衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下的VSAT衛(wèi)星通信

武秀廣，駱 超，霍 甲

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下的VSAT衛(wèi)星通信

武秀廣，駱 超，霍 甲

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

本文介紹了VSAT通信在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下的新發(fā)展，分析了VSAT系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)接入方式，研究了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)熱點，展望了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景。

VSAT；衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)接入方式；技術(shù)熱點

1 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下的VSAT發(fā)展

由于Internet的驅(qū)動，衛(wèi)星通信正轉(zhuǎn)向滿足數(shù)據(jù)通信的全面需求。一方面，已經(jīng)成熟的基于C波段和Ku波段技術(shù)的VSAT系統(tǒng)不斷演進滿足了Internet業(yè)務(wù)的要求，并成為全球Internet網(wǎng)的一個重要組成部分；另一方面，采用更高的Ka頻段技術(shù)、可真正實現(xiàn)個人通信的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，特別是低軌道衛(wèi)星群系統(tǒng)正在開發(fā)、試驗和建設(shè)之中，衛(wèi)星通信被越來越多的電信網(wǎng)運營者、ISP及ICP等選作提供Internet服務(wù)的重要手段。目前，VSAT是衛(wèi)星通信中的主流技術(shù)之一，隨著各種新應(yīng)用的出現(xiàn)，對VSAT高速率提出了要求。目前建設(shè)的VSAT網(wǎng)出站鏈路速率高達2Mb/s，許多VSAT公司計劃在世紀之交使網(wǎng)絡(luò)速率達到20Mb/s或更高。[1]

VSAT系統(tǒng)還不斷吸收各種最新的信息技術(shù)，如IP Multicast、數(shù)字廣播技術(shù)、PUSH技術(shù)，支持TCP/IP，UDP/IP等協(xié)議，把衛(wèi)星高速寬帶廣播的特點擴展到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，為眾多新應(yīng)用提供有效的解決方案。事實上，VSAT已成為當今世界上高速發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是Internet的一部分。[2][3]

2 VSAT系統(tǒng)的In ternet接入方式

2.1 擴展Internet到邊遠地區(qū)并在ISP間提供鏈接

VSAT為通信能力不足的地區(qū)提供點到點相互連接，在大ISP和它們下屬的小ISP之間提供高速連接，這種連接主要在一個國家內(nèi)部，入向速率即發(fā)往主要ISP的信息量相對較低。例如，中國科技網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中心和它在全國50多個入口點的連接、金橋信息網(wǎng)的VSAT服務(wù)網(wǎng)、中國教育網(wǎng)的高速衛(wèi)星通道籌都可歸屬于這類應(yīng)用。[4]

2.2 為大型ISP提供遠程Internet連接

據(jù)統(tǒng)計，目前大約80%的In ternet信息內(nèi)容存儲在美國本土的計算機。許多ISP、內(nèi)容提供商、通信業(yè)務(wù)運營者和跨國企業(yè)希望高效地接入北美In ternet骨干網(wǎng)，通過衛(wèi)星系統(tǒng)直接建立和美國Internet的高速鏈路。這些鏈路可以是速率對稱的也可以是非對稱的，鏈路兩個方向都具有相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。由于Internet業(yè)務(wù)量的不對稱性，通常針對客戶的確切需求提供非對稱衛(wèi)星鏈路。目前提供這類產(chǎn)品和服務(wù)的公司很多，系統(tǒng)一般采用SCPC/ DAMA體制。例如，Loral Orion公司經(jīng)過中國電信（香港）國際接入公司（CTIA）的支持，向在中國的跨國公司提供衛(wèi)星跨國界專用網(wǎng)服務(wù)。[5]

2.3 直連到計算機[6]

幾十年來，只有政府機構(gòu)和財力雄厚的大公司才能享受到衛(wèi)星通信的迅速、靈活和方便，而今，衛(wèi)星通信和計算機等一系列新技術(shù)的發(fā)展，使一種新的VSAT系統(tǒng)構(gòu)架成為現(xiàn)實，這種新構(gòu)架稱作Direct to PC或PCVSAT，衛(wèi)星通過點到多點連接方式將ISP服務(wù)器直連到用戶計算機，使各種公司無論大小甚至個人用戶，均可利用空間數(shù)據(jù)通信的強大功能。

3 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)熱點

3.1 衛(wèi)星外交互通信技術(shù)

