基于VSAT的大渡河流域VOIP應急調度通信系統設計

劉金全，鄒　聯

基于VSAT的大渡河流域VOIP應急調度通信系統設計

劉金全，鄒聯

（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）衛星通信系統具有速率高、微型化、建設周期短等優點，已在電力系統應急通信網建設中逐步得到廣泛應用，VOIP（VoiceoverInternetProtocal）技術則將模擬聲音信號數字化，使其可以在IP數據網絡上傳輸。文中以大渡河流域VOIP應急調度通信系統為例，介紹了基于VSAT關鍵技術的大渡河流域VOIP應急調度通信系統建設案例，為今后進一步推廣基于VSAT的VOIP應急調度通信系統在各個行業的廣泛應用提供了積極的參考。

甚小孔徑終端；VOIP；電力系統；應急通信系統

0　引言

隨著國內水電事業的迅猛發展，為了提高水資源利用率，全國各大流域水電開發公司均在設立集控中心，以滿足流域各梯級電站統一管理調度的需要。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合優化調度、提高水資源利用率、實現水電站發電效益最大化的運行、管理中心，主要采用地面光纖網絡作為通信通道。近年來，由于四川地區地震、泥石流等自然災害頻發，對大渡河流域光纖通信網絡造成重大影響，大渡河流域集控中心迫切需要建立一套應急調度通信系統作為傳統PSTN通信系統的補充，在應急情況下為集控中心至流域各梯級水電站提供穩定、可靠的調度語音通信通道。甚小孔徑終端[1，2]（VSAT，VerySmallApertureTerminal)衛星通信系統以其速率高、微型化、建設周期短等優點，已在電力系統應急通信網建設中逐步得到廣泛應用，而VOIP[3，4]（VoiceoverInternetProtocal）技術則將模擬聲音信號數字化，使其可以在IP數據網絡上傳輸。文中以大渡河流域VOIP應急調度通信系統為例，介紹了基于VSAT衛星系統的VOIP應急調度通信系統的網絡設計，闡述了VSAT衛星系統與VOIP技術緊密結合，在大渡河應急調度通信系統中的成功應用。

1　VOIP技術

VOIP的基本原理是使用基于IP數據網的分組交換替代電路交換實現傳統的語音通信。其核心內容是：將傳統語音信號通過一定的壓縮算法進行處理生成IP數據包，所有IP數據包通過IP數據網進行傳輸，到達目的地后再將這些IP數據包重新組合并進行解碼解壓處理還原成傳統模擬語音信號，從而實現基于IP數據網的傳統語音通信。傳統的1路語音數字電話帶寬為64kb/s，而采用VOIP技術的1路語音數字電話帶寬僅為8～11kb/s，帶寬利用率提高了5～8倍。VOIP網絡電話的核心是VOIP網絡電話網關。VOIP網絡電話網關不僅實現傳統語音信號到IP數據包的相互轉換，還具有網絡路由功能，將用戶撥打的被叫號碼映射為目的電話網關的IP地址，最后將IP數據包通過Internet網絡傳到目的VOIP電話網關。

2　大渡河VSAT衛星通信系統

大渡河流域衛星通信系統采用星型結構，主要為中心站（集控中心）與遠端站（各流域梯級水電站）。通信業務主要集中在中心站與遠端站之間的各類自動化業務數據與VOIP語音數據，各遠端站之間幾乎無數據交互。大渡河流域衛星應急通信系統采用TDM/D-TDMA[5]衛星傳輸體制，對每個遠端站做到了按需分配帶寬，適合遠端站突發性業務需求，使得整個衛星頻帶資源得到最高效的使用。目前整個系統租用的衛星轉發器頻譜帶寬為1MHz，上行、下行傳輸頻譜帶寬各500kHz，經過一定的轉換后換算成信息傳輸速率后上行、下行各約為600kb/s。

系統由1個成都中心站（集控中心）、7個大渡河流域遠端站（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。遠端站最大容量可擴容至20個站，覆蓋整個大渡河流域各梯級電站。按照電力二次系統安全防護分區的相關規定，采用橫向隔離縱向認證的方式實現不同業務數據之間的安全防護，成都中心站與流域各遠端站均劃分為3個VLAN，分別應用于不同的業務數據傳輸需求。由于系統采用的是星型網絡結構，成都中心站是整個系統的核心節點，因此成都中心站側的重要設備均采用1+1熱備配置，例如功率放大器（BUC）、下變頻器（LNB）、衛星調制解調器（MiniHub）等。成都中心站網絡結構如圖1所示。

