衛星通信的背景
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衛星通信的背景范文第1篇
空間對抗環境下美國軍事衛星通信面臨三類威脅
《報告》認為，美軍全球力量投送嚴重依賴空間系統，導致美國的潛在對手在發展“反介入/區域拒止”作戰能力時，將空間對抗能力作為重點。因此美國構建下一代軍事衛星通信體系時，首先應考慮軍事衛星通信體系適應日趨激烈的空間對抗環境的問題。
《報告》分析了美國軍事衛星通信體系面臨的三類威脅：一是物理攻擊，包括利用動能和定向能武器擊毀美軍衛星、利用多種手段打擊衛星地面站等；二是電子攻擊，主要是利用干擾機對美軍通信衛星的上行和下行鏈路進行干擾；三是網電攻擊，包括截獲、篡改衛星數據，以及通過惡意手段控制美軍的衛星、衛星地面站以及用戶終端等。
《報告》認為，敵方使用隱蔽攻擊手段的可能性更大，電子攻擊將是最常用的手段。由于技術要求高、發射陣地易被美國發現并遭受反擊等原因，動能反衛武器使用的可能性較小。況且，動用動能反衛武器意味著沖突劇烈升級，將導致其他國家空間資產的嚴重損失。
可供選擇的技術手段
報告認為，保護美國軍事衛星有一系列技術手段可供選擇：
一是提高美國軍事衛星通信體系的防御能力。防御能力包括被動防御能力和主動防御能力。被動防御用于保證軍事衛星通信體系在敵方攻擊下維持生存并持續提供通信服務，具體手段包括：跳頻擴譜、天線開槽/調零、星上信號解調/解碼、數據交織/加密、建立星際鏈路，以及提高衛星抗電磁脈沖和地面站抗打擊能力等。主動防御旨在攔截并破壞敵方的攻擊行動，具體手段包括：利用衛星上的動能或非動能武器，攔截敵方反衛武器；在太空部署專門的護衛衛星，保護己方衛星；提高己方衛星的機動能力，以躲避反衛武器攻擊；使用常規武器由地面打擊敵方反衛武器等。
二是增大敵方破壞美國軍事衛星通信體系的難度。具體包括：①將一個衛星星座具備的任務能力分解到更多衛星上，使多項軍事任務不依賴于一個衛星星座；②將衛星有效載荷分散到更多的衛星上；③在軌備份衛星，增加星座中的衛星數量。這些手段使每顆衛星只承擔整個體系的一小部分任務，因此即便某顆衛星遭到攻擊，對體系整體能力的影響有限。
三是儲備備用的軍事衛星通信系統。包括：①儲備衛星有效載荷，需要時搭載在其他軍用、商用甚至他國的衛星平臺上快速發射；②儲備完整衛星，需要時快速發射；③儲備機動型衛星地面站和衛星地面控制設施，必要時替換受損設施。
四是使用其他通信裝備替代軍事衛星通信系統。可供選用的替代裝備包括商業通信衛星、機載通信裝備、地基無線電通信設施等。另外，還可通過改進武器系統，縮減其衛星通信需求，進而減小對軍事衛星通信系統的依賴，緩解系統遭攻擊后對美軍作戰的影響。
美軍應根據作戰需求選擇適用的衛星通信防護手段
《報告》認為，在美國國防預算削減的情況下，上述手段不可能同步發展。對不同的軍事衛星通信用戶而言，由于作戰需求不同，優先采取上述何種技術手段也會有所差異。
《報告》以美軍在太平洋地區應對敵方“反介入/區域拒止”作戰為背景，針對“全球監視與打擊”、“特種作戰”、“戰略部隊作戰”三大優先任務對軍事衛星通信的要求，分析提出了下一代軍事通信衛星體系優先采取的防護手段：一是通過提高防御尤其是被動防御能力，應對電子和網電攻擊；二是通過衛星任務能力分散配置、衛星有效載荷分散部署以及在軌備份衛星等，應對敵方物理攻擊。
未來美國軍事衛星通信體系應采用三級防護架構
《報告》對美國下一代軍事通信衛星體系的構建提出了6條建議。其中最核心的建議是將美國軍事衛星通信體系由目前的兩級防護架構（“有防護”和“無防護”通信衛星系統），調整為三級防護架構（“高級防護”、“中級防護”和“低級防護”通信衛星系統）。
