DVB—RCS系统网络管理的分析与研究

通信系统与网络技术　ＤＶＢ—ＲＣＳ系统网络管理的分析与研究　刘丽宏　（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１）　摘　要：简要介绍ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统，着重讨论了网络管理在ＤＶＢ．ＲＣＳ系统中的作用，分析了卫星通信系统　高效动态带宽资源分配、提高链路服务质量以及简化小站管理等方面的技术问题，以及网络管理系统在通信系统带宽　利用率、服务质量保障等方面性能改善上的特殊贡献。　关键词：网络管理；ＤＶＢ．ＲＣＳ；带宽分配；服务质量保证　中图分类号：ＴＮ９２７＋．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３１１４（２００８）０３—０７—３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ＤＶＢ－ＲＣＳ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ＵＵ　Ｌｉ．ｈｏｎｇ　（Ｔｈｅ　５４ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ＤＶＢ　ＲＣＳ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｈｅ　ｎｅｔｔｗｏｒｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ＤＶＢ—　ＲＣＳ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｓｓｕｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ＱｏＳ　ａｎｄ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｙ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｂｕｔｒｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔＯ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ＱｏＳ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ＤＶＢ—ＲＣＳ；ｂａｎｄｗｉｄｈ　ｔａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ；ＱｏＳ．　０　引言　互联网已经成为现代生活中必不可少的一部　Ｖｉｄｅｏ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，ＤＶＢ）标准提供了一套完整的适合　于卫星、电缆和地面等传输媒介的数字电视广播系　统规范。　分。随着全球信息网络技术的迅猛发展，基于宽带　互联网的各项应用服务都发生了革命性的变化。宽　带化和高速化已成为通信网络的发展方向。卫星通　信作为一项传统的通信手段，覆盖面广，具有极佳的　广播性能；传输不受地理条件的限制，组网灵活；网　早期的ＤＶＢ系统由于是单向广播方式，在互操　作性和通信质量等方面存在很大缺陷，主要是指没　有返回信息不能根据返回信号质量来调整发射信号　质量。为克服这些缺陷，经过长期研究，在２００３年　欧洲电信标准协会ＥＴＳＩ发布了交互信道标准，即　络建设速度快，成本低；如何利用卫星通信系统提供　宽带高速ＴＣＰ／ＩＰ数据传输日益受到人们的普遍关注。　据统计，在互联网中大约有２０％的信息属于广　播服务，如新闻、音像发布等。而在所有的通信方式　ＤＶＢ．ＲＣＳ标准，通过专用的双向交互信道，可以构　造基于ＧＥＯ卫星的交互网络。　１　ＤＶＢ．ＲＣＳ系统　图１是采用ＤＶＢ—ｓ２（Ｄｉ￣ｔＭ　Ｖｉｄｅｏ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ．　中，卫星通信的广播特性最好，同时互联网业务具有　下载大量视频、音频和数据信息，但上载信息很小的　特点。卫星通信中的ＤＶＢ标准既充分利用了卫星　的广播特性又能够提供大容量的前向信道。采用　ＤＶＢ标准的ＶＡＳＴ卫星通信系统，即在从主站到小　站的前向信道采用ＤＶＢ—ｓ２标准，回传信道采用近　年来广受关注的ＤＶＢ—ＲＣＳ标准，已经成为商用宽　带卫星通信的发展方向。　上世纪９０年代提出的数字视频广播（Ｄｉ￣ｔＭ　收稿日期：２００７—１０—１９　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　２ｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）广播信道和ＤＶＢ．　