iDirect方案及产品介绍

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的双向卫星通信系统。在下行载波（或主站出向载波）上iDirect采用的简洁、高效的HDLC封装方式（如同地面网络的Cisco路由器），形成一个基于TDM的SCPC载波。

在小站上行载波上，iDirect使用专利的确定性TDMA访问方案（D-TDMA，Deterministic-TDMA），以带宽高效利用的方式来快速响应小站的带宽分配请求。区别于其它卫星系统，iDirect系统集成度高，各种功能全面内置（如TCP/HTTP加速、Qos保障、加密等）。同时iDirect系统提供一站式、功能全面的网络管理系统，方便用户对网络的管理与使用。

iDirect允许在单个主站机箱支持多个输入/输出载波，可以同时连接多达5颗不同的卫星、或5个不同的频段。该体系结构使网络运营商节约大量的成本开销，无需多个主站设备的开支以支持多颗卫星。

iDirect同样的硬件/软件，只要作不同的参数设置，即可支持多种应用拓朴结构（星状、星状/网状、SCPC点到点），可以灵活组网以满足不同客户的要求。其网状功能可以单跳实现小站之间的直接通信，大大缩短卫星时延，有效地保证话音/视频等实时业务的服务质量。

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iDirect系统非常适合于采用主站/小站星状网络结构、业务具有突发性的网络应用。系统从底层设计来充分提高TCP/IP业务通过卫星传输的效率，可以提供高达98%的载荷效率，为用户及运营商获得更多的信息传输容量。

iDirect系统性能非常可靠，由于具有TPC编码，QPSK、8PSK等先进的编码和调制功能，即使使用口径相对较小的天线和低瓦数功放也能获得很好的通信效果，为用户节约了建站成本。同时系统内置自动上行功率控制，可确保在恶劣天气下的系统正常工作。

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1.1 iDirect主站构成

iDirect主站支持网络数目、载波数、载波大小、转发器、卫星、带宽等方面的灵活调整。

iDirect系统主站设备具有以下特点：

• 电信级标准设备配置 - 设备内部全冗余备份

• 同一主站机箱可以支持多达5颗卫星、或5个不同频段（如Ku、C、Ka、扩展C）

• 每机箱多网络，单个机箱可以支持多达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

• 用户可以以低成本起步，逐步建设自己的网络，充分有效地利用投资：

▪ 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）的数量可以根据网络规模的变化逐步增加，以支持更多的远端站

▪ 协议处理服务器（Protocol Processor）、网管服务器负载均衡/冗余备份，可以随着网络的扩大而增加数量

o 支持主站机箱级连，支持用户网络的绝对扩张。

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下图为iDirect主站典型硬件组成。iDirect设备包括在虚线框内。

其中：

• 5IF Hub（5中频主站机箱）为系统的调制/解调部分。其20插槽结构可以安装20块通用线路卡（Line Card，调制/解调卡），可以提供20*18=360Mb/s的上行载波广播能力，可以支持多达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）。

机箱具有电信标准的系统冗余能力，电源模块冗余、风扇冗余、线路卡冗余，支持热插拔。

iDirect主站与室外单元（功放、LNB）之间的连接为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这几种型号，适合于用户有步骤地建设大规模的网络。

• 通用线路卡(Universal Line Card)

通用线路卡(Universal line Card)是插在主站机箱中的调制/解调卡。

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线路卡可以通过软件设置灵活地用于出向、入向或者出/入向，支持C、Ku、Ka等任何频段。支持的数据吞吐率为：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。从型号上主要有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操作系统的IBM刀片服务器，上面运行iDirect主站系统的核心软件，如卫星带宽动态分配、网络时隙计划制定、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基于客户机-服务器方式架构。集中管理所有远端站和主站配置，可以通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操作系统的IBM刀片服务器。客户端软件分成iMonitor和iBuilder两个软件，iBuilder主要完成网络的配置，iMonior完成网络的监控。

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1.2 iDirect远端卫星路由器（小站）

iDirect 路由器提供了简洁而又精良的“单机式”解决方案，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/优先级保证等功能。这一紧凑的设备能够提供目前最高的双向数据速率，自动上行功率控制使得系统即使在恶劣天气下也能保证可用性。