高級防護系統供戰略層級用戶（導彈預警、核指揮控制、總統語音通信等）使用，主要由當前有防護的通信衛星系統（“軍事星”、“先進極高頻”衛星等）構成；中級防護系統供戰術層級用戶使用，防護水平略低于高級防護系統，其建設所需資源考慮從現有的無防護通信衛星系統項目（“寬帶全球衛星通信”、“移動用戶目標系統”以及商業衛星租用項目等）中抽取；低級防護系統供不重要的用戶使用，主要通過從商業部門采購衛星通信服務的方式獲取，無需軍方自行建設整個系統。《報告》認為，軍事衛星通信體系架構調整后，將利于以更低的成本，讓更多的軍事衛星通信得到適當防護。
《報告》提出的另外5條建議分別是：①邀請日本、澳大利亞和韓國等，與美國合作建立太平洋地區的中級防護通信衛星系統。如能照此實施，伙伴國在分擔支出的同時，還可相應共享衛星系統。雖然這么做要解決政治和衛星操控問題，但也會使潛在敵人在制定打擊任何受保護衛星或搭載的受保護載荷的計劃時變得更為謹慎。②通過提高美軍打擊敵方反衛武器發射陣地的能力、吸引更多伙伴參與美國軍事空間項目、利用他國衛星搭載美軍載荷等措施，增大敵方動能反衛武器的使用成本和風險，迫使其轉向發展電子和網電攻擊等美軍相對易于應對的手段。③盡可能利用現有項目填補美軍衛星通信能力缺口。④適當引入競爭，降低采辦成本和風險。對于那些不需要進行新開發、同時不止一家合同商已生產出所需產品的情況，引入競爭模式將有利于削減費用、提升性能和實現創新。對于那些只有一家合同商競標的產品，再人為引入競爭模式，讓另一家合同商為此進行額外的開發或開啟額外的生產線，無疑會對政府造成更多的資金浪費。⑤由一個軍種統管軍事衛星通信項目，實現衛星、地面控制設施和用戶終端的同步發展，避免衛星已經發射但用戶終端部署滯后等問題。
“先進極高頻”（AEHF）-2衛星。
衛星通信的背景范文第2篇
關鍵詞：衛星通信 本科教學 教學改革 Matlab軟件仿真平臺
中圖分類號：TN927 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0141-02
Research of Undergraduate Teaching Reform for Satellite Communication Course
Hong Tao
（College of Telecommunications & Information Engineering， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing JiangSu 210003， China）
Abstract：With the development of satellite communication technique and requirement of technical personnel for our country，the problem of cultivating satellite communication talents has been a challenge for chinese universities.In this paper，we focus on the classroom teaching method，experimental hardware and software platform，and course examination method for satellite communication course according to the problem of practical teching.It is proved that teching reform had a better performance of this paper.
