將IP技術(shù)應(yīng)用到衛(wèi)星通信中，能發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景非常廣闊，特別適應(yīng)于軍事通信、民用船只和飛機(jī)等移動(dòng)通信、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育和應(yīng)急通信等場(chǎng)合。近年來IP和多媒體技術(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用已成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

1寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的原因

隨著全球因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，特別是人們對(duì)集數(shù)據(jù)、話音和視頻等于一體的多媒體業(yè)務(wù)的需求迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致基于IP協(xié)議的業(yè)務(wù)需求量急劇上升。盡管地面通信網(wǎng)絡(luò)正在迅速發(fā)展，但衛(wèi)星通信網(wǎng)具有地面通信網(wǎng)絡(luò)不可比擬的一些優(yōu)勢(shì)。例如：衛(wèi)星通信系統(tǒng)所特有的大區(qū)域內(nèi)廣播的特點(diǎn)是其他通信系統(tǒng)所沒有的；在某些特殊領(lǐng)域，如船只和飛機(jī)等移動(dòng)通信、偏遠(yuǎn)地區(qū)和地面設(shè)施不發(fā)達(dá)地區(qū)的通信，以及軍事通信等，衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在這些場(chǎng)合利用衛(wèi)星建成寬帶多媒體業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)被認(rèn)為是切合實(shí)際的方案。寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的出現(xiàn)正是這種背景下的必然產(chǎn)物。

2寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

寬帶IP衛(wèi)星技術(shù)就是將衛(wèi)星業(yè)務(wù)搭載在IP網(wǎng)絡(luò)層上運(yùn)營(yíng)的技術(shù)，是運(yùn)行TCP/IP協(xié)議簇的衛(wèi)星通信網(wǎng)。目前提出的寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)都采用基于ATM的傳輸技術(shù)[2]，在衛(wèi)星ATM的分層實(shí)現(xiàn)上，存在兩種不同的思路：一種是將ATM協(xié)議放在非ATM的衛(wèi)星協(xié)議平臺(tái)上而不改變現(xiàn)有衛(wèi)星協(xié)議的結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是保持現(xiàn)行的衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)不同用戶終端的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是透明的，衛(wèi)星訪問協(xié)議不會(huì)為外界網(wǎng)看到，但很難為各種不同的協(xié)議都提供最好的性能。

另一種是衛(wèi)星網(wǎng)完全采用ATM結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是適用于一個(gè)高度集成的星地ATM環(huán)境，缺點(diǎn)是需要修改現(xiàn)有的各種衛(wèi)星協(xié)議和網(wǎng)間接口協(xié)議。

1996年，美國(guó)NASA的ACTS衛(wèi)星進(jìn)行了622Mbit/s的ATM試驗(yàn)，驗(yàn)證了TCP/IP協(xié)議在衛(wèi)星ATM平臺(tái)上的可行性。1999年歐洲也發(fā)射了基于ATM的傳輸技術(shù)的ASTRA衛(wèi)星，組成寬帶、面向大眾的“空中因特網(wǎng)”衛(wèi)星系統(tǒng)。但是這些早期的應(yīng)用離未來寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的要求還有一些距離，有待進(jìn)一步的發(fā)展。

近幾年國(guó)際上出現(xiàn)了各大公司向有關(guān)組織申報(bào)寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)牌照的熱潮。這些公司包括傳統(tǒng)的衛(wèi)星制造商、電信服務(wù)商以及新興的ISP(InternetServiceProvider)公司。在這些已經(jīng)申報(bào)的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)中有相當(dāng)一部分是以支持IP業(yè)務(wù)為主要特征的寬帶衛(wèi)星IP系統(tǒng)。

目前駐伊美軍已經(jīng)裝備了美國(guó)Tachyon網(wǎng)絡(luò)股份有限公司生產(chǎn)的使用IP技術(shù)的高帶寬鏈路的便攜式衛(wèi)星通信設(shè)備[1]。這種新型技術(shù)將使空間網(wǎng)成為地面網(wǎng)的擴(kuò)展，更加突出了衛(wèi)星通信在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中的地位。