路由器内置的TCP/HTTP加速技术可以克服卫星延迟来提供IP数据的吞吐量；Turbo纠错编码（TPC）能提供比传统纠错编码技术高近200%的效率。

iDirect路由器内置应用QoS和优先级保证功能，支持DHCP和NAT，支持ACL（访问控制列表）。高达18 Mbps的下行（或出向）数据传输速率，以及高达8.4 Mbps的上行（或入向）数据传输速率。

主要有三种设备型号：

• 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

支持多种组成模式：星状网、SCPC功能、星/网状混合。

内置8端口支持VLAN的以太网交换机。

• 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，具有5000系列路由器的所有功能，并且拥有一个PCI扩展槽，以满足特殊用户功能扩展的需求（如专用加密卡、WiFi无线网接入卡…）

iDirect远端路由器的应用连接非常简单，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。

路由器可以通过同轴电缆给BUC、LNB提供直流电或10MHz参考晶振。

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设备功耗指标：

小站3100路由器：3100路由器本身只有17W的功耗。当它给BUC或LNB供电时，峰值可达90W。

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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速率与主站通信

2. 卫星带宽设计

TDMA卫星网络方案设计的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，虽然每载波容纳用户数较多，但是需要每个用户终端配置较大功放和卫星天线，而较小的载波容量则需要为全网配置更多的载波，频繁的TDMA跳频也带来额外开销。因此，合理的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（其余的小站处于待命状态），每个站的业务速率为2Mb/s速率。这样，2个4Mb/s速率的上行载波可以满足本网络实际应用的要求（建议作链路计算分析，这样可以知道所需BUC和LNB的规格）。

3. 硬件构成

基于对网络应用的分析，我们建议选择iDirect 4-slot Hub作为主站设备，而用3100路由器作为远端小站。

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设备配置：

栏目

设 备 描 述

1

iDirect 4-slot Hub 主站套件，包含以下几个部分 (1.1 ~ 1.4)

1.1

协议处理服务器（Protocol Processor ）

iDirect Protocol Processor High Capacity Server (3.2Ghz, 1GB, 36.4GB)

3 Years 24x7 Hour Hardware Support on IBM e-server

数量

1

2

1.2

网管服务器（Network Management System）

iDirect NMS High Capacity Server (2x3.2Ghz, 2GB, 146GB)

3 Years 24x7 Hour Hardware Support on IBM e-server

2

1.3

Hub LAN Switch

48 Port 10/100 Ethernet Switch - Multicast and VLAN Capable - Cisco 2950

2

1.4

Hub Broadband Router Universal Line Card - Inbound/Outbound

(M1D1)

1

2

Hub Broadband Router Single Demodulator Line Card (M0D1)备份用

11

3

iDirect 3100小站路由器

12

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三. iDirect系统的先进性

3.1 iDirect同一设备支持星状、星/网状、SCPC

TDMA网络中80%的业务是发生在小站与主站（及分中心）之间的星状业务；同时会有少量的业务（20%左右）需要发生在小站与小站之间。

对于星状网而言，如果小站之间有业务沟通，那它们之间的业务需要经过主站来中转，形成双跳电路。对于话音这样对实时性要求很高的业务，卫星双跳会影响服务质量（如话音时延加大）。所以，如果能在一些实时业务比较频繁的小站之间建立单跳的直接电路，使得它们之间的实时通信（话音等，数据业务除外）无需经过主站中转，其实际使用意义非常重要。

iDirect系统的星状+ 网状功能可以在星/树状拓朴结构的前提下，实现部分小站的网状单跳直接通信，节省了带宽，而且保障了实时业务（如话音、视频）的通信质量。

另外，iDirect的同一设备、同一软件支持SCPC功能。

当TDMA网络在运行过程中，如果某一小站有临时大容量业务传输需求，iDirect系统可以通过简单的参数设置，利用已有的设备，在相应的站点之间迅速建立一条直接的大容量精选

SCPC通信电路，这样能在不影响其它网络端站的正常通信的前提下，保障某小站的特殊通信要求。

iDirect的SCPC电路既可以建立在主站与小站之间，也可以在小站之间建立。支持的IP速率范围为64kb/s~18Mb/s。

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3.2 iDirect单主站机箱支持多网络，支持多达5颗不同的卫星，或5个不同的频段

iDirect 5IF主站、或4槽主站机箱能同时支持若个独立的网络，这些网络之间的业务完全独立，无任何关系。

卫星运营网络的覆盖区域大，用户结构复杂，电路可能会涉及跨星、跨频段，地理位置可能会横跨洋、洲。不同的用户网络需要不同的网络拓朴（星状、网状、SCPC）。iDirect同一设备可以符合他们的要求。