Key Words：Satellite communication;Undergraduate Teaching;Teching reform
衛星通信是指利用衛星作為中繼站實現兩個或多個地球站之間的信息交換的無線通信技術，綜合了通信技術、計算機計算和航空航天技術的交叉學科[1-2]。近年來衛星通信技術不斷革新，例如中低軌道的移動衛星通信系統等都受到了人們廣泛的關注。我國的衛星通信技術相比與美國等發達國家還存在一定的差距，如何培養我國的衛星通信專業技術人才是當今我國高校教育中面臨的一項挑戰[3-4]。
在南京郵電大學本科生培養計劃中《衛星通信》課程是作為大四學生專業限選課程。設置這門課程的目的是在《通信原理》等專業課的基礎上，系統級的幫助學生鞏固已經學習的通信基礎知識、掌握通信基礎理論在實際的無線通信系統中的應用、以及衛星通信的組網技術。課程總共分為5個部分的內容在教學計劃中安排了32個學時和8個實驗學時，考察方式為閉卷考試結合試驗成績。在其他高校衛星通信課程教師的教學經驗[5-6]和筆者幾年的教學過程中，總結了如下幾點在教學過程中發現的問題：（1）本課程屬于專業限選課程，講授內容是建立在《通信原理》等基礎必修課程的基礎上的，學生對于無線通信基礎知識掌握存在較大的差異，導致講授過程中學生對于知識點的理解存在較大差異，課堂教學效果不能達到預定的目標;（2）大四學生面臨畢業的壓力，注意力主要放在的考研、找工作等方面，學生對于衛星通信技術學生的興趣和學習效率普遍很低;（3）傳統的教師課堂講授的方式枯燥，加上衛星通信系統知識點的分散和抽象，使得學生課上對于知識點理解效率低下，課后更沒有時間回顧課程的內容;（4）考試前學生只是結合前幾年的考試試卷采用死記硬背的備考方式，根本不理解知識點的含義，導致學生考完就不記得所學習的課程。上述的幾個方面導致課程的通過率逐年下降，學生選修學習這門課程的人數逐漸減少。如何提高課程的教學質量已是《衛星通信》課程迫切需要解決的問題。
針對上述的幾個問題，作者在教學過程中引入了以下三點的改革思路：（1）激發學習興趣，學生基礎存在差異，需要教師在講授過程中回顧對比無線通信的基礎知識點，幫助學生理解無線通信基礎知識在衛星通信系統級平臺上的應用。采用多媒體、拓展課程等手段激發學有余力的學生對于從事衛星通信事業的興趣;（2）知識點講授，衛星通信課程知識點較為分散，在講授的過程中對比其他的通信網絡知識點，在對比的過程中使得學生掌握衛星通信課程中的關鍵知識點。引入Matlab軟件仿真平臺和硬件實驗平臺，使得抽象的知識點形象化;（3）課程考查方法，將傳統上課點名和期末考試的課程考查方法改為平時大作業、實驗成績和期末考試相結合的考查方式。
1 教學方式改革
作者認為學生對于衛星通信課程學習的效果關鍵在于兩個方面，一是教師的知識點講授方法;二是激發學生對于課程的學習興趣。為了做好上述的兩個方面作者從以下的三方面入手，提高衛星通信課程的教學效果。
1.1 課堂講授方式
衛星通信課程在無線通信體系中并不是一門孤立的課程，應該放在整個無線通信大的背景中來講授。針對學生基礎知識的差異，作者在傳統講授方法的基礎上補充了以下的三種講授方式：（1）支撐知識點的回顧，學生在理解衛星通信中新的知識點的時候，都需要用到無線通信中基礎的知識體系，講授在講授之前用適合的時間回顧下基礎知識點存在一定的必要性。如在講授編碼和調制技術的時候幫助學生回顧下編碼的基本概念、正交調制等基礎的知識點，再引申出衛星通信中使用的LDPC碼、QAM調制技術等知識點。這樣使得基礎知識點較為薄弱的學生不會在課程的開始階段就失去學習的興趣，進而惡性循環;（2）聯系對比教學，衛星通信網絡是適用于衛星通信鏈路的網絡體系，與傳統的地面移動通信網絡是存在一定的差異的。