3寬帶IP衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

由于眾所周知的原因，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在鏈路特點(diǎn)、衛(wèi)星移動(dòng)性、全球可見性、路由和尋址等方面將賦予衛(wèi)星IP技術(shù)不同于傳統(tǒng)IP技術(shù)的新特征，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層等各個(gè)OSI參考模型層面上的差異。

3.1物理層

相對(duì)于地面光纖鏈路而言，衛(wèi)星鏈路的誤碼率較高，寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)要求在較高的信道誤碼率情況下傳輸高速數(shù)據(jù)，這就要求有高效率的信道編解碼技術(shù)，滿足各類多媒體業(yè)務(wù)QoS的要求。寬帶多媒體業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的不同，使信道編碼需要采用速率可變的差錯(cuò)控制編碼，利用源和信道的聯(lián)合編碼可以提高系統(tǒng)整體性能。為提高寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量和業(yè)務(wù)質(zhì)量，還必須采用新的傳輸技術(shù)和調(diào)制技術(shù)，近幾年來CDMA多址方式和OFDM多載波調(diào)制方式的發(fā)展受到了廣泛的重視。

3.2數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層研究的重要內(nèi)容是提高帶寬的有效利用率。衛(wèi)星通信信道特性易受到天氣的影響，特別是Ka以上的頻段，而信道特性又對(duì)無線資源管理有一定的影響。目前在地面移動(dòng)多媒體通信中，開展了各種擁塞控制和資源分配的策略研究，這些研究成果對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域有一定的借鑒意義。無線資源管理的目的是使受保證的業(yè)務(wù)的呼叫擁塞概率降低到給定門限之下，使異步業(yè)務(wù)的丟包率盡可能小。

就接入方式來看，衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)信道是非對(duì)稱性的。多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般需要充分利用其廣播的優(yōu)點(diǎn)，所以無線資源管理的重點(diǎn)是用戶終端的上行信道，其中自適應(yīng)帶寬分配算法是目前研究的重點(diǎn)。

3.3網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)包括與星座有關(guān)的路由問題和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等問題。

3.3.1與星座有關(guān)的路由問題。衛(wèi)星之間的星際鏈路增加了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜性。路由算法決定了穿越該衛(wèi)星網(wǎng)的最佳路徑，應(yīng)該采用基于分組的靈活的路由策略而不是基于電路的靜態(tài)路由，這有利于利用星座系統(tǒng)的冗余路由。

另外，衛(wèi)星的高速對(duì)地運(yùn)動(dòng)造成了頻繁的切換。路由信息因?yàn)橥負(fù)涞母叨茸兓颓袚Q的頻繁不可能做到快速的更新，所以衛(wèi)星不同于常規(guī)的因特網(wǎng)路由器。但星座系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)和規(guī)律，我們可以利用星座系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可預(yù)言性、周期變化規(guī)律、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目固定等特點(diǎn)，采用動(dòng)態(tài)虛擬拓?fù)渎酚伞⑻摂M節(jié)點(diǎn)以及基于拓?fù)渥兓牟呗缘龋瑢⑿l(wèi)星的移動(dòng)性屏蔽起來，使全網(wǎng)可以使用標(biāo)準(zhǔn)的面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3.3.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。支持IP路由的系統(tǒng)不一定可以很好支持像ATM分組和幀中繼分組這樣的非IP業(yè)務(wù)，如果在衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)中需要傳送大量的IP業(yè)務(wù)，那么就需要ATM可以提供低層的協(xié)議來支持IP分組，采用隧道技術(shù)可以使分組路由通過異種網(wǎng)絡(luò)傳送到接收方。IP和ATM異種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)產(chǎn)生了一系列問題，特別是在IP組播路由和QoS管理方面。

解決在ATM中進(jìn)行IP組播的一個(gè)方案是采用組播地址解析服務(wù)器(MARS)，MARS將IP組播地址映射成ATM服務(wù)器地址，但是MARS系列方案并不支持移動(dòng)性管理，因此很難把IP組播中的參數(shù)完全映射到ATM路由表中。