卫星与网络：休斯HX系统的重要特点

　　休斯HX系统的重要特点

　　1 HN系统概述

　　HN系统最有效地贯彻实施具有ACM(Adaptive Coding and Modulation)功能的DVB-S2标准。HN系统同时兼容IPOS(卫星网际协议)标准。IPOS是被北美的TIA和欧洲的ETSI和ITU组

织所认证的第一个全球卫星领域标准。

　　正如标准中阐述的一样，休斯具有ACM功能的DVB-S2的具体实施，为休斯客户提供更高系统使用性和既定天线尺寸的更大的吞吐量。HN系统可以优化链接性能，即使是对地理位置分散和多雨地区的网络，HN可通过远端站的信号质量反馈动态地调整纠错码及性能调制来实现链路优化。大幅度改善的LDPC (Low Density Parity Check)纠错编码，结合自适应调制功能，使休斯解决方案成为当今市场上很有效的DVB-S2平台。

　　针对高端大型企业和政府应用的HN7700S，为小需求的商务要求所服务的HN7000S以及针对集成VoIP和宽带服务的HN7740S共同组成了全新的HN7000S远程平台。这些远程终端将会同时支持DVB-S 和 DVB-S2标准，提供运营商到DVB-S2的轻松转换。DVB-S2 主站(网络运营中心)配置包括HN NOCLX ，一个完整配置的主站以及满足小型初始网络需求的节约成本可扩展的HN NOCCX 。这些主站均支持DVB-S2 和 DVB-S的远程终端。

　　HN平台可以被轻松地配置来支持大范围数据率，从而让国际服务供应商在设计服务计划时有极大的灵活性。休斯DVB-S2标准实施的主要性能包括针对更高吞吐量服务的QPSK 和 8PSK调制，有效的LDPC编码，以及为改善带宽可用性和节能服务的ACM性能。

　　2 HX系统概述

　　HX系统是休斯提供的一个全新的具有创新性的IP宽带VSAT系统，它是为那些对高带宽和高服务质量(QoS)链路有特别需求的小型网络而专门设计并加以优化的。HX系统不仅从已高度成功的休斯HN宽带VSAT系统(配置已超过750000终端)继承了其最佳特点和能力，而且还提供一些附加的新特性以支持那些主要针对高带宽和实时应用(例如话音中继，视频会议等)。在图1中所描述的HX网络体系是基于TDM/TDMA的星状拓扑结构。

　　HX系统提供先进的带宽管理能力，允许运营者根据每个远端站的情况定制设计不同的服务质量(QoS)和服务水平协议(SLA)。作为一个纯粹的基于IP的解决方案，HX系统结合了一套强大的IP功能和特点。 运用DVB-S2(或者DVB-S)作为出向信道的传输标准，HX系统因此能达到市场上任意一个TDM/TDMA网络的最佳频谱效率。当HX系统允许运营者保证每个远端站的入向和出向带宽时，入向TDMA信道提供根据使用情况和实际需要来动态分配带宽的能力，从而允许运营者可以为他们的客户发展一个更宽范围的服务计划。网络管理系统十分先进，同时包含允许远程登录和最终用户共享的HTTP接入功能。

　　3 出向信道DVB-S和DVB–S2

　　所有休斯卫星IP宽带系统均使用DVB标准作为出向传播信道。出向采用DVB能为运营商提供一些重要的优势。

　　3.1DVB有效扩展

　　DVB信道是为可有效地扩展到大载波而设计的。休斯能够在出向信道上支持像45Msps那样大的载波。这与那些最大出向信道容量只能到10Msps的非基于DVB的系统，形成鲜明对比。拥有休斯的系统，运营商可以使用一个单一的出向载波来支持数百乃至数千的远端站。

　　由于每一个附加的载波之间都要求留有信道间隔，因此一个在上行链路被迫有多路出向信道的运营商正在支付其效率罚金。此外，当每个出向载波必须复制每一个组播信息时，卫星组播的优势也在减少。

　　3.2 DVB信号可以被复接

　　DVB系统的另一个重要优点是能将两个或更多的DVB信道复接在一起成为一个单独的载波。对一个已经正在广播一个DVB视频载波的运营商，数据容量的附加可以轻松的通过将休斯的DVB数据流和其原有的DVB视频流进行复接而实现。在拥有一个较大的复接后的DVB流的情况下，运营商通过将载波运行在饱和下，利用单一载波的方式占据转发器。两个DVB流是如何复接在一起的，如图2所示。

