衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)的研究與分析

薛中偉

92941部隊 遼寧 125000

0 前言

衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)是將衛(wèi)星通信技術和Internet寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術結(jié)合起來發(fā)展成的一種新型的信息傳輸系統(tǒng)，也稱為衛(wèi)星因特網(wǎng)系統(tǒng)。衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)通過衛(wèi)星進行語音、數(shù)據(jù)、圖像以及視頻信息的處理和傳送。由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的帶寬遠小于光纖線路，因此幾十兆比特每秒就稱為寬帶通信。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣，通信能力不受各種地區(qū)條件限制的優(yōu)點，目前已經(jīng)成為無線寬帶網(wǎng)絡的重要手段，尤其對于偏遠的農(nóng)村地區(qū)，通過衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡可以實現(xiàn)和城市一樣共享互聯(lián)網(wǎng)資源。

1 衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡的基本原理

1.1 系統(tǒng)建設

衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)的構(gòu)建可以通過兩種途徑實現(xiàn)。一種是專門研制、發(fā)射專用的寬帶衛(wèi)星，利用寬帶衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器進行信息傳遞，用它運行寬帶業(yè)務；另一種是利用通信或廣播衛(wèi)星現(xiàn)有的透明轉(zhuǎn)發(fā)器，在地球站建設寬帶終端來實現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡業(yè)務。可以看出，前者是專門的衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有帶寬大、速率高的優(yōu)點，但是前期需要很大的投資，市場風險較高。另一種做法是利用現(xiàn)有的空間資源開展衛(wèi)星寬帶服務，即開發(fā)適合衛(wèi)星寬帶服務的技術、技術產(chǎn)品(系統(tǒng)設備)，用它建設衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡，具有系統(tǒng)建設簡單、技術基礎完善的優(yōu)點，但是在使用中帶寬容易受到限制。

1.2 工作模式

由于人們在寬帶網(wǎng)絡上接收數(shù)據(jù)量遠遠大于發(fā)送數(shù)據(jù)量，因而衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)是一種非對稱的衛(wèi)星高速數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)。采用衛(wèi)星高速下載和地面反饋的外交互的工作模式，即采用衛(wèi)星鏈路作為下行數(shù)據(jù)鏈路，將其他通信網(wǎng)絡如電話撥號、局域網(wǎng)等作為上行數(shù)據(jù)鏈路，從而降低整個系統(tǒng)的帶寬成本。

用戶在電腦上安裝一塊衛(wèi)星網(wǎng)絡PCI卡和衛(wèi)星接收天線相連，所有低帶寬的網(wǎng)絡業(yè)務可以通過MODEM從電話網(wǎng)絡上傳送出去。所有高帶寬的網(wǎng)絡業(yè)務直接由衛(wèi)星高速向用戶提供所需服務。例如，用戶在瀏覽互聯(lián)網(wǎng)信息時，將網(wǎng)址請求信號向網(wǎng)絡操作中心發(fā)出服務請求，網(wǎng)絡操作中心在接到請求信號后，根據(jù)用戶要求獲取所需信息，再將信息上行到衛(wèi)星，衛(wèi)星通過高速寬帶網(wǎng)絡將信息下行到用戶的接收天線，最后用戶獲取了網(wǎng)址信息。衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)的終端設備主要有衛(wèi)星網(wǎng)絡PCI卡、用戶端軟件、衛(wèi)星接收天線，價格十分便宜。

1.3 網(wǎng)絡特點

衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡有如下優(yōu)點：一是網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，不受地域限制，組網(wǎng)迅速方便。二是傳輸直接繞過公眾電信網(wǎng)絡，直接通過衛(wèi)星鏈路連接到寬帶網(wǎng)絡。三是衛(wèi)星業(yè)務傳遞的不對稱線路方案，可使ISP根據(jù)其業(yè)務需求使用所需轉(zhuǎn)發(fā)器的容量，深受網(wǎng)絡運營商的歡迎。四是經(jīng)濟高效。光纜建設通常要花幾年的時間及幾十億美元的投資，而衛(wèi)星的建設要比光纜快和經(jīng)濟得多。既使是點對點的寬帶業(yè)務，非對稱鏈路的衛(wèi)星網(wǎng)絡也比光纖網(wǎng)絡經(jīng)濟有效。五是更適于局域網(wǎng)。由于短距離Internet的需求，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡連到骨干網(wǎng)的局域性連接越來越多。六是可作為多信道廣播業(yè)務的平臺，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的接入。

