iDirect专项方案及产品介绍.doc

一. iDirect卫星系统架构介绍iDirect卫星系统是业界唯一从底层设计完全支持IP双向卫星通信系统。在下行载波（或主站出向载波）上iDirect采取简练、高效HDLC封装方法（如同地面网络Cisco路由器），形成一个基于TDMSCPC载波。在小站上行载波上，iDirect使用专利确实定性TDMA访问方案（D-TDMA，Deterministic-TDMA），以带宽高效利用方法来快速响应小站带宽分配请求。区分于其它卫星系统，iDirect系统集成度高，多种功效全方面内置（如TCP/HTTP加速、Qos保障、加密等）。同时iDirect系统提供一站式、功效全方面网络管理系统，方便用户对网络管理和使用。iDirect许可在单个主站机箱支持多个输入/输出载波，能够同时连接多达5颗不一样卫星、或5个不一样频段。该体系结构使网络运行商节省大量成本开销，无需多个主站设备开支以支持多颗卫星。iDirect一样硬件/软件，只要作不一样参数设置，即可支持多个应用拓朴结构（星状、星状/网状、SCPC点到点），能够灵活组网以满足不一样用户要求。其网状功效能够单跳实现小站之间直接通信，大大缩短卫星时延，有效地确保话音/视频等实时业务服务质量。-iDirect系统很适合于采取主站/小站星状网络结构、业务含有突发性网络应用。系统从底层设计来充足提升TCP/IP业务经过卫星传输效率，能够提供高达98%载荷效率，为用户及运行商取得更多信息传输容量。iDirect系统性能很可靠，因为含有TPC编码，QPSK、8PSK等优异编码和调制功效，即使使用口径相对较小天线和低瓦数功放也能取得很好通信效果，为用户节省了建站成本。同时系统内置自动上行功率控制，可确保在恶劣天气下系统正常工作。1.1 iDirect主站组成iDirect主站支持网络数目、载波数、载波大小、转发器、卫星、带宽等方面灵活调整。iDirect系统主站设备含有以下特点： 电信级标准设备配置 - 设备内部全冗余备份 同一主站机箱能够支持多达5颗卫星、或5个不一样频段（如Ku、C、Ka、扩展C） 每机箱多网络，单个机箱能够支持多达20个网络，多出向，多入向 卫星带宽利用率比其它系统（尤其是DVB系统）高30%-50%,投资回报（ROI）快 用户能够以低成本起步，逐步建设自己网络，充足有效地利用投资： 下行载波从128Kbps到18Mbps，1bps步进 上行载波从64Kbps到8.2Mbps，1bps步进 通用线路卡（Line Card，调制/解调卡）数量能够依据网络规模改变逐步增加，以支持更多远端站 协议处理服务器（Protocol Processor）、网管服务器负载均衡/冗余备份，能够伴随网络扩大而增加数量 o 支持主站机箱级连，支持用户网络绝对扩张。下图为iDirect主站经典硬件组成。iDirect设备包含在虚线框内。其中： 5IF Hub（5中频主站机箱）为系统调制/解调部分。其20插槽结构能够安装20块通用线路卡（Line Card，调制/解调卡），能够提供20*18=360Mb/s上行载波广播能力，能够支持多达20个独立网络（每个网络下行载波高达18.2Mb/s，TDMA上行载波高达8.4Mb/s）。机箱含有电信标准系统冗余能力，电源模块冗余、风扇冗余、线路卡冗余，支持热插拔。iDirect主站和室外单元（功放、LNB）之间连接为L-band收/发电缆。iDirect主站除了5IF Hub这一型号外，还有4-slot Hub、Private Hub及Mini Hub这多个型号，适合于用户有步骤地建设大规模网络。 通用线路卡(Universal Line Card)通用线路卡(Universal line Card)是插在主站机箱中调制/解调卡。线路卡能够经过软件设置灵活地用于出向、入向或出/入向，支持C、Ku、Ka等任何频段。支持数据吞吐率为：下行最高为18 Mbps（未来更高），上行最高为8.4 Mbps。 