　　3.2DVB-S2频谱效率

　　对DVB标准系列的最新增强型就是DVB-S2。DVB-S2推出了若干新的重要特点共同在DVB-S和专有(非DVB)信道模式上提供十分有意义的频谱效率。DVB-S2提供8PSK和QPSK两种调制方式，和一个基于低密度奇偶校验(LDPC)内部编码级联BCH的强大的FEC系统。BCH/LDPC的成效是离香农极限仅差0.7dB，比任何专有的“turbocode”都能得到更为显著的优越性能――Turbocode在运行中的最好表现也得距离香农极限大约2dB左右。图3表明了DVB-S2 对DVB-S及一个典型的专有“turbocode”的性能比较。

　　对运营商而言，其底线就是DVB-S2能够提供2.25bit/Hz或更多，从而导致更好的带宽经济性。

　　3.4DVB-S2出向自适应编码和调制

　　DVB-S2的一个非常强大的特点就是自适应编码和调制(ACM)，这是专为交互式服务，如卫星上的宽带IP而设计的。休斯已经为ACM的运行设计了它专有的解调器芯片，并且也是迄今唯一能够提交ACM系统的制造商。

　　ACM允许运营者以远端站为基础改变出向信道的调制和编码。 该特点可以应用于两种用途，首先是优化出向信道的链接预算，其次是动态调整以补偿出向信道的大气层衰减。

　　在ACM的第1个应用——优化链接预算，一个运营商可以根据卫星覆盖图(footprint)或EIRP等值线对每一个远端站预先定义其出向FEC编码/调制方式。如图4所示，位于波束边缘的远端站可以定义成最富活力的编码/调制方式的组合(例如QPSK，FEC 1/2)，而位于波束中心的远端站则可以定义成最节省带宽的编码/调制方式的组合(例如8PSK，

　　FEC 9/10)。根据远端站定制出向信道的能力允许一个运营者实现额外的带宽效率达30%以上以及从8PSK和BCH/LDPC中获得30%以上的增益。 因此，具有ACM的DVB-S2 可以提供给一个运营者超过DVB-S高达 60% 的带宽增益。

　　在ACM特点的第2个应用中，系统能够基于接收信号条件的改变如发生雨衰的情况下动态地改变编码/调制的组合。在这个方式中， 在主站和远端之间有一个“闭环控制”的反馈机制。因而远端站能够指示主站改变编码/调制的组合以克服雨衰。对运营者的好处是可以为其客户提供更高的可用性。HX系统中的ACM性能如图5所示。

　　4 闭环控制

　　休斯HX系统在主站和远端之间有一个“闭环控制”，因而可以连续监控出向和入向信道。如图6所示，当每一个远端站连续监测接收到的主站发来的信号质量的同时，对主站，闭环控制提供连续地监测接收到的从每一个远端站发送过来的信号质量。当大气层条件影响到链路质量时，每一个环节均可要求改变以克服雨衰情况。

　　在主站，出向信道编码和调制可以动态地改变，同时在远端里，FEC编码可以动态地改变以改善链路可用度。如果远端站入向传送需要更强的链路性能时，它也可以具备能力“换档”到一个支持较低符号速率的不同入向载波组里。此外，远端站能够动态地改变其本地上行功率控制以克服雨衰情况。

　　这些可用性特点汇总成一个单一的闭环功能实现，导致无可比拟的链路性能，这些对任何商务应用都是至关重要的。

　　作为闭环控制实施的一部分， HX系统可以支持“闭环定时”，从而允许运行的灵活性和“点波束”卫星的运行。

　　5 入向自适应编码

　　休斯系统还能够动态地改变入向信道的编码速率。此特点所带来的好处即可以获得更高的链路可用度。如图7所示，具有此特点，在主站端的回转信道解调器能够在相同的TDMA帧结构里解调、解码，以及处理编码速率变化着的“突发信号”。 主站解调器不需要预先知道每个突发的编码速率， 而取决于“飞行”过程中。 即允许远端基于受雨衰影响的链路条件而动态地改变它的编码速率。

　　6 入向效率

　　休斯HX系统是一个真正的动态带宽分配系统。如果一个远端小站没有业务流，就没有系统资源分配至此站点。一旦一个站点接收一个业务流的分配(通过我们的ALOHA 管理信道)，远端站即进入到流(stream)方式(非竞争方式)。并且带宽分配的数量是依据具体的远端站的QoS计划而决定的。

　　与此形成对比的是，一些竞争方的系统没有一个共享管理信道的机制，即管理ALOHA 接入信道。这就意味着在这些系统里，系统里的每一个远端站必须对网络容量进行预分配，而且自始至终都占有。这是非常无效率的，特别是对于大型网络而言。

　　此外，HX系统对入向采用可变突发信号长度的传输。这允许回传信道的突发大小可根据每个远端站及每个需求被最优化地设置。与此相反，许多竞争方的系统采用固定的突发长度，每个入向突发必须是同样的大小，而不顾实际的有效载荷需求，导致严重的带宽浪费。

