新一代卫星通信网络——SkyWAN系统
1引言
德国诺达卫星通信有限公司（NDSatComAG，以下简称诺达公司）的SkyWAN是一种灵活性极高且功能丰富的VSAT卫星通信系统，可用于组建广域企业网、政府网和军用网，提供IP路由和帧中继交换功能。诺达公司新一代的SkyWAN产品提供极其强大的处理能力和无可匹敌的丰富功能，能够支持用户的各种通信业务需求，是目前市场上灵活性最高、扩容性最强和综合性最广的VSAT卫星通信解决方案。本文着重介绍SkyWAN这一新一代卫星通信网络的技术特点、网络拓扑及其市场应用情况。
2SkyWAN系统的技术特点
图1
SkyWAN是一种多载波MF-TDMAVSAT系统，作为一个统一的宽带平台，其能以非常经济高效的方式支持语音、视频和数据等应用。SkyWAN的网络示意如图1所示。SkyWAN的每个地面站都能以64kbit/s～8.75Mbit/s的突发速率传输业务，并在远端站点之间实现高速的、无主站的通信连接。SkyWAN系统能够支持全网状的网络拓扑，任何地面站均可通过卫星一跳直接到达。
SkyWAN拥有完全的带宽分配机制，能够提供瞬时的带宽按需分配（BOD）。当且仅当地面站需要传输容量时，宝贵的空间段资源才会被自动地分配给它们。而这些资源之后又可被释放掉，按需分配给网络中的其他地面站使用。凭借特有的优先级管理功能，通过划分不同的服务质量（QoS）类别，实时和非实时业务可在SkyWAN网络中同时传送，且服务质量均可得到有效保证。
SkyWAN平台独立提供标准的接口，如以太网、帧中继、语音、传真、串行的同步和异步数据接口等，可以在一个统一的平台上直接支持用户的各种应用，如：
·通过内置的网桥/路由器支持局域网（LAN）互联；
·SAP及其他客户/服务器应用；
·SCADA及其他传统协议，如HDLC、X.25等；
·互联网访问及其所有相关应用；
·模拟/数字语音和传真；
·视频会议；
·IP电话（VoIP）和IP视频；
·IP/帧中继语音、传真和数据加密；
·支持FlyAway可搬运站或全套SNG车载站解决方案；
·支持卫星HF/VHF无线通信，可用于集群通信和航空管制（ATC）；
·支持DVB叠加，可用于远程培训和远程医疗。
其中的IP应用，如文件传输、电子邮件、网站访问、IP视频和IP语音等，均可得到全面支持。
SkyWAN系统的主要特点可以概括如下：
·支持星状、网状或混合状等多种网络拓扑结构；
·具备高速突发能力，各站载波64kbit/s～8.75 Mbit/s；
·动态带宽按需分配；
·最优化带宽利用；
·保证实时业务带宽；
·处理能力强大；
·性能高强：帧中继每端口2Mbit/s； 快速以太网/以太网每端口8 Mbit/s；快速以太网/以太网端口可选；
·支持先进的IPQoS机制：根据IP数据的DSCP域、源IP地址、目的IP地址、源UDP/TCP端口、目的UDP/TCP端口等进行等级划分；
·内置IP路由，支持静态的和基于OSPF的动态IP路由；
·TCP加速功能，能够改善所有TCP应用，包括Web访问、FTP文件传输、电子邮件、Windows组网等；
·提供上行功率控制；
·C频段和Ku频段可选；
·无单一故障点。
3SkyWAN系统的网络拓扑
SkyWAN系统包括SkyWANIDU5000、SkyWANIDU 2500、SkyWAN IDU 2000、SkyWAN FAD系列、SkyWAN PEC 1000、SkyWAN NMS等产品。一套完整的SkyWAN通常包括1个室内单元（IDU）和1个室外单元（ODU）。IDU与ODU之间的连接为L频段中频接口，以支持经济高效的卫星宽带应用。ODU射频设备有C频段、Ku频段以及多种功率量级，具体配置视用户需求而定。