課程講授過程中引入這些差異性講授有助于學生更深刻的理解衛星通信的知識點。在這種上下聯系，左右對比的教學環境中使得學生在原有的知識體系中引申出衛星通信的知識點;（3）拓展性課程，對于學有余力的學生，課堂時間中教師講授的有限知識點并不能滿足學生對于衛星通信系統的理解，需要激發學生對于衛星通信技術的學習興趣，使得他們利用課余的時間利用圖書館、實驗室等資源更好的學習衛星通信的知識。作者在課程中適當的加入了一些拓展課程的教學方式激發學生的學習熱情，如在課程講授中加入美國的探月工程和中國的嫦娥工程等視屏結合PPT的方式激發學生從事我國的衛星通信事業。
1.2 Matlab軟件仿真平臺和硬件實驗平臺
衛星通信課程是一門需要軟硬件結合教學的學科，教學過程中需要提高學生自主的軟硬件動手能力。由于學校硬件實驗平臺受資金等方面的局限，學生的動手能力并不能得到很好的鍛煉，這就要求教師在教學過程中也需要培養學生的動手能力。作者在平時的教學課程中基于Matlab仿真平臺以大作業的形式布置一定的軟件仿真實驗，補充硬件實驗平臺的不足。布置這種探索性的大作業可以激發學生自主學習的熱情，更好的理解學習的知識點，如在衛星通信VSAT網絡中對于歐蘭B公式的理解，作者布置了相關的Matlab編程大作業，學生在課程考試中對于這個知識點的掌握情況就很好，說明布置的大作業對于學生知識點的理解起到了一定的積極效果。在實驗室的硬件實驗中增加學生自主的動手實驗內容，增加學生對于學科的感性認識，通過學生自主動手對于這些系統安裝調試，提高學生的動手能力，在學習的同時激發他們課程實踐的興趣。
1.3 課程的考查方式
南京郵電大學衛星通信課程傳統的考查方式是實驗成績占總成績的30%，閉卷考試成績占總成績的70%的考查方式。作者在教學過程中發現這種考查方式并不能很好的反應學生的學習效果。課程結束后學生大多結合往年的考試試卷，采用死記硬背的方式通過考試，考完后就不記得所學的知識點。作者在實際的教學過程中采用平時Matlab大作業占總成績的30%、硬件實驗成績占總成績的20%和課程結束考試占總成績的50%的考查方式。在軟硬件實驗中強調培養學生利用學校的圖書館和實驗室的查資料學習和動手等能力。考試試卷中降低概念性試題的比例，適當提高探索性問題的比重，如在星站距和俯仰角知識點的考查中，在試卷中直接給出基本的計算公式，不需要學生去死記硬背計算公式，而在俯仰角的修正過程中增加試題的靈活度，如果學生在平時的課程和Matlab大作業中深入理解計算公式的物理過程能很容易的解答試題，而平時Matlab大作業不認真完成靠考試前死記硬背公式的學生不了解公式的物理含義很容易在修正的過程中出錯，這樣能更好的考查學生對于衛星通信知識點的掌握情況。作者通過兩個學年的實驗，這種綜合體系的考查方式更能真實的反應學生對于本課程的掌握程度。
2 結語
作者通過與學生的交流，采用上述的三種教學改革方法，可以在一定程度上激發學生對于衛星通信課程的學習熱情，選修這門課程的人數具有一定程度的增加，學生對于知識點的掌握更為清晰，取得了一定的教學效果。該文對于衛星通信這門課程的教學改革作了初步的研究，如何取得更好的教學效果還需要與廣大高校中衛星通信課程教師共同探討。
參考文獻
[1] 王麗娜.衛星通信系統[M].國防工業出版社，2006.
[2] 夏克文.衛星通信[M].西安電子科技大學出版社，2008.
[3] 張更新，謝智東，譚哲.衛星通信的發展現狀及產業發展綜述[J].數字通信世界，2009（6）：24-30.
[4] 杜青，夏克文，喬延華.衛星通信發展動態[J].通信技術，2010（3）：24-29.
