心之间的传输平台，且应急通信系统设置IP接口，与任一基于IP技术的网络融合。
优选地，应急通信系统包括主中心站，应急通信系统由各个地面站通过卫星TDMA信道互联，主中心站作为应急通信系统的网络管理站控制全部地面站的接入和带宽分配。
优选地，应急通信系统还包括备用中心站，主中心站和备用中心站通过自身卫星系统实现自动切换，对卫星通道地面通信线路实现自动备份。
优选地，主中心站按业务优先级分配带宽，当某项业务取消时，主中心站将其占用带宽自动、动态地分配给其它业务使用。
优选地，地面站支持IP标准协议，地面站与地面网络通过路由器直接连接。
优选地，应急通信系统的网络架构为全网状网架构，任意两个地面站实现单跳通信。
优选地，应急通信系统支持组成星型、树状、多级分中心、混合型的组网形式。
本发明的有益效果在于：
应急通信系统利用卫星通信网络覆盖面积大的特点，将现场的实时视频、话音和数据传回到后方指挥中心，构建后方与前方间的传输网络，从而实现应急环境下的指挥、调度通信。在日常工作情况，卫星通信网络作为备份传输网络、第二路由以及承载部分通信业务等使用，从而增加整个通信系统的带宽容量；
应急通信系统采用MF-TDMA卫星信道访问技术，无需其它系统使用出向和入向的成对儿载波，而是使用单个载波实现双向传输，节省卫星带宽，网络灵活性高，组网能力强，支持所有用户地面站同时开机、永远在线运行，使得应急通信系统应急响应速度快，保障通信网络不中断，及时决策和处理应急任务；
在应急通信系统中，卫星带宽可全面共享，并支持自动的、动态的、瞬时的带宽按需分配功能，无需人工干预，从而能够更充分高效地利用空间段资源，在配置远端站射频部分时就可根据该站的业务量、地理位置、卫星覆盖等实际情况，配备相应大小的天线和ODU功放，从而提高地面段资源的灵活性、经济性和合理性；
应急通信系统是基于IP的通信系统，全面支持IP特征，起到与路由器完全相同的作用，无需外加其它网络设备，全面支持IPv4的各种协议，与地面网络完美融合互联，由于多载波跳频技术的特点，应急通信系统能够非常方便地实现广播、组播和点播功能，使得卫星网络作为应急网络和备份网络与现有以电力光纤网络为主的地面网络很容易的互联成统一网络，并且将应急超短波网络接入，构成多种手段应急的冗余能力强大的网络；
任意地面站可设置为备中心站，作为主要主控站的异地备份，主中心站发生故障而停止工作时，位于异地的备中心站可自动地、迅速接管网络控制工作，继续维持全网正常运行，保证业务不受中断。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本发明所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统的组网示意图；
图2是本发明所述的SKYWAN VSAT卫星通信网络的拓扑图；
图3是本发明所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统的构成图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本发明所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，如图1、图2和图3所示，应急通信系统包括通信卫星转发器和具备卫星调节器设备的地面站，应急通信系统通过多个固定地面站和便携站构建广域传输承载网络，从而形成覆盖远端现场区域与后方指挥中心之间的传输平台，且应急通信系统设置IP接口，与任一基于IP技术的网络融合。
优选地，应急通信系统包括主中心站，应急通信系统由各个地面站通过卫星TDMA信道互联，主中心站作为应急通信系统的网络管理站控制全部地面站的接入和带宽分配。
优选地，应急通信系统还包括备用中心站，主中心站和备用中心站通过自身卫星系统实现自动切换，对卫星通道地面通信线路实现自动备份。
优选地，主中心站按业务优先级分配带宽，当某项业务取消时，主中心站将其占用带宽自动、动态地分配给其它业务使用。
优选地，地面站支持IP标准协议，地面站与地面网络通过路由器直接连接。
优选地，应急通信系统的网络架构为全网状网架构，任意两个地面站实现单跳通信。
优选地，应急通信系统支持组成星型、树状、多级分中心、混合型的组网形式。
应急通信系统由用户业务中心、卫星通信网络(广域承载网)、前沿宽带无线网络(超短波集群电台)、和便携移动站等组成，组网架构如图1所示：
在应急指挥通信中，利用卫星通信网络覆盖面积大的特点，通过固定地面站和便携站等多种站型构建广域的传输承载网络，从而能够形成覆盖远端现场区域与后方指挥中心之间的传输平台。卫星通信网络作为广域承载网，将现场的实时视频、话音和数据传回到后方指挥中心，构建后方与前方间的传输网络，从而实现应急环境下的指挥、调度通信。在日常工作情况，卫星通信网络作为备份传输网络、第二路由以及承载部分通信业务，如工业视频监控、视频会议等使用，从而增加整个通信系统的带宽容量。