圖1　大渡河衛星通信系統中心站網絡結構

3　基于VSAT的VOIP應急調度通信系統設計

3.1VOIP數據網絡結構

大渡河VSAT衛星通信系統中心站與遠端站均劃分3個VLAN，其中VLAN30作為VIOP應急調度通信系統的專用VLAN。在中心站，集控中心配置有1臺哈里斯1024用戶的調度程控交換機，在交換機內部安裝一塊內嵌于哈里斯交換機的EEGIP網關板。EEG網關板前面板引出一條10/100M網絡接口連接到VSAT衛星通信系統中心站的VLAN30交換機端口上，EEG網關板打開H.323協議的VOIP功能，為調度交換機提供了VOIP接口。在遠端站，每個梯級電站配置1臺SAG32VOIP網關，該網關提供2～32個模擬電話接口，通過一個10/100M網絡接口連到VSAT衛星通信系統中心站遠端站的VLAN30交換機端口上，實現模擬語音的IP數字化轉換。這樣集控中心通過VSAT衛星通信系統提供的IP數據網，可以將集控中心調度交換機上的模擬用戶號碼遠程配置到各遠端站的SAG32VOIP網關上，從而實現集控中心與各流域梯級電站建立的一套基于VSAT衛星通信系統的VOIP應急調度通信系統。該系統網絡結構如圖2所示：

圖2　基于VSAT的VOIP應急調度通信系統網絡結構圖

3.2VOIP網關設備配置

中心站EEG網關板與各遠端站SAG32網關的IP及媒體參數配置如表1所示。

各梯級電站的中控室配置2部應急VOIP電話，連接到SAG32網關上。當應急狀況下，傳統的PSTN通信通道中斷時，集控中心調度員可以撥打各梯級電站的中控室的應急VOIP電話，實現通過VSAT衛星通道的應急調度語音通信，為集控中心至流域各梯級水電站提供穩定、可靠的調度語音通信通道。

3.3帶寬分析

VSAT衛星通信系統根據流域各遠端站VOIP電話網關定制的Qos策略和實際VOIP電話數量來分配相應的衛星帶寬。系統實時監控成都中心站與流域各遠端站的通信需求，以8次/s的速度實時動態調整帶寬分配，這樣的動態帶寬調整非常適合突發性的VOIPTCP/IP[6]業務的網絡應用。衛星通信系統作為地面光纖網絡的備用通信通道，在地面光纖網絡正常情況下無業務數據傳輸，只有很少一部分衛星通信系統網管Qos鏈路管理數據傳輸，因此在VSAT衛星通信系統的入向TDMA載波上的12個時隙（time-slot）中，每個遠端站均只占用了1個時隙，用來傳輸網管數據，其余大部分時隙處于空閑狀態，TDMA時隙使用情況如圖3所示，工作時隙只有1/3。空閑時隙約占2/3。

表1　VOIP網關設備IP及媒體參數配置表

圖3　VSAT衛星通信系統TDMA時隙占用圖

系統入向載波流量數據監視圖如圖4所示，在入向TDMA載波上Qos網管數據流量很低，大約為2～5kb/s。實際測試3個遠端站6部衛星應急VOIP電話同時啟用時，流量大約為60kb/s，每部衛星應急VOIP電話實際占用帶寬不到10kb/s。系統入向載波配置的帶寬為634.57kb/s可供60部應急VOIP電話同時使用。

圖4　衛星通信系統流量實時監視圖

4　結束語

大渡河流域VOIP應急調度通信系統自投運以來，作為地面光纖網絡的有效補充，為大渡河集控中心與流域各梯級水電站之間提供了穩定、可靠性的調度語音應急通信通道，滿足了集控中心對應急通信通道高可靠性需求。文中以大渡河流域VOIP應急調度通信系統為例，詳細介紹了基于VSAT關鍵技術的大渡河流域VOIP應急調度通信系統建設案例，為今后進一步推廣基于VSAT的VOIP應急調度通信系統在各個行業的廣泛應用提供了積極的參考。

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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：光纖通信系統與衛星通信系統在電力行業中的應用。