线路卡支持主/备卡自动切换、热插拔。从型号上关键有M1D1（1调制/1解调）、M0D1（单解调）、M1D1-iSCPC等种类。 协议处理服务器（Protocol Processor，PP）:协议处理服务器（PP）为运行Linux操作系统IBM刀片服务器，上面运行iDirect主站系统关键软件，如卫星带宽动态分配、网络时隙计划制订、Qos实现、TCP加速等。iDirect主站协议处理器为1：1备份配置，各刀片服务器之间负载均衡、自动切换。 网络管理（NMS）服务器:iDirect NMS基于用户机-服务器方法架构。集中管理全部远端站和主站配置，能够经过卫星线路对远端站进行软件升级、配置更改，实施维护和监控。NMS服务器基于运行Linux操作系统IBM刀片服务器。用户端软件分成iMonitor和iBuilder两个软件，iBuilder关键完成网络配置，iMonior完成网络监控。1.2 iDirect远端卫星路由器（小站）iDirect 路由器提供了简练而又精良“单机式”处理方案，在一个机箱内集成了卫星调制/解调器、IP路由器、TCP加速器和QoS/优先级确保等功效。这一紧凑设备能够提供现在最高双向数据速率，自动上行功率控制使得系统即使在恶劣天气下也能确保可用性。路由器内置TCP/HTTP加速技术能够克服卫星延迟来提供IP数据吞吐量；Turbo纠错编码（TPC）能提供比传统纠错编码技术高近200%效率。iDirect路由器内置应用QoS和优先级确保功效，支持DHCP和NAT，支持ACL（访问控制列表）。高达18 Mbps下行（或出向）数据传输速率，和高达8.4 Mbps上行（或入向）数据传输速率。关键有三种设备型号： iDirect 3100、3100-NB卫星路由器：星状网远端站 iDirect 5000系列卫星路由器：星状、SCPC、星/网状支持多个组成模式：星状网、SCPC功效、星/网状混合。内置8端口支持VLAN以太网交换机。 iDirect 7000系列卫星路由器：星状、SCPC、星/网状iDirect 7000系列卫星路由器19英寸机架可安装，含有5000系列路由器全部功效，而且拥有一个PCI扩展槽，以满足特殊用户功效扩展需求（如专用加密卡、WiFi无线网接入卡）iDirect远端路由器应用连接很简单，路由器一侧用10/100Mbps以太网电缆连接到LAN，另一侧用两根同轴电缆连接到ODU。路由器能够经过同轴电缆给BUC、LNB提供直流电或10MHz参考晶振。设备功耗指标：小站3100路由器：3100路由器本身只有17W功耗。当它给BUC或LNB供电时，峰值可达90W。二. 系统方案设计1. 需求分析 星状网结构，1个固定站，12个移动站 每个小站以2Mb/s速率和主站通信2. 卫星带宽设计TDMA卫星网络方案设计关键是卫星载波设计。在载波设计时，需要考虑每TDMA载波用户容量，TDMA载波设计太大，即使每载波容纳用户数较多，不过需要每个用户终端配置较大功放和卫星天线，而较小载波容量则需要为全网配置更多载波，频繁TDMA跳频也带来额外开销。所以，合理设计要平衡载波数量和终端尺寸。本设计假设全网12个小站中每时每刻只有4个站有正常业务传输（其它小站处于待命状态），每个站业务速率为2Mb/s速率。这么，2个4Mb/s速率上行载波能够满足本网络实际应用要求（提议作链路计算分析，这么能够知道所需BUC和LNB规格）。3. 硬件组成基于对网络应用分析，我们提议选择iDirect 4-slot Hub作为主站设备，而用3100路由器作为远端小站。