　　在对休斯入向系统吞吐量进行了广泛重复的测试，结果都证明了入向效率可达85%。在实际的应用中，这意味着典型的休斯终端的上传性能可以轻松地达到入向信道速率的85%。即在1.6 Mbit/s回传信道的情况下，上传的吞吐量可以达到1.3Mbit/s。

　　7 入向带宽共享

　　利用在HX系统里的所有远端站均为频率灵活的穿越在所有入向信道上这一事实，HX系统能够把多个入向信道“捆”成一个大的资源池。在时间上的任意点，一个远端站都可能事实上被接入到任意的入向信道上。究竟确定在哪个信道上取决于动态网络控制簇(DNCC)，尤其考虑包括根据远端站的QoS许诺等诸多因素。多频率入向接入如图8所示。

　　为了达到共享的效率(即实现“大数定律”的效果)，并且提供对每一个远端站的服务承诺，HX系统采用了一系列的技术。其中重要的一个元素就是“入向服务质量”(IQoS)的概念。

　　在HX系统里的每一个IQoS计划都只是对入向带宽和远端站一起的逻辑划分以便远端站能够接入到IQoS计划里面的逻辑带宽。被指定的逻辑入向带宽被设计为“开放”的，代表性地为那些被定义为“动态流”(另如所知即“最努力”接入)的远端站所使用。这种入向带宽的架构如图9所示。

　　另一重要点即在入向分配机制中，带宽绝不会是“专线式”的(即硬性分配给一个远端站或是一个远端站组)，而永远是“可保证的”。保证带宽的优点是当一个IQoS计划不能完全利用它的被指派的带宽时，HX系统可随时重新分配带宽到其它的IQoS计划上。因此为一个运营者提供显著的灵活性。

　　8 先进的带宽管理技术

　　除了入向带宽的逻辑划分外，HX系统还向运营者提供以下几种不同的入向容量接入模式。

　　(1)动态流服务：HX远端站可定义成以基于“最努力”的模式而分配带宽。在此机制下，对一个远端站按需供给出向/入向带宽，但要受网络负载的约束；

　　(2)预分配的恒定比特率服务(CBR)(虚拟专线服务)：HX系统可以在HX网关及远端站之间不对称地提供固定量的带宽(因为出向速率和入向速率不同)；

　　(3)可适应的具有最小承诺信息速率(CIR)的恒定比特率服务(CBR)：在这种模式下，HX系统可将带宽的初始量设为CIR。这与上面提到的CBR类似，不同之处在于在该种机制下，还有一个最大量使用的概念，即有能力按需分配带宽直到该小站能达到最大速率，或者直到网络资源被用尽。这种机制对支持MPLS及Frame Relay接入尤其有效。

　　HX系统包含一些网络管理工具。管理系统可以告知运营者有多少出向和入向带宽已经被不同的CBR和CIR服务消费掉了，还有多少带宽对动态流服务是可用的。这样，运营者可以很“智慧”地给网络加载，并能理解网络到什么样的程度就“超负荷”了。

　　CBR和可适应的CBR服务所分配的带宽均以4kbit/s为起始，以1kbit/s为步进。

　　8.1 动态流服务

　　当一个远端站被配置为动态流服务时，该终端的带宽分配是基于以下组合因素。

　　(1)储存量(Backlog amount)：是对终端在任意给定的储存量下需要多少带宽的预估；

　　(2)可用的IQoS容量：是系统用以分配动态流容量的一个可用网络容量的数量。

　　IQoS计划对一组远端站定义了其接入动态流带宽时所可用的最大带宽量。HX系统支持多种IQoS计划，这使得运营者对于不同客户组可以为其提供不同级别的最努力服务。

　　8.2预分配的恒定比特率服务

　　根据这种带宽管理机制，一个远端站可以被预分配为一个固定量的比特率(CBR)，并且这个比特率可以在出向和入向两个方向上独立地配置。例如一个远端站可以配置为512kbit/s CIR入向及256kbit/s CIR出向。 此外，远端站还可以配置成假如在所定义的期间，该信道一直空闲，那么就可以取消分配其带宽。

　　CBR服务运行起来类似于SCPC链路。因为每信道分配的带宽是基于链路的配置而固定的。

　　8.3 可适应的，具备步进的CBR

　　可适应的，具备步进的CBR是一种带宽分配服务。这种情形下，远端站的带宽分配基于以下参数。

　　(1)最小CIR：这是在数据session初始时立即分配给远端站的带宽量。该最小CIR是低抖动的，因为带宽只要分配给远端站一直到CIR session终止。CIR session终止是基于空闲期的超时；

　　(2)最大速率：能给小站分配的最大带宽量；

　　(3)门限水平：当使用超出门限水平，远端站将被分配以额外的固定带宽量(以下称“步进”)。门限水平根据分配给该终端的当前带宽使用量的百分比来定义。例如若门限水平是80%，假如远端站当前分配的带宽使用率超出80%时，远端站将分配以一个额外的“步进”带宽。带宽使用或信道负载情况每隔500ms被评估一次；