VSAT卫星通信网络构成了应急通信系统的骨干传输平台，负责将前端接入的各个无线宽带网络连接在一起。在前方，利用微波无线传输和无线宽带接入技术，构建多种类型基站，包括前方指挥车载基站、单兵背负图传系统、便携移动基站，从而实现前方现场区域宽带接入，构成无线宽带接入平台，支持话音、视频和数据等多媒体业务的传输。
SKYWAN是一种可工作于配备有透明转发器的对地静止卫星的VSAT网络产品。SKYWAN能支持多种多媒体业务如，如话音、图像、视频等，并向用户提供VSAT网络所具有的各种主要优势，如在用户端架设小型天线并通过直接访问卫星即可实现大范围覆盖等。SKYWAN系统支持多达1023个地面站同时接入网络。
应急通信系统包括空间段和地面段。空间段指的是为系统提供卫星通道的对地静止轨道通信卫星转发器，地面段指包含SkyWAN卫星调解器，或称为IDU，设备的地面站，这些地面站构成了通信网络的节点。卫星装载着透明转发器，可从地面站接收信号，并经频率转换和功率放大后再发回地面，从而为网络内的地面站提供信号传输通道；而SkyWAN地面站则是向卫星提供空间接口。
SKYWAN VSAT卫星通信网络基于分组交换技术，将实时与非实时业务有机地集成在一起。提供IP接口，能够与任何基于IP技术的网络融合，支持多种多媒体业务，并向用户提供VSAT网络所具有的各种主要优势。采用当前最先进的多载波跳频TDMA(MF-TDMA)卫星信道访问技术，可支持整个网络中各节点间的全网状连接，实现卫星信道容量的高效利用。
在SKYWAN网络中，各卫星地面站利用多载波跳频MF-TDMA卫星信道访问技术通过卫星进行互联。多载波跳频TDMA是一种频分多址和时分多址相高效结合的技术，是各种卫星网络拓扑，如全网状、星状、混合状的基础，支持地面站之间的单跳的卫星连接。为充分发挥TDMA技术所固有的优势，SKYWAN还采用了一种灵活的信道访问协议，以动态按需分配为导向，实现对可用的传输容量的共享。SKYWAN产品构成的VSAT卫星通信网络拓扑结构如图2所示。
总公司SKYWAN VSAT网络由各个分公司的下属卫星地面站通过卫星TDMA信道互联，主中心站作为系统的网络管理站控制所有地面站的接入和带宽分配。各地面站SKYWANIDU支持IP标准协议，与地面网络通过路由器直接连接，配置合适IP地址规划和路由策略，即可将公司所有局域网互联，从而形成统一的通信网络。SKYWAN VSAT网络组成如图3所示。
SKYWAN VSAT卫星通信网络技术特征如下：
Figure BDA0002442421600000061
Figure BDA0002442421600000071
SKYWAN VSAT网络优势与特点：
业界最先进的MF-TDMA卫星信道访问技术；无需其它系统使用出向和入向的成对儿载波，而是使用单个载波实现双向传输，节省卫星带宽。
信道提供主流的卫星通信技术体制，调制方式支持QPSK、8PSK、BPSK，纠错采用性能优异的Turbo编码；载波配置调整灵活，可以根据需要随时在不中断网络运行情况下调整调制方式和速率，而且系统内不同调制和FEC方式之间的载波可以互通。支持上行功率控制，自动补偿雨衰以及信道变化影响。网络灵活性高，组网能力强，支持全网状网、星状、树状和混合状多种网络架构，支持所有用户地面站同时开机、永远在线运行。
永远在线这一特点使得华能四川水电公司的应急卫星通信网络应急响应速度快，保障华能四川水电公司的通信网络不中断，及时决策和处理应急任务。
在SKYWAN VSAT网络中，卫星带宽可全面共享，并支持自动的、动态的、瞬时的带宽按需分配(BOD)功能。当某一地面站或某一端口无业务传输时，其带宽可立即自动地分配给其它地面站和端口所使用，无需人工干预，从而能够更充分高效地利用空间段资源。
在SKYWAN VSAT网络中，各个载波的速率和FEC前向纠错编码率可各不相同，且每载波的步进长度为1波特连续可调。这样，在配置远端站射频部分时就可根据该站的业务量、地理位置、卫星覆盖等实际情况，配备相应大小的天线和ODU功放。如大业务量的固定站配备大天线和高功率ODU，并使用高速载波进行通信；而小业务量的边远站、车载站及可搬移站等则配备小天线和低功率ODU，并使用低速载波进行通信。从而提高地面段资源的灵活性、经济性和合理性。SkyWAN的这一特点使得各种口径的站型可以共存在同一卫星网络中，同时保障通信功能，简化系统设计。
SKYWAN卫星网络是基于IP的通信系统，全面支持IP特征。IDU内置IP功能，起到与路由器完全相同的作用，无需外加其它网络设备，全面支持IPv4的各种协议，包括OSPF动态路由协议，TCP加速，QoS、组播、VLAN、IP报头压缩、GRE隧道等主流IP技术，与地面网络完美融合互联。
由于多载波跳频TDMA(MF-TDMA)技术的特点，每个数据突发都可被多个远端站同时接收，SkyWAN系统从而能够非常方便地实现广播、组播和点播功能。