衛星通信的背景范文第3篇
【關鍵詞】DVB-RCS MF-TDMADAMA
隨著全球信息交互式多媒體業務的迅速增加，各行各業對寬帶的需求也越來越緊迫。寬帶衛星以其靈活、大范圍的覆蓋能力，成為無地面網絡覆蓋地區寬帶接入的最佳解決方案。利用寬帶多媒體衛星通信手段解決各種類型用戶的寬帶接入、多媒體業務服務、遠程醫療教育或其他一些應急通信任務。目前，我國已經研制近20多顆通信廣播衛星，具備了寬帶衛星通信系統的工程建設條件。
1 DVB-RCS協議解析
DVB-RCS是介于通信和廣播之間的交互式應用，主要包括了數字電視衛星直播業務和數據交互服務。標準公布以后，很多公司在其衛星通信系統中采用了DVB-RCS技術，基于DVB-RCS系統的使用已經十分廣泛。
由于DVB-RCS協議層次結構復雜，終端在接收到前向信號后，需要把傳輸信令全部解析出來，并根據這些信令調整發終端發射機的參數，引導終端進入同步狀態。因此設計終端網絡信令流程，使得終端能夠對協議內容快速解析、快速同步、快速入網，提高接收機的處理速度是十分必要的。[1]
2 DVB-RCS衛星通信系統網絡信令設計
DVB-RCS是針對衛星數據業務的發展需求所制定的一套結合DVB廣播業務與多頻-時分多址（MF-TDMA）多點回傳的基于交互式應用而定義的下一代衛星通信網標準[2][3]。其關鍵技術MF-TDMA的優勢在于，載波頻率和分配帶寬都可以靈活適應多變的多媒體傳輸要求，而且時隙和突發速率都可以根據網控中心的要求來改變。DVB-RCS標準未指定統一的回傳鏈路的幀與時隙參數，一般在滿足其建議參數限的前提下根據應用環境統一設計。RCST網絡信令流圖如圖1所示。
（1）初始同步。終端定位前向鏈路并獲取網絡時鐘參考（NCR）、衛星位置表（SPT）、超幀組成表（SCT）、幀組成表（FCT）、時隙組成表（TCT）等前向廣播信令。終端開機初始化時首先分析網絡信息表（NIT），獲取包含RMT（RCS映射表）的前向鏈路傳輸流的位置參數，然后分析傳輸流中的節目關聯表（PAT）和節目映射表（PMT），找到攜帶RMT的包標識（PID），進而找到并分析RMT獲取這些前向信令。
（2）登陸。回傳鏈路衛星終端（RCST）在CSC時隙用Slotted-Aloha隨機接入發送一個登陸請求。此請求包含RCST MAC地址并指示終端能力。如果既定的時間內NCC無回復，RCST將認為多并發請求發生碰撞，將在最大隨機時間后重試；如果NCC正確接收到終端請求則處理該請求并用一個單播終端信息消息（TIM）回復確認。該TIM 信息中包含分配給終端的專用信令時隙，以及對終端的配置信息。
（3）粗同步。終端根據配置確定發送粗同步請求ACQ的時間，NCC接收到后得到該終端在定時、頻率和功率上的偏差，并在校正消息描述符中反饋給終端，終端據此調整直到達到系統粗同步要求并進入精確同步過程。
（4）精同步。終端在精確同步信令SYNC時隙上發送精確同步請求，NCC接收到后得到該終端在定時、頻率和功率上的偏差，并在校正消息描述符中反饋給終端。終端據此調整直到達到精確同步狀態，并進入同步保持過程，允許發送數據突發。
（5）同步保持。終端在通信過程中周期性地在NCC為其分配的信道上發送同步保持請求。如果終端在預定的時間內接收到誤差校正信息，則對頻率、定時和功率參數進行調整，并判斷誤差是否大于精確同步門限從而需要重新進行同步；如果終端在預定的時間內沒有收到誤差校正信息，則進行下一次同步保持過程，如果連續丟失誤差校正信息超過預定次數則認為終端失去同步，終端必須停止發送數據突發，并重新進行同步。
圖1 RCST網絡信令流圖
在同步保持狀態，終端與中心站還進行無線資源的動態申請與分配：對于寬帶多媒體衛星，頻率和時隙資源的分配常以超幀為分配周期，終端需要根據當前所有業務的帶寬需求進行動態的無線資源申請，NCC則根據終端的申請進行無線資源的分配。頻帶按需分配（BoD）的中心思想就是在盡量小的傳輸時延條件下，根據用戶帶寬需求分配衛星轉發器資源來高效率地支持各種應用，尤其是基于TCP/IP協議的應用。已有的BoD協議大多基于DAMA（Demand AssignedMultiple Access）或自由分配（Round Robin）原理，DAMA協議保證信道高利用率，自由分配協議減少傳輸時延。
3 結語
本文在對DVB-RCS協議進行解析的基礎上，設計分析了DVB-RCS衛星通信系統的終端網絡信令。本文所設計的終端網絡信令流程可以作為實際終端入網同步技術的有益參考，設計內容可用于IP化衛星通信網絡中終端與中心站之間交互式的業務請求。
參考文獻：
[1] 陳相登，雷菁，劉偉.DVB-RCS協議研究.中國有線電視，2012年第11期.