设备配置：栏目设 备 描 述数量1iDirect 4-slot Hub 主站套件，包含以下多个部分 (1.1 1.4)11.1协议处理服务器（Protocol Processor ）2iDirect Protocol Processor High Capacity Server (3.2Ghz, 1GB, 36.4GB)3 Years 24x7 Hour Hardware Support on IBM e-server1.2网管服务器（Network Management System）2iDirect NMS High Capacity Server (2x3.2Ghz, 2GB, 146GB)3 Years 24x7 Hour Hardware Support on IBM e-server1.3Hub LAN Switch248 Port 10/100 Ethernet Switch - Multicast and VLAN Capable - Cisco 2950 1.4Hub Broadband Router Universal Line Card - Inbound/Outbound (M1D1)12Hub Broadband Router Single Demodulator Line Card (M0D1)备份用113iDirect 3100小站路由器12三. iDirect系统优异性3.1 iDirect同一设备支持星状、星/网状、SCPCTDMA网络中80%业务是发生在小站和主站（及分中心）之间星状业务；同时会有少许业务（20%左右）需要发生在小站和小站之间。对于星状网而言，假如小站之间有业务沟通，那它们之间业务需要经过主站来中转，形成双跳电路。对于话音这么对实时性要求很高业务，卫星双跳会影响服务质量（如话音时延加大）。所以，假如能在部分实时业务比较频繁小站之间建立单跳直接电路，使得它们之间实时通信（话音等，数据业务除外）无需经过主站中转，其实际使用意义很关键。iDirect系统星状+ 网状功效能够在星/树状拓朴结构前提下，实现部分小站网状单跳直接通信，节省了带宽，而且保障了实时业务（如话音、视频）通信质量。 另外，iDirect同一设备、同一软件支持SCPC功效。当TDMA网络在运行过程中，假如某一小站有临时大容量业务传输需求，iDirect系统能够经过简单参数设置，利用已经有设备，在对应站点之间快速建立一条直接大容量SCPC通信电路，这么能在不影响其它网络端站正常通信前提下，保障某小站特殊通信要求。iDirectSCPC电路既能够建立在主站和小站之间，也能够在小站之间建立。支持IP速率范围为64kb/s18Mb/s。3.2 iDirect单主站机箱支持多网络，支持多达5颗不一样卫星，或5个不一样频段iDirect 5IF主站、或4槽主站机箱能同时支持若个独立网络，这些网络之间业务完全独立，无任何关系。卫星运行网络覆盖区域大，用户结构复杂，电路可能会包含跨星、跨频段，地理位置可能会横跨洋、洲。不一样用户网络需要不一样网络拓朴（星状、网状、SCPC）。iDirect同一设备能够符合她们要求。 在同一iDirect主站机箱中不一样星源、不一样频段、不一样网络应用拓朴能够共存，给运行商用户提供广泛组网灵活性，而且节省投资。3.3 可伸缩性iDirect系统能够灵活地进行网络数量、载波数量/大小、卫星数目、每远端站带宽、卫星频段等方面调整，能够帮助网络运行商愈加经济有效地扩展设备和服务，从而节省大量运行投资。3.4 iDirect系统设备功效高度集成iDirect系统各组成部分完全由iDirect自主开发，而且全部功效全内置（卫星modem、IP路由器、Qos确保、TCP加速器、加密等功效）。iDirect含有各系统模块之间协议配合优势，也方便了以后系统更新换代，因为全部部件均由同一个厂家提供，系统升级简单。在iDirect 5000和7000小站设备上集成8端口、支持VLAN以太网交换机，极其方便地提供安全用户业务接入。3.5 iDirect主站硬件符合电信备份标准，提供全方面系统内部备份和其它厂家依靠设备外部备份（比如采取倒换开关来切换）不一样，iDirect主站设备任何一个部件（如电源模块、风扇模块、线路卡）均为内部M：N备份，支持热切换和热插拔。