ＲＣＳ（Ｄｉ６ｔＭ　Ｖｉｄｅｏ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔ—Ｒｅｔｕｒｎ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）　交互信道构成的卫星交互网络系统结构图，系统由　卫星、中心站（网关、网络控制中心和业务提供者）和　小站组成。　１．１　信道组成　基于ＤＶＢ标准双向卫星通信系统包括２类信　道：广播信道和交互信道。　１．１．１广播信道　是从中心站到远端站的单向宽带广播信道，传　作者简介：刘丽宏（１９６７一），女，工程师。主要研究方向：卫星通信。　２００８年第３４卷第３期　无线电通信技术　７　维普资讯 http://www.cqvip.com 通信系统与网络技术　（各种多媒体业务）和外部网络（Ｉｎｔｅｍｅｔ，ＩＳＤＮ，　ＰＳＴＮ，等）。　业务提供者（Ｆｅｅｄｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ）：把控制、定时信号，　以及来自地面网的用户多媒体数据信息复接在一　起，通过前向链路传输到小站，前向链路是一个　ＤＶＢ．Ｓ标准的上行链路。上行链路传输ＮＣＣ控制　信息和用户业务信息到ＲＣＳＴ，业务信息和监控信息　可以通过多个前向链路发送，前向链路的数目取决　于ＲＣＳＴ中有几个前向链路接收器。　ＶＡＳＴ卫星网络一般要拥有一个功能强大的中　心站，它包括外部业务接人（Ｆｅｅｄｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ中的用户　信息接人），网络控制（ＮＣＣ），反向链路管理（Ｇａｔｅｗａｙ　Ｓｔａｔｉｏｎ）、（Ｆｅｅｄｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ）前向链路管理。　回传信道卫星终端（Ｒｅｔｕｒｎ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　图１　ＤＶＢ・ＲＣＳ通信系统模型　Ｔｅｒｍｉｎａｌ，ＲＣＳＴ），接收业务提供者的的广播信息，提　取小站用户所需信息发送给用户；从用户接收要发　输的业务包括视频、音频和数据等多媒体综合业务。　也可以包含前向交互信道。　１．１．２交互信道　是在中心站与远端站之间的交互信道，传输中　心交互信道包括反向信道和前向交互信道。　反向信道：通信方向从远端站到中心站，传输信　息包括请求中心站提供服务的请求信息、（中心站的　送给中心的信息，申请信道，在收到中心站的允许信　息后，在中心指定的反向链路上发送信息。　ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统由一个中心站和大量　的双向信道终端小站组成。ＤＶＢ．ＲＣＳ系统前向带　宽一般在４０　Ｍ以上，可以传送大量的信息，系统可　以支持的小站数量庞大，系统的回传链路带宽比较　窄，如何在众多的小站中分配反向链路带宽，是提高　ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统通信效率要解决的问题；小　站数量多，小站的管理也是网络管理的难题之一。　因此需要一个全面高效的网络管理系统来统筹规划　和管理整个卫星通信网络。　指令）响应信息以及业务信息等。反向信道采用　ＤＶＢ．ＲＣＳ标准，信道可以采用２种ＭＦ．ＴＤＭＡ突发　形式：第一种基于ＡＴＭ，由５３字节的ＡＴＭ信元组　成；第二种基于ＤＶＢ和多协议封装ＭＰＥ，此时一个　业务突发可包含１或２Ｎ个ＭＰＥＧ２．ＴＳ分组（１８８字　节长）。　前向交互信道：通信方向从中心站到远端站，中　心站发布到小站的信息，和其他为中心与小站之间　提供交互服务所需的信息。为了简化系统它也可以　利用广播信道传输前向交互信息。前向交互路径采　用ＤＶＢ．Ｓ标准，其协议栈如图１所示。对于ＩＰ分　组，采用ＤＶＢ多协议封装（ＭＰＥ）进行分段，然后装　入到ＭＰＥＧ２．ＴＳ包中。　２　ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统网络管理子系统　ＤＶＢ．ＲＣＳ网管子系统是一个完整的网络管理　解决方案，它不仅包含了通用的网络管理功能，而且　根据ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统的特点，强化了带宽资　源管理和服务质量保证，以充分利用前向和反向卫　星链路带宽，并在恶劣传输条件下保证传输质量。　ＤＶＢ．ＲＣＳ系统卫星网络包括２个主要部分：中　１，２卫星交互网络系统参考模型　一个完整的卫星交互网络控制大量的反向信道　心站和远端站。网络管理内容包括：前向链路子系　统和反向链路子系统。ＤＶＢ．ＲＣＳ系统网络管理的主　要功能，包括ＩＳＯ网络管理模型定义网络管理系统　的五大功能即性能管理、配置管理、记账管理、故障　管理、安全管理。