在同一iDirect主站机箱中不同星源、不同频段、不同网络应用拓朴可以共存，给运营商用户提供广泛的组网灵活性，而且节省投资。

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3.3 可伸缩性

iDirect系统可以灵活地进行网络数量、载波数量/大小、卫星数目、每远端站的带宽、卫星频段等方面的调整，可以帮助网络运营商更加经济有效地扩展设备和服务，从而节省大量的运营投资。

3.4 iDirect系统设备功能高度集成

iDirect系统各组成部分完全由iDirect自主开发，而且所有功能全内置（卫星modem、IP路由器、Qos保证、TCP加速器、加密等功能）。

iDirect具有各系统模块之间协议配合的优势，也方便了以后系统的更新换代，因为所有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的以太网交换机，极其方便地提供安全的用户业务接入。

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3.5 iDirect主站硬件符合电信备份标准，提供全面的系统内部备份

与其他厂家依赖设备外部备份（例如采用倒换开关来切换）不同，iDirect主站设备的任何一个部件（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可以引起网络瘫痪。

3.6 系统结构紧凑，节省空间效率

与竞争对手相比，对于同等规模的网络，iDirect的主站系统仅需少量空间。

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3.7 强大的流量管理（Traffic Management）

强大的流量管理可以让运营商在保证应用性能的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/下行载波上的最小信息速率、最大信息速率

• 应用触发，每小站在上行/下行载波上的动态CIR（承诺信息速率）

• 强大的应用Qos功能

1) 每小站在上行载波上的最小信息速率（我们也叫之为最小CIR、或静态CIR）可以保证主站能及时响应每个小站的动态带宽申请要求，也可以用来传输业务。

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/下行载波上的最大信息速率可以充分保证卫星带宽的共享性

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、细致的业务类型定义，准确地响应每个新带宽分配请求，并及时收回资源。

4) iDirect的应用Qos是目前各厂家中做的最完善的，其Qos功能系统软件完全内置，与整体软件的配合紧密、效率高，同时也方面了以后的软件升级、换代。

如下图所示，iDirect体系结构中有一整套Qos处理步骤：

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• 对业务的优先级定义、Qos标志的识别：

iDirect能识别输入IP流中的

o 源/目的IP地址

o 业务协议类型（TCP、UDP、IGMP、RTP、ICMP）

o 源/目的地协议端口号

o 802.1q VLAN标志

o DSCP标志

o TOS标志

o IP Precedence标志等特征，对数据流进行正确的分类，将它们归到不同的优先级队列。

iDirect提供了三种不同的优先级队列：

o 特权队列（Priority queuing）：处于这个队列的业务具有绝对优先级，也就是“这个业务一旦出现就要立即被发送，而不管有无其它业务”。

特权队列内部又细分为4个子队列：从P1 (最高优先) 到 P4。所有划到P1队列中的几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）：属于这种队列的各业务按比例来分享总带宽。这样，即使是最不重要的业务有总有它的机会用于发送业务。

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只有当所有特权队列中的业务全被传完后再开始传按权值队列中的业务。.

o

Best_effort（尽力而为）队列：只有当上面两种队列的业务全被传输完毕，才有机会让给Best_effort队列中的业务。划到此种队列中的典型业务是FTP。

• SAR, 业务流打包/拆包处理处理（Segmentation and Reassembly，SAR)：在发送端将各种各样长度的数据包切割成小包，使实时业务（如话音）的小数据包无需等待前面的大数据包，以缩短时延；

• 承诺信息速率（Committed Information Rate ，CIR)：承诺信息速率机制可以保证小站有必需的带宽来保证关键业务的传输；

• 时隙梳理分配：如果时隙分配不连续，就会影响时延的抖动，如话音时延的变化。iDirect的时隙梳理机制在TDMA帧中均匀分配时隙，极大地消除抖动；

• Group QoS：系统监视所有远端站上产生带宽需求的业务类型，根据预先设置的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负荷压缩功能，可以极大减少IP数据流对带宽的需求。

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3.8 iDirect的带宽分配管理

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次的速度计算/刷新TDMA的时隙分配表，同时执行严格的带宽分配。