iDirect系统没有一个单一故障点能够引发网络瘫痪。 3.6 系统结构紧凑，节省空间效率和竞争对手相比，对于相同规模网络，iDirect主站系统仅需少许空间。 3.7 强大流量管理（Traffic Management） 强大流量管理能够让运行商在确保应用性能同时又能最高效率地利用带宽。iDirect从几方面来实现这个能力： 每小站在上行/下行载波上最小信息速率、最大信息速率 应用触发，每小站在上行/下行载波上动态CIR（承诺信息速率） 强大应用Qos功效1) 每小站在上行载波上最小信息速率（我们也叫之为最小CIR、或静态CIR）能够确保主站能立即响应每个小站动态带宽申请要求，也能够用来传输业务。这个带宽不能被其它小站共享，除非小站没有入网。2) 在上行/下行载波上最大信息速率能够充足确保卫星带宽共享性3） 动态CIR（承诺信息速率），只有当有效触发业务出现时才进行带宽分配，而且在使用完立即释放。iDirect提供完整、细致业务类型定义，正确地响应每个新带宽分配请求，并立即收回资源。4) iDirect应用Qos是现在各厂家中做最完善，其Qos功效系统软件完全内置，和整体软件配合紧密、效率高，同时也方面了以后软件升级、换代。以下图所表示，iDirect体系结构中有一整套Qos处理步骤： 对业务优先级定义、Qos标志识别：iDirect能识别输入IP流中o 源/目标IP地址o 业务协议类型（TCP、UDP、IGMP、RTP、ICMP）o 源/目标地协议端口号o 802.1q VLAN标志o DSCP标志o TOS标志o IP Precedence标志等特征，对数据流进行正确分类，将它们归到不一样优先级队列。iDirect提供了三种不一样优先级队列：o 特权队列（Priority queuing）：处于这个队列业务含有绝对优先级，也就是“这个业务一旦出现就要立即被发送，而不管有没有其它业务”。特权队列内部又细分为4个子队列：从P1 (最高优先) 到 P4。全部划到P1队列中多个业务会被循环发送，直至没有任何P1业务；然后再发送P2，再P3.o 按权值队列（CBQ，Class Based Queuing）：属于这种队列各业务按百分比来分享总带宽。这么，即使是最不关键业务有总有它机会用于发送业务。只有当全部特权队列中业务全被传完后再开始传按权值队列中业务。.o Best_effort（尽力而为）队列：只有当上面两种队列业务全被传输完成，才有机会让给Best_effort队列中业务。划到此种队列中经典业务是FTP。 SAR, 业务流打包/拆包处理处理（Segmentation and Reassembly，SAR)：在发送端将多种多样长度数据包切割成小包，使实时业务（如话音）小数据包无需等候前面大数据包，以缩短时延； 承诺信息速率（Committed Information Rate ，CIR)：承诺信息速率机制能够确保小站有必需带宽来确保关键业务传输； 时隙梳理分配：假如时隙分配不连续，就会影响时延抖动，如话音时延改变。iDirect时隙梳理机制在TDMA帧中均匀分配时隙，极大地消除抖动； Group QoS：系统监视全部远端站上产生带宽需求业务类型，依据预先设置带宽分配规则对每个小站组进行“按需”分配带宽； IP数据包压缩：iDirect拥有UDP包头压缩、UDP负荷压缩、TCP负荷压缩功效，能够极大降低IP数据流对带宽需求。3.8 iDirect带宽分配管理 在iDirect系统，PP（协议处理服务器）上有一个中心带宽分配经理（Centralized Bandwidth Manager），它会以每秒8次速度计算/刷新TDMA时隙分配表，同时实施严格带宽分配。带宽分配经理以以下次序分配带宽： 给每小站最小配置带宽（最小信息速率，Min CIR） 应用触发，动态CIR请求 Best Effort 空时隙分配当帧中有空闲时隙时，带宽分配经理会将这些剩下空闲时隙公平地分配给全部小站。