　　(4)步进：这是一个固定量带宽，以kbit/s为单位。当远端站的带宽需求超出最小CIR时，“步进”将会分配给该远端站。HX系统用“门限水平”来确定何时分配额外的步进。HX系统将继续分配步进达到终端的最大速率或者直到入向载波组的带宽被用尽；

　　(5)session活动时限：这是指当远端处于非活动的规定时限(没有IP业务)一到，该session将断开连接，并将带宽释放为其它远端站所接入。

　　8.4 可适应的，具备动态流的CBR

　　可适应的，具备动态流的CBR是一项带宽分配服务。这种情形下，远端站的带宽分配基于以下参数。

　　(1)最小CIR(同上)；

　　(2)最大速率(同上)；

　　(3)session活动时限(同上)。

　　图11诠释了具备“最努力”服务的CIR。在这种接入模式下，只要一检测到远端站的业务活动，最小CIR即会被提供。初始分配后接下来，远端站继续监控它的“储备队列”( Backlog Queue)以确定它是否应该申请超出最小CIR的额外带宽。如果远端站确定它期望得到额外带宽，它将会向系统发出申请(通过到业务包上加一个“背负”消息)。这种额外带宽量的需求是一个预估，主站端的DNCC(带宽管理单元)将尝试以“最努力”方式提供给远端站所申请的带宽。若带宽是可行的，它将被批准为终端站使用“最大速率”。

　　8.5 业务优先级

　　对于任何网络，至关重要的是能够应用优先级以确保重要的商业应用不必忍受同非紧要的应用产生带宽争夺。HX系统可同时设置基于IP参数的入向及出向的优先级。IP业务内的优先级可基于源或目标IP地址或IP端口号。这允许将优先级应用基于一台机器或是应用层面。该优先级的管理不仅可以在一个站点里面也可以普及到整个网络。该功能防止了在X站点上的一个紧要应用，不至于因Y站点正在传送一个大数据文件，而使其性能经历贬低。图12诠释了HX系统如何在卫星链路上使用优先级管理业务。

　　HX系统可采用以下规则进行业务优先级的分配。

　　(1)源IP地址范围；

　　(2)目的地IP地址范围；

　　(3)TCP/UDP端口号；

　　(4)差分服务代码点(DSCP)位数。

　　9 无限制的服务方案组合

　　因为HX系统将所有入向频道视为共享资源，并且所给定的入向TDMA突发是长度可变的。所以，HX系统能有效地提供一个实际上无限制的服务方案组合。这与某些供应商提供的对于一个入向上的所有远端站必须具备同样的服务方案形成鲜明的对比。图13诠释了一个运营者如何利用HX系统对每个终端站根据客户需求制定服务计划，从而摆脱卫星系统的局限性。

　　10 自动远端授权

　　休斯HX系统的独特性在于集成了对系统中每一个远端站支持“自动授权(auto-commissioning)”的功能。由于该特点，当远端站在安装和做commission时，主站端不需要人力协作。远端站配置早在远端站安装前已载入HX系统数据库内。一旦远端站物理安装完毕，天线对好，安装人员将远端站设定为“自动授权”状态，远端小站将直接与主站各单元交涉，设置功率，调整定时值，下载软件及参数，完后进入运行状态。所有这些过程的完成都无需主站端的人为介入。

　　这一功能不仅允许运营人员每天很容易地大量扩大安装站，而无需增加额外人手，并且也大大减少了出错几率，使得安装在第一时间正确到位。

　　11 单收远端站的支持

　　由于带宽不需要预分配给远端站的事实，任何一个HX远端站都可被配置为“单收”运行。这提供给运营者一个有效的途径去发展单收应用，例如IPTV的播发和其它数字内容的播发应用。

　　12 串行数据支持

　　HX系统包含集成的串行数据，语音及多媒体应用等功能。HN6030(串行设备)是一个通过HN IP系统传输SDLC，X.25及其它串行协议的集成方案。

　　HN1000(多媒体设备)也是一个集成设备，其具备能够将IP视频信号传输到电视上或将IP音频信号传送到一个音响系统上的功能。

　　13 集成的语音支持

　　HX系统拥有HN6040语音设备，提供集成的VoIP解决方案。除了在呼叫建立时产生VoIP session外，在HX系统上的HN6040都能够在其通话期间得到恒定比特率(CBR)的带宽。CBR的保障是提供在卫星上的高质量话音的一个关键因素。

　　14 全球支持

　　除了我们的技术优势之外，还有一个重要事实，休斯的服务机构遍布于全球。我们致力于卫星网络业务已有30多年。选择一个休斯的解决方案，不仅仅带来的是技术的优势，同时也为客户带来休斯的支持和经验。