SkyWAN有3种版本：
(1)SkyWANIDU5000：7插槽机箱，具备硬件扩展功能，既可作主站，也可作远端站使用；
(2)SkyWANIDU2500：3插槽机箱，通常用于远端站；
(3)SkyWANIDU2000：3插槽机箱(与IDU2500相似)，与低功率ODU系列组合成为SkyWAN Compact，用于远端站。所有SkyWAN版本均提供内置的静态或动态IP路由功能，且可按照DiffServ标准化实施IP QoS。作为选项，SkyWAN内部还集成有优化的TCP加速功能，可以改善所有TCP应用。其中，SkyWAN IDU 5000具备全面的、综合的SkyWAN网络特性，除了内置有IP路由外，还有帧中继交换、组播传输等功能。
图2
利用单一的SkyWAN技术即可组建高效的星状、网状及混合状网络拓扑的卫星通信网。在网状网中，所有站点都能通过卫星单跳进行连接；而在星状网中远端站点仅与主站进行通信，彼此之间不直接互通。SkyWAN系统可将两种拓扑结合在同一网络中，形成“混合网络”，图2给出了一种混合网络的拓扑示意。其中，某些端站可以全网状模式实现彼此之间的通信，而其他一些端站则以星状模式与某个网状节点进行会话。具备网状功效的站点通常使用SkyWANIDU5000，而星状拓扑站点则使用SkyWANCompact (IDU 2000)或SkyWAN IDU 2500。这几种地面站可工作在同一网络中，并彼此互通。而且，仅通过简单的软件下载，星状网端站即可升级具备网状功效，支持网状网单跳连接。
图3
每一个SkyWANIDU5000节点都具备成为主控站（中心站）或者备用主控站的能力。主控站的功能包括带宽协调和信道容量分配等，而备用主控站则能接管所有这些功能，且不造成任何业务中断，这就最大程度地加强了SkyWAN网络的可用性和可靠性。SkyWAN的网络管理系统（NMS）可通过多种方式访问网络中的任一站点，而且在同一网络中可同时存在多个NMS，以支持多级网络管理，并起到备份的作用。图3给出了SkyWAN网控网管备份功能的示意。
4SkyWAN系统的市场应用
SkyWANMF-TDMAVSAT平台功能丰富、强大、灵活，可以适应各种客户需求。以SkyWAN为核心，通过集成其他设备，可以满足多种特殊行业的专门需求，以下给出一些典型的具体应用。
(1)SkyWAN系统的国防应用
国防部队常因战略原因而部署在边缘地区，如边境线上或沿海地带。这些地方通常不具备任何地面设施，而与总部及其他驻地建立起可靠的通信是绝对必要的。
SkyWAN可为该种需求提供极其安全、可靠的整体通信解决方案，其中加密技术则可确保所有通信的完整性、可靠性和保密性。方案的主要特点如下：
·SkyWAN指挥部站快速部署；
·地面站自动校准；
·紧急情况下所有基地之间建立直接连接；
·综合所有业务，如数据、语音、视频等；
·任务命令视频广播；
·高度安全，系统的固有特性并配以端到端加密；
·全球通信性能强、安全可靠；
·可航空运输。
（2)SkyWAN系统的政府应用
每个国家都在世界各地设有代表其利益的外交机构。对于每个大使馆来说，能够建立到本土及邻国的可靠通信是十分必要的。SkyWAN可为该种需求提供安全、可靠的整体通信解决方案，其中加密技术可进一步确保绝对的隐私性。方案的主要特点如下：
·完全独立于地面设施；
·紧急情况下可与邻国建立直接连接；
·综合所有业务，如数据、语音、视频等；
·具备视频广播能力；
·端到端加密，确保高度的安全性；
·经济高效的业务带宽共享；
·全球通信性能高强、安全可靠。
(3)SkyWAN系统的航空管制应用