3.9 高效小站突发带宽申请：D-TDMA（Deterministic- TDMA，确定性TDMA）在网络中有应用，就有请求。不一样制式系统处理小站业务请求方法是不一样。iDirect小站申请突发带宽工作模式其信道利用率高达98%，几乎无浪费。有系统采取如同以太网上ALOHA方法，各个小站有业务时无序发送带宽请求信号，争抢有限上行带宽。这些带宽请求信号若在同一时间发送，则会引发碰撞，而且网络规模越大，所碰撞机率就越大。碰撞意味着请求失败，各个小站只能重新申请。所以采取ALOHA或S-ALOHA方法系统，其信道利用率很低，最高只有37%。对于实时性比较多网络应用来讲，假如业务出现很随机，因为ALOHO方法带宽竞争碰撞机会多，从技术上讲会带来相当多时延和时延改变不稳定性，不太适合传输VoIP业务、IP视频等。iDirectD-TDMA工作模式给每一个小站路由器颁发一定小数量指定带宽（或叫最小CIR），这个指定带宽既能够用来传输网络控制信号，又能够传输小容量用户数据，也用来让小站向主站申请额外带宽。这个带宽能够小至0.28Kb/s。利用这种方法，若有请求，每一个小站无需竞争，因为它总有属于它到主站专享电路。主站能够在第一时间接收到小站请求，从而能快速实施带宽调整。iDirect会将共享卫星带宽池中带宽以高达1秒钟8次速度对各小站实施额外带宽实时动态分配。iDirect系统很适合于VoIP或视频等实时业务，各小站含有自己指定时隙来申请带宽，无需争抢，多种实时突发业务能够被立即、高速传送，时延和时延改变量小。另外，小站带宽时隙分配含有“梳理“式特征，在整个TDMA帧结构中均匀分配，从而能够产生稳定数据流，而不会产生如同其它系统所带来业务急剧性改变。3.10 Direct系统在卫星带宽利用效率方面优异性 真正“空中IP” 对IP数据简单、直接HDLC封装，承载用户信息效率比采取额外MPEG封装DVB系统高1530%，给用户带来更高IP bits/Hz 双向TPC（Turbo） 前向纠错编码：和RSV系统相比，一样误码率TPC需要较低功率。TPC系统比RSV系统有1.5dB功率优势，这相当于41%额外功率，支持更高IP bits/Hz 自动远端同时：iDirect自动上行功率、频率偏差、定时偏差控制支持业界最紧凑TDMA帧结构，其时隙保护间隔是其它厂家1/4。这降低了对卫星带宽需要，提升bits/Hz MF-TDMA：“快速” 跳频优化小站之间业务负载均衡。这也降低了入向载波失败所带来负面影响，提升了卫星带宽利用效率，提升了IP bits/Hz 决定性TDMA（D-TDMA）：尽管是在网络拥挤状态下，无争抢访问机制能够提供98%负荷效率。这也意谓着更高IP bits/Hz。大多数竞争对手方案（如ALOHA）只有60%效率。 精细到1b/s上/下行载波微调。相比较于采取固定跳跃式步进速率（如128kb/s）其它厂家，iDirect系统能依据用户需求量身定做，提升IP bits/Hz 载波1.2间隔系数：集成优异数字滤波电路支持更小滚降系数，iDirect1.2载波保护带宽系数符合Intelsat IESS308 标准，并已在众多卫星网中利用。这比需要1.4间隔其它系统节省14.5%卫星带宽，提升了IP bits/Hz 带宽按需快速分配：确定性TDMA （D-TDMA）快速带宽分配算法能够高效实施带宽按需分配，以支持如同话音等实时业务需求。iDirect系统以每秒种8次频率来进行带宽分配调整，带来了高效性和更高IP bits/Hz。 内置cRTP压缩、UDP包头压缩、UDP数据包压缩、TCP数据包压缩：这些方法大大降低对带宽需求量，比如cRTP压缩能够降低VoIP业务50%带宽因为采取多个新技术、新思绪，iDirect TDM/D-TDMA系统含有超强IP宽带网络特征，更贴近地面宽带网络技术要求，为卫星宽带网和地面网络互联提供更高性能保障，为用户提供了相对更高应用层附加值，提升了系统整体性能价格比。