衛星通信的背景范文第4篇
衛星通信具有廣播、多播和覆蓋面廣等天然特性，在一般通信方式難于實現或地形不利信號傳輸的情況下，衛星通信是首選的通信工具。隨著新軍革的推進和空間技術的發展，衛星通信在國防、航天等諸多領域也必將發揮著越來越重要的作用。衛星IP網絡吸收采納IP技術，可以更有效地提供數據傳輸業務和提高衛星信道利用率，降低衛星通信成本[1]。
本文簡要分析了衛星信道的特點及引起TCP/IP協議性能下降的原因，討論了TCP/IP協議在衛星通信網的應用以及存在的問題，探討了相關問題的改進方案，最后給出了IP技術在衛星通信中的發展趨勢。
1IP技術在衛星通信應用中的問題及改進方案
IP網絡的傳輸特性有助于降低業務成本，在大眾消費市場上使用衛星IP網絡可以與地面通信方式競爭。鑒于衛星和IP的廣播特性、TCP/IP的健壯性以及Inter-net業務的普遍性，TCP成為了衛星通信標準協議的首選傳輸層協議。但是，衛星信道某些性能的局限性也隨著因特網的膨脹和擁塞控制技術的引入逐漸顯露。
1.1衛星鏈路對TCP/IP協議的影響
衛星系統遠距離、高頻率的工作條件對天氣等環境因素敏感，衛星信道具有其固有特性[2]。影響TCP協議傳輸性能的主要因素有長時延、高誤碼率和信道不對稱這三個方面。
(1)長時延。衛星鏈路的傳播延時很長(靜止軌道衛星在270ms以上)，而衛星通信的速率通常是很高的(幾兆比特每秒)。TCP協議限制了擁塞窗口最大為64Kbyte，可以得到最大吞吐率為：(64K×8)/500=1.024Mbps為提高吞吐率，必須對接收緩存窗口進行修改。與此同時，發送方在連接開始時根據接收到的確認的數量增大擁塞窗口，經過數個往返時間周期才能增長至最大窗口大小，也會使得傳播時延更長。
(2)高誤碼率。在因特網中，衛星鏈路比地面鏈路的誤碼率(BER)更高。現有衛星轉發器誤碼率大約為10-4~10-6。然而，TCP成功傳輸所需要的BER是10-8量級或更低。由于衛星鏈路TCP無法區分擁塞丟失還是鏈路惡化丟失，會誤認為出現了擁塞故障，并自動采取擁塞控制，TCP協議會自動減小滑動窗口尺寸，引起吞吐量降低。此外，由誤碼引起的確認信息ACK分組丟失也會使吞吐量進一步惡化。
(3)信道不對稱。絕大多數的衛星鏈路帶寬配置是不對稱的，其中下行鏈路的帶寬遠大于上行鏈路。采用速度較慢的上行信道可使接收機的設計更經濟且節省了寶貴的衛星帶寬，但非對稱配置對TCP性能有顯著的影響，系統吞吐率隨不對稱的增加呈指數減小。通過分析可以看出，衛星鏈路的長時延、高誤碼率和信道不對稱特點對原始TCP/IP協議有很大的影響，引起了數據傳輸速率、帶寬利用率，以及數據傳輸的實時性等問題，必然會對原來適用于地面網絡的TCP/IP協議提出許多新要求。
1.2衛星鏈路中TCP/IP協議的改進方案
由于衛星鏈路特性的影響，傳統應用于Internet的TCP擁塞控制策略在衛星鏈路上進行TCP數據包傳輸時不能充分利用網絡的吞吐量，降低了網絡效率，不利于衛星IP網絡的發展。因此，有必要引進增強TCP機制及其他技術以改進衛星IP網絡的性能[3]。現有的解決方案可主要分為兩大類：
