新一代宽带卫星网络

发布: 2010-10-20 00:53 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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新一代宽带卫星网络
    新一代的宽带卫星网络已在开发和部署，它们将提供高速的Internet和多媒体
业务。宽带卫星网络日益增加的好处，以及卫星通信易于进行多点广播通信和大覆
盖的特性，使卫星网络在全球信息基础网络结构中起到不可缺少的作用。卫星网络
将会成为固定网络或地面移动网络的一部分，成为IMT－2000系统的一部分以覆盖
到边远地区的用户，为他们提供各种业务。特别是卫星网络在自然灾害恢复和军事
应用中有着不可估量的前景。
    在新一代的宽带卫星网络中，卫星链路连接远程网络，并且把网络直接接入到
家庭和商务办公室。在这样的工作环境中，卫星网络不仅支持电路交换业务，更要
支持具有高速脉冲特点的分组交换业务。传统的基于用户或网络信令的电路交换方
式不适合有效地运载动态变化的分组交换业务。在新一代卫星网络中采用了许多新
技术。
    新一代多点波束卫星具有先进的星上交换和信号处理技术（再生技术），不是
传统的透明弯管式卫星，大量的商业系统采用ka（30／20GHz），为的是得到宽频带
支持高速率的多媒体业务，把这些业务提供给不同的用户。
    卫星网络的设计是卫星星座的选择（包括GEO，MEO，LEO）、星上交换和信号处
理技术、卫星之间链路设计。卫星的重量和功率和复杂性进行折中，开发新的通信
协议，在网络结构和协议时考虑到数据话音和视频业务等的业务服务质量QoS。为了
解决卫星通信的长时延，采用不同的星座和星上交换技术。现在许多卫星网络采用
基于ATM的通信协议。
    卫星ATM宽带系统可以快速地和经济地扩展任何地面系统的覆盖边界。不同的使
用Ka频带的卫星系统已提出或在开发。有两种主要的卫星网络接入协议：一种是使
用ATM码元和卫星特定的协议，建立和管理连接：另一种是把ATM协议堆栈高度综合
起来并且定义新的卫星ATM协议分层。下面提供卫星网络结构和协议的最新发展情况。
    一、卫星网络实体
    未来的卫星宽带系统共享卫星网络结构、星上信号处理和交换能力、用户终端、
支持的协议标准、接入方案以及与地面系统互连。典型的卫星宽带系统有以下的网
络实体。
    用户终端（UT），可以支持不同的协议标准，例如ATM，帧中继，TCP／IP等。用
户终端通过一个标准接口连接到卫星适配单元（SAU）。
    卫星适配单元（SAU），专为接入到卫星网络设计，执行适配与卫星协议平台的
所有的必要的终端协议，包括物理层功能。
    有效负荷（P/L），星上卫星信号再生即星上信号处理单元，执行复用／去复用、
信道编码／解码、利用多点波束结构的快速分组交换。某些星上信号处理采用类似
ATM交换技术，但是仅执行ATM交换的一部分功能。注意许多操作如呼叫建立信令端
结或连接接纳控制仍在地面执行。
    关口站（GTW），陆地地球站，通过它与外部网络连接。
    网络控制站（NCS），进行卫星资源管理分配、呼叫路由和呼叫管理功能的管理
（例如位置更新，切换，鉴权，注册和计费等）
    二、基于ATM的接口
    UT到SAU接口UNI是标准的ATM接口。
    SA是SAU与卫星接入网络的接口，SB是NCS与卫星网络的接口，SC是GTW与卫星网
络的接口。
    NNI是卫星网络的关口站与外部网络接口。
    三、协议参考模型
    协议设计使任意信息易于通过网络实体。卫星协议平台是透明的，通过合适的
卫星特定接口支持不同的用户终端标准。卫星接入网络的协议端结在关口站。不需
要对现存网络的协议标准进行修改。这个协议平台使卫星星上交换器适应电路交换、
分组交换和混合交换方式。但是这个协议平台很难对任意特定的协议标准提供最佳
的性能。
    卫星特定协议中逻辑链路控制（LLC）和媒介接人控制（MAC）合成为数据链路
控制（DLC）协议层。DLC通过物理层（空中接口）传递信息。
    四、宽带卫星通信问题
    卫星系统有着固有的限制。卫星通信网络的卫星和地面站资源昂贵，不能有过
多的富裕度，它们必须健壮和有效地使用。地球静止轨道（GEO）系统有非常大的时
延，低地球轨道（IEO）系统时延变化大，这些影响到实时相F实时业务的应用。通
过卫星ATM网络的TCP／IP性能受到影响。基于时间暂停拥挤控制机理（象TCP）与连
接的时延一带宽乘积并无固有关系。况且TCP的往返路程时间（RTT）测量与时延的
变化是敏感的，因为时延变化会引起假的暂停和重发。这是卫星通信比地面网络困
难的地方。
    单个卫星需要设计支持几千个地面终端。地球终端通过星上交换建立虚拟电路
传送ATM的码元。因为卫星星上交换的容量有限，每个地球终端只有有限的虚拟电路
可用于传送TCP／IP数据。地球终端是地面骨干网的边界终端设备，为IP确定进／出
ATM骨干网路由。在骨干网中，高容量的路由器必须聚集多路IP流进入单个的虚拟电
路中。在卫星网络协议中必须利用QoS管理器进行流量分级。地球终端也提供IP和ATM
网络之间的拥挤控制方法。卫星星上交换也要执行码元和虚拟电路的业务量管理。
这是卫星网络与地面骨干网QoS要求之间的配合问题。
    基于网络掉话的策略、端到端流量控制和拥挤控制策略可以有效地改善TCP在不
规则比特速率下的TCP的性能。除了慢开始和拥挤避免以外，可以使用快速重发和恢
复机理迅速恢复丢失的独立数据段。采用选择应答方法可以快速恢复丢失的多个数
据段。在目前的研究中建议使用增强性能的TCP关口站改善卫星链路上的性能。
    卫星通信技术发展迅速，已经使用Ka波段，技术发达国家和地区都在积极研究
和开发它们，而且积极参与ITU－R关于卫星无线资源特别是Ka频带以上频率资源的
分配研究，争取本国的最大利益。这些问题值得我们重视。