劉金全，鄒　聯(lián)

基于VSAT的大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)設(shè)計

劉金全，鄒聯(lián)

（國電大渡河流域梯級電站集控中心，四川 成都 610041）

甚小孔徑終端VSAT（VerySmallApertureTerminal）衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有速率高、微型化、建設(shè)周期短等優(yōu)點，已在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)建設(shè)中逐步得到廣泛應(yīng)用，VOIP（VoiceoverInternetProtocal）技術(shù)則將模擬聲音信號數(shù)字化，使其可以在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳輸。文中以大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)為例，介紹了基于VSAT關(guān)鍵技術(shù)的大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)建設(shè)案例，為今后進(jìn)一步推廣基于VSAT的VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用提供了積極的參考。

甚小孔徑終端；VOIP；電力系統(tǒng)；應(yīng)急通信系統(tǒng)

0　引言

隨著國內(nèi)水電事業(yè)的迅猛發(fā)展，為了提高水資源利用率，全國各大流域水電開發(fā)公司均在設(shè)立集控中心，以滿足流域各梯級電站統(tǒng)一管理調(diào)度的需要。大渡河流域梯級電站集控中心是實施大渡河流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度、提高水資源利用率、實現(xiàn)水電站發(fā)電效益最大化的運行、管理中心，主要采用地面光纖網(wǎng)絡(luò)作為通信通道。近年來，由于四川地區(qū)地震、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)，對大渡河流域光纖通信網(wǎng)絡(luò)造成重大影響，大渡河流域集控中心迫切需要建立一套應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)作為傳統(tǒng)PSTN通信系統(tǒng)的補(bǔ)充，在應(yīng)急情況下為集控中心至流域各梯級水電站提供穩(wěn)定、可靠的調(diào)度語音通信通道。甚小孔徑終端[1，2]（VSAT，VerySmallApertureTerminal)衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其速率高、微型化、建設(shè)周期短等優(yōu)點，已在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)建設(shè)中逐步得到廣泛應(yīng)用，而VOIP[3，4]（VoiceoverInternetProtocal）技術(shù)則將模擬聲音信號數(shù)字化，使其可以在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳輸。文中以大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)為例，介紹了基于VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)的VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，闡述了VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)與VOIP技術(shù)緊密結(jié)合，在大渡河應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。

1　VOIP技術(shù)

VOIP的基本原理是使用基于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的分組交換替代電路交換實現(xiàn)傳統(tǒng)的語音通信。其核心內(nèi)容是：將傳統(tǒng)語音信號通過一定的壓縮算法進(jìn)行處理生成IP數(shù)據(jù)包，所有IP數(shù)據(jù)包通過IP數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，到達(dá)目的地后再將這些IP數(shù)據(jù)包重新組合并進(jìn)行解碼解壓處理還原成傳統(tǒng)模擬語音信號，從而實現(xiàn)基于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的傳統(tǒng)語音通信。傳統(tǒng)的1路語音數(shù)字電話帶寬為64kb/s，而采用VOIP技術(shù)的1路語音數(shù)字電話帶寬僅為8～11kb/s，帶寬利用率提高了5～8倍。VOIP網(wǎng)絡(luò)電話的核心是VOIP網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)關(guān)。VOIP網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)關(guān)不僅實現(xiàn)傳統(tǒng)語音信號到IP數(shù)據(jù)包的相互轉(zhuǎn)換，還具有網(wǎng)絡(luò)路由功能，將用戶撥打的被叫號碼映射為目的電話網(wǎng)關(guān)的IP地址，最后將IP數(shù)據(jù)包通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳到目的VOIP電話網(wǎng)關(guān)。

2　大渡河VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)

大渡河流域衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用星型結(jié)構(gòu)，主要為中心站（集控中心）與遠(yuǎn)端站（各流域梯級水電站）。通信業(yè)務(wù)主要集中在中心站與遠(yuǎn)端站之間的各類自動化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與VOIP語音數(shù)據(jù)，各遠(yuǎn)端站之間幾乎無數(shù)據(jù)交互。大渡河流域衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)采用TDM/D-TDMA[5]衛(wèi)星傳輸體制，對每個遠(yuǎn)端站做到了按需分配帶寬，適合遠(yuǎn)端站突發(fā)性業(yè)務(wù)需求，使得整個衛(wèi)星頻帶資源得到最高效的使用。目前整個系統(tǒng)租用的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻譜帶寬為1MHz，上行、下行傳輸頻譜帶寬各500kHz，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換后換算成信息傳輸速率后上行、下行各約為600kb/s。

系統(tǒng)由1個成都中心站（集控中心）、7個大渡河流域遠(yuǎn)端站（瀑布溝電站、深溪溝電站、龔嘴電站、銅街子電站、枕頭壩電站、大崗山電站、尼日河閘首）組成。遠(yuǎn)端站最大容量可擴(kuò)容至20個站，覆蓋整個大渡河流域各梯級電站。按照電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)分區(qū)的相關(guān)規(guī)定，采用橫向隔離縱向認(rèn)證的方式實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間的安全防護(hù)，成都中心站與流域各遠(yuǎn)端站均劃分為3個VLAN，分別應(yīng)用于不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸需求。由于系統(tǒng)采用的是星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成都中心站是整個系統(tǒng)的核心節(jié)點，因此成都中心站側(cè)的重要設(shè)備均采用1+1熱備配置，例如功率放大器（BUC）、下變頻器（LNB）、衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器（MiniHub）等。成都中心站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　大渡河衛(wèi)星通信系統(tǒng)中心站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3　基于VSAT的VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)設(shè)計

