卫星I P网络技术

卫星I P网络技术
随着信息技术的迅速发展，通信的手段也越来越多，卫星通信作为一种重要的通信方式，具有覆盖面广、组网灵活、组播、建网快、不受地理环境限制等优点。

在计算机网络技术发展的推动下，利用卫星作为宽带接入网技术，实现卫星IP网络，将有很大的发展前景。

一、卫星网络与TCP/IP
随着互联网应用的不断普及和影响范围的扩大，各种通信方式都在适应IP( 网际协议) 应用。

利用TCP/IP协议进行数据传输逐渐成为网络应用的主流。

Internet在全球的急剧膨胀导致传输带宽资源紧缺，这成为限制其发展的主要因素，业务应用一方面要求增大接入带宽，另一方面对移动Internet的需求越来越大。

卫星通信的宽覆盖范围，良好的广播能力和不受各种地域条件限制的优点使卫星通信在未来仍将发挥重要作用，卫星通信将是无线Internet的重要手段。

目前，利用卫星进行TCP/IP数据传输，即卫星IP网络，已经引起人们的重视。

卫星信道对TCP／IP数据传输网络有一定的影响，因为卫星通信网是一个高带宽延迟产物（BDP：bandwidth－delay product）网络。

网络的基本属性是延迟（信息从发送节点传播到接收节点的双向等待时间，通常称为往返时间）和带宽（在某段时间内能传输的比特数）。

BDP指一个网络或信道是这两个属性（如网络能容纳的比特数）的产物。

在传输／数据链路层，BDP代表网络上任何时刻允许的最大待确认处理的信息数量，它占满整个链路。

BDP也指示出为了获得最佳性能，端用户必须拥有的缓存要求的上限。

卫星IP网需要研究的问题还有：QOS、互操作和路由选择等问题，但其影响主要体现在通信流量（拥塞）控制和协议带宽效率这两方面，因此卫星TIP／IP传输研究也主要集中在这两方面。

二、卫星IP网络技术原理
1.IP over卫星
卫星IP网络结构是地面宽带IP技术在通信领域内的演变和应用，是适应卫星分组业务和降低系统复杂性的一种尝试，目的在于廉价地提供用户满意的大流量分组数据业务，而无须ATM的干预。

采用这种非ATM的IP over卫星这种方式主要是采用协议网关来实现。

协议网络既可以是单独的设备，也可以将功能集成到卫星调制解调器中。

它截取来自客户机的TCP连接，将数据转换成适合卫星传输的卫星协议（卫星协议是根据前面所述的针对卫星特点对TCP的改进），然后在卫星线路的另一端将数据还原成TCP，以完成与服务器的通信。

整个过程中，协议网关将端到端的TCP连接分成三个独立的部分：一是客户机与网关间的远程TCP连接；二是两个网关间的卫星协议连接；三是服务器方网关与服务器间的TCP连接。