通信系統(tǒng)分為單向通信和雙向通信兩種基本模式。其中，雙向通信一般具有自己的收發(fā)信道，如果一種通信系統(tǒng)的收發(fā)信道彼此分離，并且可以實現(xiàn)一個發(fā)信道對應(yīng)于一個或多個收信道這兩種特征，我們可以稱之為外交互通信。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信中，不平衡傳輸現(xiàn)象非常嚴重。以3W瀏覽為例，一般上下行信道的數(shù)據(jù)量差異為1∶5至1∶10，視主頁中的文字和圖片占有量不同而定。在FTP文件下載中，這個比例可達1∶20至1∶100，但這種不平衡現(xiàn)象還只是初步的。如果應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)多媒體，那么這種比例將達到1∶1 000至1∶100 000，任何現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，無論是平衡傳輸還是非平衡傳輸，都無法適應(yīng)這種傳輸比例大范圍內(nèi)變化的傳輸條件，都會造成傳輸信道的浪費或成本的大幅度提高。怎樣尋找一種更好適應(yīng)這種傳輸比例大范圍內(nèi)變化的非平衡傳輸方法，這是必須認真思考的一個問題，也是今后通信系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。

而外交互技術(shù)組網(wǎng)靈活，系統(tǒng)用戶容量大，很適應(yīng)傳輸比例大范圍內(nèi)變化的非平衡傳輸。外交互技術(shù)的下行信道是可變化的，包括速率上的變化和信道數(shù)量上的變化。其中，速率上的變化是有限的、非主要的，而信道數(shù)量上的變化（原則上講）是無限的、主要的。這種下行信道的變化可較好地適應(yīng)傳輸比例大范圍內(nèi)變化的應(yīng)用情況，具有組網(wǎng)靈活的特點，在用戶量大增的情況下，可適當增開上行信道，大量增加下行信道，達到大量容納用戶的目的。這些都是目前的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)或非平衡傳輸方法所無法或很難解決的問題。

采用外交互通信技術(shù)，利用任何地面回傳線路將各衛(wèi)星高速廣播系統(tǒng)改造為雙向網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，是目前一個很現(xiàn)實的應(yīng)用，并且投資很低，因而也是目前衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的一個熱點。

衛(wèi)星雙向通信站成本很高，但采用外交互技術(shù)后，下行信道采用衛(wèi)星高速單向廣播，上行信道采用低速地面回傳線路，即可實現(xiàn)雙向高速通信，又實現(xiàn)了低成本的要求。[7]

3.2 衛(wèi)星協(xié)議網(wǎng)關(guān)

在Internet上傳輸數(shù)據(jù)所采用的TCP/IP協(xié)議是一種非常靈活的協(xié)議，可應(yīng)用在包括衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的任何一種媒體上。然而衛(wèi)星通信，特別是同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，存在時延長、誤碼率高和帶寬不對稱等問題，嚴重影響了TCP/IP的性能。

雖然通過衛(wèi)星可直接接入In ternet網(wǎng)，但其性能也只能使用戶勉強接受，需要采取優(yōu)化措施來改善衛(wèi)星TCP/IP性能。優(yōu)化措施包括：調(diào)整傳輸控制協(xié)議在衛(wèi)星鏈路應(yīng)用中的參數(shù)，減輕衛(wèi)星鏈路上TCP的負荷，使用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。

雖然使用壓縮技術(shù)和高速緩存器可以減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，但所剩下的數(shù)據(jù)仍受上述因素的限制，調(diào)整TCP參數(shù)并不能從根本上消除衛(wèi)星鏈路對TCP性能惡化的影響，提高衛(wèi)星網(wǎng)上TCP/IP性能最有效的辦法是設(shè)立協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

協(xié)議網(wǎng)關(guān)的工作原理是用最適合于衛(wèi)星環(huán)境的一種協(xié)議來取代衛(wèi)星連接段上的TCP。網(wǎng)關(guān)可以是一個獨立的設(shè)備，也可以將網(wǎng)關(guān)的功能裝在衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、VSAT、路由器、超高速緩存器或其他連接硬件中。

協(xié)議網(wǎng)關(guān)從用戶機上檢測到TCP連接，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合衛(wèi)星傳輸?shù)膶Ｓ脜f(xié)議，然后在衛(wèi)星鏈路的另一邊再將數(shù)據(jù)還原為TCP，用于與服務(wù)器通信。協(xié)議網(wǎng)關(guān)將端到端的TCP連接分割成三個獨立部分：客戶機與網(wǎng)關(guān)間的遠端TCP連接、兩個網(wǎng)關(guān)之間的衛(wèi)星協(xié)議連接、服務(wù)器一側(cè)的網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間的TCP連接。