SKYWAN VSAT系统的这一特征使得卫星网络作为应急网络和备份网络与华能四川水电公司现有以电力光纤网络为主的地面网络很容易的互联成统一网络，并且将应急超短波网络接入，构成多种手段应急的冗余能力强大的网络。
SKYWAN VSAT系统支持优先级功能，任何时候都能保证高优先级业务优先获得所需带宽。SKYWAN VSAT系统的基于IP和帧中继的QoS(服务质量)功能，可向用户提供多达10个优先等级。用户可按照需要，针对不同的链路定义不同的优先等级，并据此向不同的地面站和不同的业务端口分配卫星传输容量和带宽，从而保证优质的业务质量。
吞吐能力高是十分重要的。尤其当需要实时的、动态的、高清晰视频图像时，很多卫星系统在2MHz带宽下不能足以支持逼真的、清晰的高质量画面的传输。而SKYWAN IDU具备单个TDMA载波高达10Mbps的吞吐能力；IP处理能力每秒可达140，000帧。SkyWAN每个地面站能轻而易举地支持画质如DVD的高清晰视频图像传输。在2MHz带宽下，SkyWAN系统可支持同时4路720p标清或2路1080p高清图像传输，大大提高卫星系统视频图像传输能力。
根据实际使用的经验，图像编码率至少要达到1.5Mbps才能真正满足用户对于高清晰视频的要求。在华能四川水电公司组织的任务演练中，SKYWAN卫星通信系统与科达视讯系统结合，使用2MHz带宽即可支持10个站点的高清视频会议，以及高清视频图像的单向传输，并同时保持话音线路通畅。SKYWAN能够实现超强吞吐能力，与其设备处理能力、高效算法和BOD带宽技术密切相关。
SKYWAN VSAT网络响应速度非常快，支持自动的、动态的、瞬时的带宽按需分配功能(BOD)，链路建立和带宽分配时间非常短，对于基于IP和帧中继等协议的业务可在1秒钟之内自动完成，能够向用户提供快速的服务。
SKYWAN系统所具备的快速的链路建立和带宽分配功能，非常适合于用户在一些紧急情况下对于应急应用的需求，而这也是其它基于线路交换技术的TDMA系统所难以满足的。
毋庸置疑，华能四川水电公司的各种实际业务应用，如电话、会议电视、数据传输等，对于VSAT卫星通信网响应时间和反应速度有着很高要求。当有紧急情况发生时，希望话路建立时间、会场画面切换时间、数据链路建立时间越短越好。而SKYWAN能达到：卫星话音信道建立时间1秒；会议电视的会场信道切换时间1秒；减少或取消缓慢耗时的，需用人工方式建立的PAMA数据电路，而能采用自动的、DAMA按需分配的数据电路，以先进的动态BOD技术实现瞬时的数据电路建立和带宽分配，响应时间1秒；
任意站点可设置为备用主控站，作为主要主控站的异地备份。当主要主控站发生故障而停止工作时，位于异地的备用主控站可自动地、迅速接管网络控制工作，继续维持全网正常运行，保证业务不受中断。SKYWAN网络运行不依赖于NMS网管，全网可脱网管操作。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (7)

1.基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：应急通信系统包括通信卫星转发器和具备卫星调节器设备的地面站，应急通信系统通过多个固定地面站和便携站构建广域传输承载网络，从而形成覆盖远端现场区域与后方指挥中心之间的传输平台，且应急通信系统设置IP接口，与任一基于IP技术的网络融合。
2.根据权利要求1所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：应急通信系统包括主中心站，应急通信系统由各个地面站通过卫星TDMA信道互联，主中心站作为应急通信系统的网络管理站控制全部地面站的接入和带宽分配。
3.根据权利要求2所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：应急通信系统还包括备用中心站，主中心站和备用中心站通过自身卫星系统实现自动切换，对卫星通道地面通信线路实现自动备份。
4.根据权利要求2所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：主中心站按业务优先级分配带宽，当某项业务取消时，主中心站将其占用带宽自动、动态地分配给其它业务使用。
5.根据权利要求2所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：地面站支持IP标准协议，地面站与地面网络通过路由器直接连接。
6.根据权利要求2所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：应急通信系统的网络架构为全网状网架构，任意两个地面站实现单跳通信。
7.根据权利要求1所述的基于SKYWAN VSAT卫星通信网络的应急通信系统，其特征在于：应急通信系统支持组成星型、树状、多级分中心、混合型的组网形式。
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