飞行控制人员依赖于各航空管制（ATC）站点之间的可靠通信，而语音是其中最主要的业务。当飞机从某一航区行至另一航区时，各站点之间必须能够实现明确无误的通信交接。在那些没有任何地面人员控制的飞行边缘区，航空管制信息的转发就需要通过远程通信发射机在空中以接力的方式实现，而这些地空远程通信（RCAG）站点则必须与ATC站点之间建立起可靠的连接。通常雷达覆盖呈点状，有些地区有，有些地区无。这就需要有一种解决方案能够将所有站点与雷达跟踪站连接起来。
基于SkyWAN的整体解决方案可为航空管制应用提供经济高效的网络基础设施。方案的主要特点如下：
·支持VHF（甚高频）通信信号；
·动态带宽分配，带宽占用最小；
·同时支持语音、视频、数据及互联网；
·高可靠性和高可用性；
·支持多NMS及备用NMS地面站。
(4)SkyWAN系统的海事应用
海洋运输公司可利用卫星通信系统有效地管理其船队。在海洋上，卫星通信是信息交换的惟一手段，其中典型的应用是语音和数据。船员即使远离家乡和大陆，也能与家人和总部保持联络。利用卫星通信甚至还能提供远程医疗，无论船员身在何处都能接受良好的医疗服务。在游轮上，还可以安装蜂窝网（如GSM），向游客和船员提供全面的移动电话接入服务。
在这种情况下，每艘舰船通信所需要的带宽都会超过100kbit/s，而基于SkyWAN的VSAT服务则能轻而易举地满足这些带宽需求，且与其他窄带业务相比更为经济。
SkyWAN系统利用先进的MF－TDMADAMA技术，可为海事应用提供非常经济高效的卫星网络解决方案。方案的主要特点如下：
·高带宽可用性；
·带宽按需要分配；
·同时支持语音、视频、数据及互联网等；
·卫星环路时间自动调整。
(5)SkyWAN系统的石油天然气应用
大型石油天然气公司在世界各地开采石油和天然气，其钻井平台通常建造在位于边远地区的海洋、沙漠或人迹罕至之处。这些地方根本不存在地面通信基础设施，而通信的重要性却与日俱增。
此时卫星通信网堪称理想之选，而基于SkyWAN的整体解决方案则可为用户组建其高带宽、经济高效的企业网络打筑坚实的基石。方案的主要特点如下：
·独立于地面基础设施；
·灵活性高，部署迅速；
·动态带宽分配，带宽占用最小；
·同时支持语音、视频、数据及互联网；
·为所有站点提供高带宽；
·支持SCADA应用。
(6)SkyWAN系统的应急通信应用
天有不测风云，水灾、洪水、地震、海啸等天灾，野蛮施工、恶意盗挖和战争暴乱等人祸都会导致地面网络瘫痪，此时卫星通信可大显身手，提供即时有效的应急通信服务。而SkyWANVSAT系统可与其独具特色的车载站和可搬运站（FlyAway）技术相结合，向用户提供功能强大的、综合全面的卫星应急通信解决方案。方案的主要特点如下：
·完全独立于地面网络，不依赖于任何地面通信设施，如光纤、微波、移动通信网络等；
·支持车载站、船载站、可搬运站及“动中通”应用；
·部署迅速，可快速抵达事发现场，及时建立或恢复通信；
·容量大、速率高，支持骨干网、高速干线业务；
·支持高清晰视频传输，可逼真再现事发现场景象；
·支持所有综合业务，包括语音、数据和图像等；
·支持应急的GSM移动通信和集群无线通信；
·动态占用带宽，卫星资源利用率高；
·支持主控站（主站）异地备份，网络可靠性高；
·机动、灵活、快速、可靠、安全。
5结束语
随着技术的发展和新业务的出现，卫星通信发挥着越来越重要的作用。基于此，本文介绍了一种新一代的卫星通信网络——SkyWAN系统，该系统是一个统一的宽带平台，能以非常经济高效的方式支持语音、视频和数据等应用。详细介绍了SkyWAN系统的技术特点、系统平台所支持的各种应用、系统的网络拓扑及其产品和系统的市场应用。
作者：王建峰 黄国策 朱 蒙 卞 瑜 空军工程大学电讯工程学院
友情链接：