带宽分配经理以如下次序分配带宽：

• 给每小站的最小配置带宽（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余的空闲时隙公平地分配给所有的小站。精选

3.9 高效的小站突发带宽申请：D-TDMA（Deterministic- TDMA，确定性TDMA）

在网络中有应用，就有请求。不同制式系统处理小站业务请求的方法是不一样的。

iDirect小站申请突发带宽的工作模式其信道利用率高达98%，几乎无浪费。

有的系统采用如同以太网上的ALOHA方式，各个小站有业务时无序发送带宽请求信号，争抢有限的上行带宽。这些带宽请求信号若在同一时间发送，则会引起碰撞，而且网络规模越大，所碰撞的机率就越大。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方式的系统，其信道利用率很低，最高只有37%。

对于实时性比较多的网络应用来讲，如果业务出现非常随机，由于ALOHO方式带宽竞争碰撞机会多，从技术上讲会带来相当多的时延和时延变化不稳定性，不太适合传输VoIP业务、IP视频等。

iDirect的D-TDMA工作模式给每一个小站路由器颁发一定小数量的指定带宽（或叫最小CIR），这个指定带宽既可以用来传输网络控制信号，又可以传输小容量的用户数据，也用来让小站向主站申请额外带宽。这个带宽可以小至0.28Kb/s。

利用这种方式，若有请求，每一个小站无需竞争，因为它总有属于它的到主站的专享电路。主站可以在第一时间接收到小站的请求，从而能迅速实施带宽调整。iDirect会将共享卫星带宽池中的带宽以高达1秒钟8次的速度对各小站实施额外带宽实时动态分配。

iDirect系统非常适合于VoIP或视频等实时业务，各小站具有自己的指定时隙来申请带宽，无需争抢，各种实时突发业务能够被及时、高速传送，时延和时延变化量小。另外，精选

小站带宽的时隙分配具有“梳理“式特征，在整个TDMA帧结构中均匀分配，从而可以产生稳定的数据流，而不会产生如同其它系统所带来的业务急剧性变化。

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3.10 Direct系统在卫星带宽利用效率方面的先进性

• 真正的“空中IP” – 对IP数据的简单、直接HDLC封装，承载用户信息的效率比采用额外MPEG封装的DVB系统高15~30%，给用户带来更高的IP bits/Hz

• 双向TPC（Turbo） 前向纠错编码：与RSV系统相比，同样的误码率TPC需要较低的功率。TPC系统比RSV系统有1.5dB的功率优势，这相当于41%的额外功率，支持更高的IP bits/Hz

• 自动远端同步：iDirect的自动上行功率、频率偏差、定时偏差控制支持业界最紧凑的TDMA帧结构，其时隙保护间隔是其他厂家的1/4。这减少了对卫星带宽的需要，提高bits/Hz

• MF-TDMA：“快速” 跳频优化小站之间的业务负载均衡。这也降低了入向载波失败所带来的负面影响，提高了卫星带宽的利用效率，提高了IP bits/Hz

• 决定性TDMA（D-TDMA）：尽管是在网络拥挤的状态下，无争抢访问机制可以提供98%的负荷效率。这也意谓着更高的IP bits/Hz。大多数竞争对手的方案（如ALOHA）只有60%的效率。

• 精细到1b/s的上/下行载波微调。相比较于采用固定跳跃式步进速率（如128kb/s）的其他厂家，iDirect系统能根据用户的需求量身定做，提高IP bits/Hz

• 载波1.2间隔系数：集成的先进数字滤波电路支持更小的滚降系数，iDirect的1.2载波保护带宽系数符合Intelsat IESS308 标准，并已在众多卫星网中运用。这比需要1.4间隔的其它系统节省14.5%的卫星带宽，提高了IP bits/Hz

• 带宽按需快速分配：确定性TDMA （D-TDMA）的快速带宽分配算法可以高效实施带宽按需分配，以支持如同话音等实时业务的需求。iDirect系统以每秒种8次的频率来进行带宽分配的调整，带来了高效性和更高的IP bits/Hz。

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• 内置cRTP压缩、UDP包头压缩、UDP数据包压缩、TCP数据包压缩：这些措施大大降低对带宽的需求量，例如cRTP压缩可以降低VoIP业务50%的带宽