这一结构采取分解端到端连接的方式，既保持了对最终用户的全部透明，又改进了性能。

客户机和服务器不需做任何改动，TCP避免拥塞装置可继续保留地面连接部分，以保持地面网段的稳定性。

同时通过在两个网关间采用大窗口和改进的数据确认算法，减弱了窗口大小对吞吐量的限制，避免了将分组丢失引起的传输超时误认为是拥塞所致。

2.IP over卫星ATM
为了满足多媒体通信业务的需求，许多宽带卫星计划正在快速发展中，采用星上处理和ATM技术是其主要特点。

IP over卫星ATM使宽带卫星能够无缝传输Internet业务，因而这种方式的卫星IP网将更好地满足未来人们对数据传输的需求。

在卫星ATM网络中，卫星被设计为能支持几千个地面终端。

地面终端通过星上交换机建立VC（Virtual Channel），与另
一个地面终端之间传输ATM信元。

由于星上交换机有限的能力，每个地面终端能用于TCP ／IP数据传输的VC数量有限。

当路由选择IP业务进出A TM网时，这些地面终端成为IP与ATM间的边缘设备（路由器）。

这些路由器必须能够将多个IP流聚集到单个VC中。

除了流量和VC管理之外，地面终端还提供在IP和ATM网间拥塞控制的方法。

卫星上A TM交换机必须在信元和VC级完成业务管理。

此外，为了有效利用网络带宽，TCP主机实现各种TCP 流量和拥塞控制机制。

IP over卫星ATM可以利用前面讨论的卫星知P改进和协议网关等技术，地面网中IP over ATM的一些技术也适用。

由于卫星在现代通信基础设施中发挥越来越重要的作用，卫星网与IP网的结合是当今卫星通信领域最热门的话题之一。

但由于卫星网络固有的一些特性影响了获得良好TCP性能，主要包括长延迟、增加的比特差错率、网络不对称性。

为保证可靠的端到端数据传递，提高卫星TCP的性能，人们提出了许多有效的解决方案。

这些方案对卫星媒质要解决的主要问题是支持较大的流量控制窗口以及改进拥塞控制算法。

随着研究的进一步深入，在这一重要领域将出现更综合、更完善的解决方案。

在对TCP进行改进的同时，人们对IP over卫星ATM进行了深入的研究。

卫星ATM网中传输TCP／IP业务，要求从TCP机制和ATM机制两个方面进行改进，IP over卫星ATM技术将使卫星通信在全球信息基础设施中发挥更大的作用，其技术进展值得关注。

3．星上IP交换机
采用第三层交换是IP网络适应光传输能力和带宽飞速增长所必须的，也是超大规模集成电路、分布式处理等技术发展的结果。

星上交换采用第三层交换技术，使得构建新传输体制下的卫星IP网络成为可能。

要提高IP交换机的吞吐量和减少分组排队时长，需要研究交换机内部无阻塞的交换结构。

实际工作时，有可能出现几个输入输出端口中的信元同时到达同一输出端口的情况，这种情况称为端口竞争。

有时这种竞争情况还会发生在交换结构内部，造成内部阻塞。

对于交换机的每一个端口，可能有三个数据队列：输入队列、输出队列及广播队列，端口控制器管理这三个队列。

每个端口都有一定大容量的缓冲存储器，用来缓存上述三个数据队列。

另外，还需研究星上IP交换机的其他功能：优先级设置、广播和组播功能。

4．自由空间光码分多址技术
空间光码分多址技术（SO-CDMA）是无线传输技术(RTT)中的关键技术。

星际链路的多址方式十分重要，直接影响到系统的性能。

在卫星IP网络中可采用空间光码分多址技术。

空间光码分多址技术用相互独立的光脉冲序列作为每个发射光源的地址码，地址码之间相互正交，各信号源用各自的地址码调制，在接收端用相应的地址码进行解调。

空间光码分多址技术的优点：一是码分多址特有的抗背景噪声的能力对星际通信特别有用。

因为利用地址码的相关特性进行相关接收，系统具有很强的抗噪声能力。

二是码分多址无需全网同步，就能良好地支持异步通信和突发业务。

三、卫星Internet接入的特点
1．市场发展潜力大
2．使用数据包分发技术来提高传输速度
3．总通信成本低廉
4．发展需求大
5．具有先进的技术优势
6．能提供IP视频流多点传送
7．提供高速接入
8．数据传输性能稳定
四、卫星IP网络市场前景
因特网是一种革命化的信息工具，它使更多的人在更广的范围内更加便宜地获取信息。

卫星通信的发展必须满足这种市场的需要才能长足地发展。

卫星作为一个信息传播媒介相对于其他信息载体而言具有着一些传统优势，但是只有和新技术相结合，才能使这些优势真正变成市场效益。

宽带卫星IP网络正是这样的一个市场驱动和技术驱动的产物。

这个市场的繁荣反过来又促进了卫星通信的新发展。

【参考文献】
[1].陈振国等.卫星通信系统与技术.北京邮电出版社
[2].谢希仁.计算机网络.大连理工大学出版社，2004
[3].宋福晓，赵思伟.卫星Internet接入技术浅析[J].无线电工程.2002
[4].李兴，吴诗其.宽带卫星IP网及其关键技术.电子科技大学信息所
[5]丹尼斯罗迪，张更新等译.卫星通信（第三版）[M].人民邮电出版社，2002。