2 衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡的關鍵技術

2.1 無線ATM技術

ATM是有線網(wǎng)絡寬帶系統(tǒng)的主要技術，在衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)中采用無線ATM技術(WATM)作為星座的網(wǎng)絡協(xié)議，其中包含衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡專用的信令協(xié)議和鏈路層傳輸協(xié)議。由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器具有星上處理能力，因而具有透明轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星網(wǎng)絡和有星上處理能力的衛(wèi)星系統(tǒng)都可以與ATM網(wǎng)絡結(jié)合使用，因此無線ATM技術是衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)的關鍵技術之一。

2.2 衛(wèi)星TCP/IP

TCP/IP是為地面網(wǎng)絡設計的，用于衛(wèi)星信道時會出現(xiàn)長時延、較高的差錯率、前/反向信道非對稱等很多問題，需加以解決才能順利工作。為了解決TCP/IP在衛(wèi)星信道上運行的困難，可分為兩類解決方法：一在協(xié)議上改進，克服衛(wèi)星通信信道容量的非對稱性及性能起伏，動態(tài)實現(xiàn)信道的有效利用。二是在衛(wèi)星鏈路起始端設置網(wǎng)關(Gateway)，將TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換成較適合衛(wèi)星信道的算法，這樣可在衛(wèi)星段采用與衛(wèi)星鏈路特性匹配的傳輸協(xié)議，而通過TCP/IP協(xié)議網(wǎng)關與Internet和用戶終端連接。

2.3 空間交換技術

空間交換技術包括基帶星上處理技術(OBP)、星上交換技術(OBS)和星上尋址技術(OBR)，可以對衛(wèi)星網(wǎng)絡寬帶資源進行估計、分配和自適應波束形成，是提高服務質(zhì)量(QoS)的重要手段，具有較高的通信質(zhì)量和頻譜利用率。基帶OBP的目的是提高鏈路的性能及有效性，降低費用或增加容量，增加容量已是現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢。更重要的是，把基帶OBP和OBS相結(jié)合會增加整個網(wǎng)絡的有效性和靈活性。

2.4 衛(wèi)星寬帶業(yè)務的MAC層協(xié)議

MAC層協(xié)議對于有效合理的利用衛(wèi)星帶寬資源具有重要的影響，MAC方式直接影響著更高層協(xié)議的性能以及整個系統(tǒng)的QoS。MAC層協(xié)議保證分處兩地的通信節(jié)點有能力控制它們之間的分組交換，并有效地管理網(wǎng)絡帶寬，以充分利用資源。衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡的MAC層協(xié)議的設計目標是實現(xiàn)高信道流量、低傳輸時延、信道穩(wěn)定性、協(xié)議可實現(xiàn)性、信道重構(gòu)性和控制算法的低復雜度。

3 衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

在衛(wèi)星通信中，衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)是一個新概念，其主要目標是為多媒體和高數(shù)據(jù)速率的Internet應用提供一種無所不在的通信方式。可以認為，新一代衛(wèi)星系統(tǒng)是為了提供個人電信服務，與上一代衛(wèi)星網(wǎng)絡的最大區(qū)別是提供的業(yè)務由低速業(yè)務及話音業(yè)務變?yōu)镮nternet和多媒體業(yè)務。我們正在進入“Internet時代”，全球商務活動的需要和人們對信息無止境的追求，刺激了企業(yè)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的爆炸性增長，用戶一直在努力尋求可給他們帶來更多數(shù)據(jù)的解決方案，結(jié)果導致對帶寬需求的猛長。對更高帶寬的追求導致了一個新市場的開拓：一種付得起費的、可靠的、安全的、可無縫隙地嵌入陸地網(wǎng)的衛(wèi)星寬帶通信方案。

目前，C頻段和Ku頻段已經(jīng)日趨飽和，發(fā)展Ka頻段衛(wèi)星通信已經(jīng)勢在必行，在單位時間內(nèi)，用戶得到的數(shù)據(jù)量大大增加，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延大大減小，可以預見在不久的將來，基于Ka頻段的衛(wèi)星通信寬帶網(wǎng)路系統(tǒng)必將給人們的生活帶來翻天覆地的變化。

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