(1)在協議上改進。此類方法有幀結構改進、選擇性ARQ、慢啟動(如表1所示)、延遲ACK、選擇性ACK等。Internet工程任務組(IETF)已提出了一些擴展建議，如RFC1323，克服長時延、高信道容量下的TCP瓶頸；RFC581、RFC52001則為了克服衛星通信信道容量的非對稱性及性能起伏，動態實現信道的有效利用；RFC2018(SACK-SelectiveAcknowledgement)克服了長時延、大窗口、高誤碼情況下的效率下降。此外，人們可以選擇各種差錯控制方法來滿足衛星鏈路誤碼率的要求，FEC(前向糾錯)和ARQ(自動請求重發)是兩個主要的差錯控制方法。FEC可以選擇卷積編碼和級聯編碼，還可以同時采用比特交織技術減小突發錯誤的影響。
(2)從衛星出發。其一是TCPSpoofing技術，即協議欺騙技術；其二是TCPSplitting方案，通過協議轉換網關將TCP連接完全分開，用適合于衛星環境的專有協議來取代衛星連接段上的TCP，同時保持地面段的TCP連接，如圖1所示。在這種網絡結構中，客戶端和服務器端都不需要進行任何修改，可以繼續使用原來的TCP協議。該網絡結構的協議棧模型如圖2所示，在圖2中我們可以看到，專有協議與標準TCP協議在棧中的對等位置，通過這樣設計首先可以將衛星鏈路的特性隔離在有線鏈路之外，實現對TCP性能的改善；其次，對應用完全透明，用戶主機上的TCP/IP協議棧和應用不需要針對協議網關進行任何額外的開發工作。
2IP技術在衛星通信中的發展趨勢
近年來，IP和多媒體技術在衛星中的應用已成為一個研究熱點。衛星IP網絡關鍵技術研究包括支持IP的衛星網絡體系結構；支持IP運行的網絡層協議、Internet規定協議和傳輸層協議的衛星鏈路需求；支持IP運行的話音、視頻、可視電話和文件傳輸的衛星鏈路性能；IP增強衛星鏈路或高級協議性能的可改善要求；使用IP專用和加密協議對衛星鏈路的影響等。衛星IP網絡是地面IP技術在衛星通信領域內的演變和應用，它作為適應衛星分組業務和降低系統復雜性的一種嘗試，目的在于廉價為用戶提供滿意的大流量分組數據業務[4]。
具體的一些研究方向包括：
(1)提供基于LAN的IP互連。基于LAN的IP采用在發展中的Ipv6和RSVP，可以支持QoS量級不斷變化的實時業務，采用沿業務流路徑在中轉路由器中保留資源的方法。這就要求星上的動態容量分配(DCA)必須與IP層的QoS相配合，并控制端到端的無線LAN的QoS。
(2)適應衛星IP業務的MAC層協議。近年來，為適應不同應用環境的要求，人們提出了一系列改進的MAC層協議，但都不具備通用性。在此，我們只考慮適合衛星鏈路的MAC層協議。其設計目標是實現高信道流量、低傳輸時延、信道穩定性、協議可實現性、信道重構性和控制算法的低復雜度。衛星和地面鏈路的傳輸時延不同，所以一些MAC協議被排除在外(如LAN和WAN的MAC層協議)或重新評估。此外，衛星物理設備的改變是有限的，因此需要一個簡單可行的控制機制。與此同時，衛星網的MAC協議應具備容錯和生存能力，在網絡拓撲發生變化或系統重構時，能正常工作；應該有利于降低功耗和降低緩存容量，提高信道容量。為此研究了許多種可用的協議，最普通的MAC層協議有：固定時隙分配協議(FixedAs-signment)、按需請求分配協議(DemandAssignment)、隨機訪問(RandomAccess)、時隙保留協議(Reservation)及自適應(Adaptive)協議。表2所示是各種MAC協議的比較。