3.11 iDirect全球网络管理系统（Global NMS）iDirect NMS基于用户机-服务器方法架构。能集中管理全部远端站和主站配置，能够经过卫星线路对远端站进行软件升级，配置更改。能提供强大功效帮助用户进行网络性能分析、流量监控（IP层、卫星层），全方面监视全网运行状态、性能指标，以使用户掌控全网运行。 全功效NMS，跨多区域管理网络，使小站含有“漫游”功效。当移动远端站（如远洋船只、移动车）从一个主站覆盖区域（网络）移动到别主站覆盖区域（网络）时，小站会在新主站（网络）自动入网，无需人为干预（如修改配置、天线转星等）。不一样操作人员不一样网络管理权限，能够在一个网管系统上实施分层次、分级管理。iDirect NMS关键包含iBuilder和iMonior两部分。iBuilder关键提供对全网配置和控制，包含经过卫星电路对远端站进行软件升级、配置更新。它能展现网络图形显示，经过简练明快图形用户界面（GUI）直观地查看和配置系统参数。 iMonitor提供一系列丰富工具来监视网络运行一举一动，并能立即给操作员提供网络运行性能汇报和故障报警。其告警和报警能力能以声音、视觉触动来通知系统不平常状态，操作员能够从具体图形显示和统计信息来分析、定位问题之所在。全部网络数据包含告警、报警、事件和统计均可在实时或历史监控中可得到。 iBuilder和iMonitor支持随意访问远端小站，只要远端小站有IP连接到NMS服务器。NMS业务流带宽需求量很小，连拨号线路也能够支持最复杂图形显示数据传输。iDirect NMS为网络提供全方面配置、监控、诊疗和分析功效。NMS完全基于图形操作界面（GUI）设计，便捷界面使得操作和管理人员便于使用。此网络管理系统提供多层次数据检验/验证、组播下载/升级、多用户操作、可视化诊疗、信息图形展示和数据分析能力。iDirect NMS丰富功效和操作便捷性取得了网络操作人员认可和赞许。iDirectNMS所含有功效有： 配置管理 故障管理 性能管理 操作员管理 卫星载波管理 业务流管理 安全管理 统计和汇报产生管理 用户认证和管理iDirectNMS能够做到： IP graphic（IP图形流量显示）:用户能够实时监视网络上业务流量。 SATCOM Graphic（卫星链路质量显示） AUPC（自动上行功率控制） 上/下行载波速率小步进灵活可调 UDP或TCP方法发送远端小站配置，或复位远端小站这个功效对于小站安装、运行维护尤其有意义。假如小站发射部分有任何原因使得其不能正常工作，只要它能接收主站载波，主站即可将配置命令经过UDP（push）方法强行下载到小站，以纠正其工作状态。 iDirect网管业务汇报功效，比如具体统计/显示远端小站运行状态，分析网络带宽利用率，全网络长时间运行稳定情况，具体告警/事件统计.卫星带宽长时间利用率统计小站运行情况汇报 利用NMS中地理位置图功效，iDirect能够图形跟踪显示远端站在全球位置改变。实时地理位置显示功效能动态地、形象地显示各移动站方位改变。 3.12 iDirect虚拟网络运行商（VNO）、用户网络检察员（CNO）iDirect虚拟网络运行商（VNO）功效使卫星服务商无需购置或建造VSAT主站，无需配置天线、室外单元、机房、供电设施而进行VSAT服务运行。每个VNO全部从主网络运行商（HNO）租赁一定数量机箱插槽和卫星带宽，而这些资源和其它网络相互独立。每个VNO独立管理/运行自己部分网络，能够随意定义本网内和小站之间资源分配，随意定义/使用其私有IP地址。有了VNO功效，无需花费巨大投资，运行商就能够提供有竞争力宽带 IP业务。VNO方法对没有自己主站运行商来讲是个极佳方案。同时主站全部者（HNO）经过租赁机箱插槽也能够发明额外收入。VNO拥有一套完整网络管理能力，能够使其网络运行和管理和HNO脱离。另外iDirect还提供了用户网络检察员（CNO）功效。CNO不含有配置、修改能力，但含有分等级对网络运行监视能力（只“读”）。