由于采用多种新技术、新思路，iDirect的 TDM/D-TDMA系统具有超强的IP宽带网络特性，更贴近地面宽带网络技术要求，为卫星宽带网与地面网络的互联提供更高性能的保障，为用户提供了相对更高的应用层附加值，提高了系统整体的性能价格比。

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3.11 iDirect全球网络管理系统（Global NMS）

iDirect NMS基于客户机-服务器方式架构。

能集中管理所有远端站和主站配置，可以通过卫星线路对远端站进行软件升级，配置更改。

能提供强大的功能帮助用户进行网络性能分析、流量监控（IP层、卫星层），全面监视全网的运行状态、性能指标，以使用户掌控全网的运行。

全功能NMS，跨多区域管理网络，使小站具有“漫游”功能。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）移动到别的主站覆盖区域（网络）时，小站会在新的主站（网络）自动入网，无需人为干预（如修改配置、天线转星等）。

不同操作人员不同的网络管理权限，可以在一个网管系统上实施分层次、分级管理。

iDirect NMS主要包括iBuilder和iMonior两部分。iBuilder主要提供对全网的配置和控制，包括通过卫星电路对远端站进行软件升级、配置更新。它能呈现网络的图形显示，通过简洁明快的图形用户界面（GUI）直观地查看和配置系统参数。

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iMonitor提供一系列丰富的工具来监视网络运行的一举一动，并能及时给操作员提供网络运行性能报告和故障报警。其告警和报警能力能以声音、视觉触动来告知系统的不寻常状态，操作员可以从详细的图形显示和统计信息来分析、定位问题之所在。所有的网络数据包括告警、报警、事件和统计均可在实时或历史监控中可得到。

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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业务流带宽需求量非常小，连拨号线路也可以支持最复杂的图形显示数据的传输。

iDirect NMS为网络提供全面的配置、监控、诊断和分析功能。NMS完全基于图形操作界面（GUI）设计，便捷的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的数据检查/验证、组播下载/升级、多用户操作、可视化诊断、信息图形展示和数据分析能力。iDirect NMS丰富的功能和操作便捷性获得了网络操作人员的认可和赞许。iDirect的NMS所具有的功能有：

• 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

• 统计和报告产生管理

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• 用户认证和管理

iDirect的NMS可以做到：

• IP graphic（IP图形流量显示）:用户可以实时监视网络上的业务流量。

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• SATCOM Graphic（卫星链路质量显示）

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• AUPC（自动上行功率控制）

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• 上/下行载波速率小步进灵活可调

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• UDP或TCP方式发送远端小站配置，或复位远端小站

这个功能对于小站安装、运行维护尤其有意义。如果小站发射部分有任何原因使得其不能正常工作，只要它能接收主站的载波，主站即可将配置命令通过UDP（push）方式强行下载到小站，以纠正其工作状态。

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• iDirect网管的业务报告功能，例如详细记录/显示远端小站的运行状态，分析网络带宽的利用率，全网络的长时间运行稳定状况，详细的告警/事件记录….

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卫星带宽长时间利用率统计

小站运行情况汇报

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• 利用NMS中的地理位置图功能，iDirect可以图形跟踪显示远端站在全球的位置变化。实时地理位置显示功能能动态地、形象地显示各移动站的方位变化。

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3.12 iDirect虚拟网络运营商（VNO）、用户网络检察员（CNO）

iDirect的虚拟网络运营商（VNO）功能使卫星服务商无需购买或建造VSAT主站，无需配置天线、室外单元、机房、供电设施而进行VSAT服务运营。

每个VNO都从主网络运营商（HNO）租赁一定数量的机箱插槽和卫星带宽，而这些资源与其他网络相互独立。

每个VNO独立管理/运营自己部分的网络，可以随意定义本网内和小站之间的资源分配，随意定义/使用其私有IP地址。

有了VNO功能，无需花费巨大的投资，运营商就可以提供有竞争力的宽带 IP业务。VNO方式对没有自己主站的运营商来讲是个极佳的方案。同时主站所有者（HNO）通过租赁机箱插槽也可以创造额外的收入。

VNO拥有一套完整的网络管理能力，可以使其网络的运行与管理与HNO脱离。

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另外iDirect还提供了用户网络检察员（CNO）功能。CNO不具备配置、修改能力，但具有分级别对网络运行的监视能力（只“读”）。

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