根据ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统的特　卫星终端（ＲＣＳＴ），它由下列功能模块组成。　网络控制中心（ＮＣＣ）：ＮＣＣ拥有控制和监视功　能。它产生控制和定时信号控制整个卫星网络的运　行。　点增加了：带宽资源管理、服务质量保障ＱｏＳ管理和　远端站管理。　２．１服务质量管理　业务网关（Ｇａｔｅｗａｙ　Ｓｔａｔｉｏｎ）：业务网关一端通过　卫星利用反向信道接收ＲＣＳＴ返回信号，提供记帐、　与远端站的交互服务。另一端连接外部服务提供商　针对站的服务质量保障ＱｏＳ，可以配置所需的　Ｖｏ１３４　Ｎｏ．３　２００８　．８　Ｒａｄｉｏ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　维普资讯 http://www.cqvip.com 通信系统与网络技术　各种门限值，在不同的环境条件下，服务质量层级协　议能够很容易根据程序配置加以变化。例如针对雨　衰，在小站初始配置时设置Ｅ　／Ｎ。边界门限，当链　２．３带宽资源管理　网管分系统把前向和反向链路中的资源分配给　子网，子网把这些资源分配给多个远端站组。远端　站组把本组的带宽资源在组内的小站之间分配。　从统计资料可以看出，不是所有已配置参数的　远端站会同时登录网络，因此小站可以超额使用资　路信号质量下降，超过门限值时，可以采取降低速率　的措施，提高Ｅ　／Ⅳｎ值从而保证服务质量。　多媒体综合数据的ＱｏＳ的实现是通过分类实行　的。业务分为Ｖｏｉｃｅ、Ｖｉｄｅｏ、Ｆｉｌｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ、Ｗｅｂ等，给　业务数据ＩＰ报加上不同的分类标识。ＩＰ包的分级　应用级别标识有Ｖｏｉｃｅ、Ｖｉｄｅｏ、Ｆｉｌｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ、Ｗｅｂ，Ｅｔｃ。　源。假如，当所有远端站都登录时，它们按照最小带　宽分配资源，在只有部分远端站登录时允许远端站　更多利用带宽资源。这项规则可以更优化利用带　宽。相反地作用也存在，即当比预期的小站数更多　的远端站同时登录时，一些小站不能得到它们应得　的带宽，甚至由于缺少带宽资源而被阻止登录入网络。　实现时采用了为每个小站组设置最大和最小带　宽，在带宽资源有限时为保障小站组的ＱｏＳ优先保　证各个小站组的最小带宽，在链路有剩余带宽时，在　子网内的各个小站组之间分配，但每组的带宽不能　超过最大带宽。　每个小站也应设置最大和最小带宽，在带宽资　源有限时为保障小站的ＱｏＳ优先保证每个小站的最　小带宽，在链路有剩余带宽时，在组内的各个小站之　间分配，分配的带宽不能超过最大带宽。　远端站用包标识来把传输的各种业务排人不同的队　列，根据各种业务的特点，给不同业务队列分配不同　的优先级，采用不同的传输策略。队列主要有：管理　队列、语音业务、数据业务等队列。　根据业务的不同特点分为多个级别的优先级，　为保证话音、视频业务的传输质量，减少实时性业务　的抖动和延迟，实时业务优先级为最高的优先级，管　理和数据等业务优先级依次降低。实时业务优先分　配带宽资源，非实时业务可使用剩余带宽。　为用户定义的业务级别设置最大和最小带宽，　最小带宽是确保相应级别的应用能够使用一定的带　宽，例如数据业务优先级较低但要保证它获得一定　的带宽，以保护使用数据业务的用户利益。每种业　务类别都可以为业务指定可分配的最大带宽，一旦　链路带宽资源有空闲，则按照业务的优先级从高到　低的次序，分配带宽资源给每个级别的业务，分配的　资源不能超过它的最大带宽。　２．２远端站管理　大规模ＤＶＢ．ＲＣＳ系统常常包含的小站数量大，　为了便于管理系统通常分为网络、子网、小站组、小　３网络管理的功能　ＤＶＢ．ＲＣＳ卫星通信系统网络管理在以下几个　方面改善了通信系统的性能。　３．１优化带宽利用率　网络管理子系统把整个网络分为３级，为用户　的业务传输提供服务质量保障。　①在每个小站内，给每类业务设置了最大带　宽，网络管理子系统根据小站的业务需求实时分配　链路带宽，业务结束资源立即收回。其他业务可以　迅速占用收回的带宽资源，以便各种业务充分利用　站４个层次。首先根据用户需求作初始网络规划，　把网络分成多个子网分配给不同的业务服务商。其　次子网之中把功能相近的小站分成小站组。　小站的管理主要包括监视、控制和管理远端站。　为了完成管理功能必须配置小站的各种参数，如果　每个小站所有参数都由操作员手工完成，这个工作　量将是巨大的。因此网络管理操作员极少单独给某　带宽传输；　②在每个小站组，每个小站设置了最大带宽，　每个已入网小站都可以在组拥有的带宽中，尽可能　占有不超过最大带宽的链路资源；　③在每个子网，每个小站组设置了最大带宽，　每个小站组都可以在子网拥有的带宽中，尽可能占　有不超过最大带宽的链路资源。　个远端站配置参数，而是一次给多个小站配置信息，　最好是把同样的参数配置给多个小站。