這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是通過分割端到端的連接，可在衛(wèi)星鏈路段上采用最適合于衛(wèi)星條件的協(xié)議，而在地面段繼續(xù)使用TCP，這樣在對最終用戶保持完全透明的同時提供更好的性能?？蛻魴C或服務(wù)器不需要作任何改動，所有的應(yīng)用無須修改而繼續(xù)有效。TCP避免阻塞的機制在地面連接中依然有效，以保護Internet的穩(wěn)定性。用戶享受到了兩種技術(shù)相結(jié)合而帶來的所有好處，即：現(xiàn)有的基于傳輸控制協(xié)議的應(yīng)用程序一點也沒有改變，而同時在空間鏈路中使用適合于衛(wèi)星的協(xié)議。[8]

因此，目前新推出的衛(wèi)星通信產(chǎn)品幾乎都內(nèi)置或外接獨立的衛(wèi)星協(xié)議/TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，以支持Internet業(yè)務(wù)。

3.3 地球站技術(shù)

要使VSAT能得到更廣泛的應(yīng)用必須使VSAT進一步小型化，降低VSAT的成本，為此須解決以下關(guān)鍵技術(shù)：

⊙ 信號處理技術(shù)。

⊙ 集成電路技術(shù)。

⊙ 天線技術(shù)。

⊙ 接口技術(shù)。

⊙ 抗干擾技術(shù)。

⊙ 數(shù)字化技術(shù)。

⊙ 一體化設(shè)計技術(shù)。

⊙ 標準化技術(shù)。

⊙ 加密技術(shù)。

4 結(jié)束語

目前的衛(wèi)星通信通常屬于C波段和K u波段系統(tǒng)，現(xiàn)代寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)，除INTELSAT及Cyberstar擬考慮Ku/Ka漸進過渡、Skybridge系統(tǒng)使用Ku頻段外，大多利用Ka頻段（20/30GHz），甚至EHF或Q/F（40/50/60GHz）的更高頻段。這些系統(tǒng)主要用于多信道廣播、Internet和Intranet的遠程傳送和作為地面多媒體通信系統(tǒng)的接入手段，它們可以發(fā)展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實現(xiàn)全球無縫個人通信、In ternet空中高速通道必不可少的手段。

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)向?qū)拵I(yè)務(wù)發(fā)展已經(jīng)是一個必然的趨勢，它有著數(shù)據(jù)音視頻廣播、計算機的衛(wèi)星寬帶交互接入、音/視頻會議等業(yè)務(wù)的推動，而分別針對這些業(yè)務(wù)的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)也日益趨于融合成一個統(tǒng)一的寬帶VSAT通信網(wǎng)。發(fā)展寬帶VSAT通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是寬帶數(shù)據(jù)廣播、寬帶多址接入、衛(wèi)星通信規(guī)程、網(wǎng)絡(luò)綜合管理、寬帶虛擬子網(wǎng)。

[1] 程意平．中國衛(wèi)星通信(VSAT)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[A]．2005中國衛(wèi)星應(yīng)用大會資料匯編[C]，2005年.

[2] 姚傳富．衛(wèi)星通信欲加入寬帶競爭[N]．人民郵電，2002年.

[3] 郝為民．衛(wèi)星通信在信息網(wǎng)中的應(yīng)用[N]．人民郵電，2001年.

[4] 汪春霆．我國公共安全應(yīng)急信息系統(tǒng)發(fā)展[A]．第六屆衛(wèi)星通信新業(yè)務(wù)新技術(shù)學術(shù)年會論文集[C]，2010年.

[5] 張登銀，王汝傳，王紹棣．基于IP協(xié)議的衛(wèi)星組網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．電信科學，2003年07期.

[6] 韓秀紅．衛(wèi)星通信的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)[J]．山西科技，2007年01期.

[7] 王?。l(wèi)星通信業(yè)務(wù)發(fā)展分析[A]．海南省通信學會論文集（二○○一年）[C]，2001年.

[8] 宋志文．寬帶接入方式淺析[J]．現(xiàn)代企業(yè)教育，2006年09期.

VSAT Satellite Communication under Satellite Internet

Wu Xiuguang, Luo Chao, Huo Jia
(State Radio Monitoring Center, Beijing,100037)

This article describes the new developments in the VSAT satellite communications, analyses the Internet access of VSAT system, tudies the technology hotspots of satellite Internet, forecastes the prospects for the development of satellite Internet.

VSAT; Satellite Internet; Internet access; Technology hotpot

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.07.010

TN 924

A

1672-7274（2014）07-0036-03

武秀廣，男，1985年生，河北邯鄲人，2011年畢業(yè)于北京郵電大學大學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)主要從事無線電監(jiān)測工作。

駱 超，女，碩士研究生，助理工程師，通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，主要從事無線電監(jiān)測工作。

霍 甲，男，1984年生，河南鄭州人，2011年畢業(yè)于北京郵電大學，獲得通信與信息系統(tǒng)工學碩士學位，2011年至今主要從事無線電衛(wèi)星監(jiān)測工作。