3.1VOIP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大渡河VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中心站與遠(yuǎn)端站均劃分3個VLAN，其中VLAN30作為VIOP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)的專用VLAN。在中心站，集控中心配置有1臺哈里斯1024用戶的調(diào)度程控交換機(jī)，在交換機(jī)內(nèi)部安裝一塊內(nèi)嵌于哈里斯交換機(jī)的EEGIP網(wǎng)關(guān)板。EEG網(wǎng)關(guān)板前面板引出一條10/100M網(wǎng)絡(luò)接口連接到VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中心站的VLAN30交換機(jī)端口上，EEG網(wǎng)關(guān)板打開H.323協(xié)議的VOIP功能，為調(diào)度交換機(jī)提供了VOIP接口。在遠(yuǎn)端站，每個梯級電站配置1臺SAG32VOIP網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)提供2～32個模擬電話接口，通過一個10/100M網(wǎng)絡(luò)接口連到VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中心站遠(yuǎn)端站的VLAN30交換機(jī)端口上，實現(xiàn)模擬語音的IP數(shù)字化轉(zhuǎn)換。這樣集控中心通過VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，可以將集控中心調(diào)度交換機(jī)上的模擬用戶號碼遠(yuǎn)程配置到各遠(yuǎn)端站的SAG32VOIP網(wǎng)關(guān)上，從而實現(xiàn)集控中心與各流域梯級電站建立的一套基于VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2　基于VSAT的VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2VOIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備配置

中心站EEG網(wǎng)關(guān)板與各遠(yuǎn)端站SAG32網(wǎng)關(guān)的IP及媒體參數(shù)配置如表1所示。

各梯級電站的中控室配置2部應(yīng)急VOIP電話，連接到SAG32網(wǎng)關(guān)上。當(dāng)應(yīng)急狀況下，傳統(tǒng)的PSTN通信通道中斷時，集控中心調(diào)度員可以撥打各梯級電站的中控室的應(yīng)急VOIP電話，實現(xiàn)通過VSAT衛(wèi)星通道的應(yīng)急調(diào)度語音通信，為集控中心至流域各梯級水電站提供穩(wěn)定、可靠的調(diào)度語音通信通道。

3.3帶寬分析

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)流域各遠(yuǎn)端站VOIP電話網(wǎng)關(guān)定制的Qos策略和實際VOIP電話數(shù)量來分配相應(yīng)的衛(wèi)星帶寬。系統(tǒng)實時監(jiān)控成都中心站與流域各遠(yuǎn)端站的通信需求，以8次/s的速度實時動態(tài)調(diào)整帶寬分配，這樣的動態(tài)帶寬調(diào)整非常適合突發(fā)性的VOIPTCP/IP[6]業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為地面光纖網(wǎng)絡(luò)的備用通信通道，在地面光纖網(wǎng)絡(luò)正常情況下無業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，只有很少一部分衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)管Qos鏈路管理數(shù)據(jù)傳輸，因此在VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的入向TDMA載波上的12個時隙（time-slot）中，每個遠(yuǎn)端站均只占用了1個時隙，用來傳輸網(wǎng)管數(shù)據(jù)，其余大部分時隙處于空閑狀態(tài)，TDMA時隙使用情況如圖3所示，工作時隙只有1/3?？臻e時隙約占2/3。

表1　VOIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備IP及媒體參數(shù)配置表

圖3　VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)TDMA時隙占用圖

系統(tǒng)入向載波流量數(shù)據(jù)監(jiān)視圖如圖4所示，在入向TDMA載波上Qos網(wǎng)管數(shù)據(jù)流量很低，大約為2～5kb/s。實際測試3個遠(yuǎn)端站6部衛(wèi)星應(yīng)急VOIP電話同時啟用時，流量大約為60kb/s，每部衛(wèi)星應(yīng)急VOIP電話實際占用帶寬不到10kb/s。系統(tǒng)入向載波配置的帶寬為634.57kb/s可供60部應(yīng)急VOIP電話同時使用。

圖4　衛(wèi)星通信系統(tǒng)流量實時監(jiān)視圖

4　結(jié)束語

大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)自投運以來，作為地面光纖網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充，為大渡河集控中心與流域各梯級水電站之間提供了穩(wěn)定、可靠性的調(diào)度語音應(yīng)急通信通道，滿足了集控中心對應(yīng)急通信通道高可靠性需求。文中以大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了基于VSAT關(guān)鍵技術(shù)的大渡河流域VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)建設(shè)案例，為今后進(jìn)一步推廣基于VSAT的VOIP應(yīng)急調(diào)度通信系統(tǒng)在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用提供了積極的參考。

[1]FelixLEM，PontesMS.Unavailabilityduetorainof；VSAT networksoperatinginKaandKubandsinBrazi[J]. InternationalJournalofSatelliteCommunicationsand Networking，2006，24（3）.

[2]高毫林，黃炎，張白愚.VSAT衛(wèi)星信號中的郵件數(shù)據(jù)分析與提取[J].通信技術(shù)，2008，41（5）.

[3]萬敏，萬曉榆.基于SIP的VoIP在下一代網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報，2003，14（4）.

[4]王恩臨，單明楠.基于下一代電力通信系統(tǒng)VOIP中的SIP協(xié)議分析[J].華東電力，2011，39（2）.

[5]薛冰，劉雪峰，姜韜.TDM/TDMA在點對多點無線局域網(wǎng)中的應(yīng)用[J].無線電工程，2008，38（6）.

[6]吳震，王輝.TCP性能增強(qiáng)代理在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2009，42（3）.

TN927+.2

B

1672-5387（2016）08-0079-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.024

2016-06-29

劉金全（1981-），男，工程師，研究方向：光纖通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用。