网管子系统　首先把子网作为一个实体，给子网配置统一的小站　参数，子网内所用的小站都继承子网小站模版中的　参数。其次不同于模版参数的小站，按功能分组，小　站组也可作为一个独立实体，给它配置的服务适用　于整个小站组管理的小站。再次小站不同其他小站　这样就提高了链路带宽的利用率；在同样带宽情　况下，网络可以支持更多的小站，从而降低用户费用。　３．２提高服务质量保障ＱｏＳ　网络管理子系统把系统分为二级，为用户的业　务传输提供服务质量保障。　（下转第１５页）　独特的参数特性，进入该小站单独配置。　２００８年第３４卷第３期　无线电通信技术　９　维普资讯 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信息传输与接入技术　图３是采用１　０２４点ＦｆｖＩ／ＴＩＦｆｖｒ法对交叠升余弦　观察图３（ｂ）中小圆内的部分可以看出，拖尾和　临道干扰使得分路后的波形相对于理论波形有微小　信号进行分路的一个实例。输入信号中的一路下变　频到基带，另一路由于存在频差△　厂而被调制到　３／ｒ，滤波器带宽取３／ｒ。　区别，但这个微小差别不大于０．１（比信号峰值低　一２Ｏ　ｄＢ），工程上由此造成的解调损失完全可以忽　略不计。　４结束语　二频交叠升余弦信号具有包络恒定、易于实现　符号同步、抗多径展宽能力较强、带外功率滚降迅速　的优点，它的９９％能量通过带宽约为２．８／ｒ。ＡＮ／　ＴＲＣ一１７０在窄带和宽带配置下都采用了这种信号形　式，总的发送带宽取为２×３／ｒ在工程上是合理的，　可以满足９９％能量通过的要求，也能实现信号的无　∥ｒ　（ａ）分路前的两路混合信号　１．２　失真、无串扰分路。　使用ＦＩＲ滤波器并进行采样率变换可以实现过　渡带为通带带宽１／１０左右的的分路滤波器；而使用　ＦＦＴ／ＩＦｆｖｒ方法理论上可实现过渡带为０的分路滤　０　８　０—４　１　．０　０．４　／　．　　’ｆ　．１’　／　．１　●　波器。若　厂＞２．８／ｒ，使用数字滤波器可实现两频　—０．８　１　２　……实理论际输值　出　７　．１　７　。｜’　∥ｒ　交叠升余弦信号的无失真、无串扰分路。　参考文献　［１］　Ｒｏｇｅｒ　Ｌ．Ｆｒｅｅｍａｎ．Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　（３ｒｄ　ｅｄｉｔｉｏｎ）［Ｍ］．ＵＳＡ：Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９９１：３５２—　３５４．　．（ｂ）分路后输出信号　［２］Ａ．Ｖ．Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍ，Ｒ．Ｗ．Ｓｃｈａｆｅｒ．Ｄｉｓｃｒｅｔｅ—Ｔｉｍｅ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ．Ｈａｌｌ，１９８９：５５３—５６０．　圈３　ＦＩＦＴ／ＩＦＦＴ滤波器分路实例　（上接第９页）　质量控制、资源配置的核心，通过对全网资源、性能　以及告警数据的统计，为网络规划、网络优化、资源　①在每个小站内，给每类业务设置了最小保证　带宽，不管网络多么繁忙，各种业务都能得到传　输；　调配提供了数据依据。保证通信系统具备非常强的　操作性、稳定可靠性、安全性、开放性和高可扩性；改　②在每个小站组，每个小站设置了最小保证带　宽，这样已入网小站都可以在自己有业务传输时，迅　速得到链路资源。　３．３简化网络管理　变了通信系统被动、事后维护的状态，初步满足了主　动维护、主动发现网络故障、主动分析出网络隐患等　预警性维护工作的需求，从而实现了通信网综合化　集中维护关于“集中管理、集中监控、集中维护”的管　理需求，具备了全网端到端的管理手段，符合宽带网　网管系统管理范围广层次多，遍及整个卫星网。　它通常分为网络、子网、小站组、小站４个层次。网　络和高速业务传输的发展趋势，为面向业务、面向客　户提供有力的支撑；提高网络运维效率、降低网络故　障时延。　参考文献　管提高子网和远端站组的管理功能，首先根据用户　需求把远端站分组，其次按功能或服务提供商分类　划分成不同的子网管理，简化网络管理的任务量。　４结束语　网管子系统是卫星通信网网络状态监视、服务　２００８年第３４卷第３期　［１］ＥＴＳＩ　ＥＮ　３０１　７９０　Ｖ１．４．１，Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｉｄｅｏ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　（ＤＶＢ）；Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｆｏｒ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　［Ｓ］，２００５．０９：１２—１４．　无线电通＂ｔｇ－技术　ｌ５