第2章 卫星通信网结构

第二章卫星通信网结构

卫星通信网提供三种用户之间的连接链路：点到点，点到多点，多点到点。

l点到多点传输，用于视频和数据广播（GPS等）。由上行主站发往卫星，再由卫星转送到其覆盖范围的每个接收用户。

l多点到点是对广播系统的接收站赋予发送信息的能力，（DVB-S2, DVB-RCS）。

l网状网提供点到点的连接，支持交互式业务。

l VSA T数据网采用星形结构，中心站和各小站间的链路是双向的。

2.1 网络结构简介

2.1.1 网络分类

网络的分类方式有很多种，例如按交换方式分，按拓扑结构分，按地理位置范围分等。

常用的计算机网络的基本拓扑结构有：总线形、星形、环形、树形、网状网和不规则形。

1）总线形结构

图2-1 总线形结构网络

n通信网络只是传输媒体

n 成本低 n 分散控制

n 结构简单，可靠性好

n 各结点共用总线，广播式传输 n 扩充性好，增减结点容易 n 总线长度有限

2)星形结构

图2-2 星形结构

n 集中控制，中心交换节点功能复杂，但其他通信节点负荷相对较轻 n 建设成本较大，可扩展性好 n 所有结点与中央结点连接 n 结构简单、控制简单 n 结点出现故障易于隔离 n 中央结点的可靠性致关重要 3）环形结构

图2-3环形结构

n 由一组转发器通过点对点连接成环路构成 n 分散控制

n 单个节点的故障有可能波及全网

Central server

n各结点共享环路

n采用令牌控制，重负载时吞吐量较大

4)总线结构

图2-4总线结构

5)网状网

图1-5网状网

n端结点之间存在多条通路，需选择路径

n可靠性高

n通信控制复杂

2.1.2 网络协议层次化

在通信过程中必须遵守事先规定好的规则，即网络协议。

国际标准化组织于1979年公布了开放系统互连参考模型OSI。OSI模型分为7层，如图2-6所示。在同一个结点上，下层为上层提供服务，在两个结点之间，对等层之间通过该层协议进行通信。

优点

n简化了协议，便于实现、调试和维护

n各层相互独立，某一层只需知道下一层通过接口所提供的服务，而不需

了解其实现的细节

n功能的追加和变更，限定在相关的层中，使得功能扩充比较灵活

n结构上可分割开，各层都可以选则最适合的实现技术

图2-6 OSI参考模型

两个系统间的数据在网络中的传输如图2-7所示。

图2-7 OSI中的数据流

2.2 卫星通信网的一般特性

Ø面向连接与无连接

面向连接的通信由3个过程组成

1）建立连接

2）传输数据

3）撤消连接

无连接的通信在传输数据之前不需要建立联系，发送方可以随时发送数据，但数据中要携带目的地的地址，网络按照目的地地址把数据传送到目的地。

2.2.1 专用带宽业务

卫星发展初期，一般为每一业务的传输分配一条固定的卫星链路，在通信期间，所建立的连接链路始终保持不间断。这种固定的专用带宽分配链路传输的速率始终不变。

2.2.2 电路交换业务

所谓电路交换（Circuit Switching），就是在两通信端之间建立一条专用的（dedicated）实际物理通路路径。此路径由发送端开始，一站一站往目的端串联起来。一旦建立两端之间的联机后，它将一直维持专用状态（即他人无法使用），直到通信结束之后，这条专用路径才停止使用，并让出供他人继续使用。目前的电话与电报交换系统就是使用这种技术。

图2- 8 电路交换的工作模式

电路交换方式属于预分配电路资源系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管在这条电路上实际有无数据传输，电路一直被占用，直到双方通信完毕拆除连接为止。

电路交换方式是从一点到另一点传递信息的最简单的方式。电路交换方式是基于电话网电路交换的原理，即当用户要求发送数据时，交换机就在主叫用户终端和被叫用户终端之间接续一条物理的数据传输通路，这种传输通路是双向的。图2-9是电路交换的基本过程。

时间

图2-9 电路交换的基本过程。

为用户分配固定的专用（带宽）链路，但通常用户只在有实际通信需求时，才需要资源，因此这种方式不经济。

卫星通信网中，地球站对呼叫请求的响应将直接传送到电话用户或公用电话网（无星上交换）。

电路作为系统容量资源，对应一个频带或一个时隙，实行按需分配。图2-10是各类地球站的卫星电话网示意图。

图2-10

优点

传输的实时性好，适合实时性要求高的交互式信息的传输。

缺点

n线路的利用率比较低

n不适合少量的突发性数据的传输

n要求收发双方不“忙”，有相同的数据传输速率

n不能完成编码格式、通信规程等方面的转换

n中间结点不具备差错控制能力

n当网络通信量很大时，会使线路的连接失败

l在NGEO系统中，呼叫是通过多个卫星和星际链路的连接实现，考虑到用户和卫星之间的相互运动，需要进行卫星之间的切换，更加复杂，在卫星通信系统中，呼叫建立的时间通常达10s。

2.2.3 分组交换业务

l分组交换方式是把要传输的报文分成若干个小的数据块，称为分组，然后以分组为单位按照与报文交换同样的方法进行传输。为了使得信息的可靠传输和处理，信息流在信源端被封装成分组时，要加上“报头”，在接收后，“报头”

被去掉。TCP/IP成为分组数据网的主流技术，A TM也是一种分组交换业务。l特点

1)出现误码后，只重发有误码的分组

2)在接收下一个分组的同时，就可以转发上一个分组，提高了吞吐量

3)由于分组比较短，可以存储在内存中，减少了存储时间

4)技术实现比较复杂

l分组交换分为有两种基本形式：虚电路（VC，virtual circuit）和数据报方式（DG，data gram）。

一．虚电路方式

虚电路方式，是一种面向连接的技术，它与电路交换有相似之处，即虚电路的连接也有连接的建立和清除过程，但不是物理链路的连接，而是由虚电路号所标识的逻辑信道的连接，交换节点根据分组标识进行路由。在传送过程所有的分组将沿已建立的虚电路传送，可靠性高，虚电路方式如图2-11所示。

图2-11 虚电路方式

二．数据报方式

l数据报方式，无需建立预先的连接，源终端的各数据分组可沿彼此独立的路由进行传输，即每个分组可以沿不同的路径通过网络，但可靠性较差，可以