(3)星上交換機。采用第三層交換技術，使得構建星上交換新傳輸體制下的IP網絡成為可能。研究交換機的交換結構旨在增大IP交換機的吞吐量和減小分組在交換機中的排隊時長。在實際工作時，有可能出現端口競爭(幾個輸入輸出端口中的信元同時到達同一輸出端口)，有時還會出現內部阻塞(端口競爭情況發生在交換結構內部)。交換機的每一個端口控制器管理可能存在的三個數據隊列為：輸入隊列、輸出隊列及廣播隊列，端口上定容的緩沖存儲器則用來緩存上述隊列。因此,需要我們研究內部無阻塞的交換結構。另外，還需研究交換機的其他功能：優先級設置、廣播和組播功能。
(4)移動組播管理。移動IP組播是采用移動IP協議進行移動管理的一個新的研究方向。當某個IP站點向Internet上的多個IP站點廣播發送數據時，IP組播可減少非必要的重疊發送，有效利用網絡帶寬；而且相對于重復的點到點傳輸來說，雖然過程中增加了IP組播相關協議的處理，但是仍然大幅度縮短了組播路由器和主機處理IP報文的時間。移動IP組播技術在衛星IP網絡中的應用前景與衛星通信簡單的拓撲結構和利于廣播的特性是分不開的。衛星網絡是非對稱廣播類型，因特網互聯結構是對稱式和點到點的蜂窩式，如何將兩者集成到一起是一大技術難題。
(5)空間光碼分多址技術。空間光碼分多址技術(SO-CDMA)是無線傳輸技術中的關鍵技術，星際鏈路選擇何種多址方式直接影響系統的性能。SO-CDMA每個發射光源的地址碼采用彼此獨立的光脈沖序列，各地址碼相互正交，每個信號源用各自的地址碼調制，接收端使用相應的地址碼進行解調。SO-CDMA有如下優點：a.碼分多址獨有的抗背景噪聲的能力在很大程度上提高了星際通信的性能。b.無需全網同步，碼分多址便能很好地支持異步通信和突發業務。當前，對SO-CDMA的研究主要集中在擴頻序列的選擇、調制方式、信號檢測方法(包括多徑接收和多用戶接收)、功率控制以及同步技術等方面。SO-CDMA將是以后星際鏈路采用的最重要的方式之一。
此外，地面IP網絡的一些熱點問題也同樣可能是衛星IP網絡今后的研究方向。如：
(1)IP協議的服務質量(QoS)。與ATM相比，IP只能通過減少誤碼率進行單一的QoS保證。將來，衛星IP協議也可以發展為提供座機QoS保證，從而支持多媒體業務。
(2)IP路由選擇。IP路由選擇是IP網絡中的一個邏輯功能。目前，衛星IP網絡中的各種路由選擇方案正在研究之中，這些方案包括隧道效應、NAT、BGP、采用PLS的IP/ATM以及基于約束的優先級路由選擇技術等。將來，衛星IP網絡中的路由選擇方案可能會采用隧道效應、NAT、BGP及MPLS的組合方式來實現，這種方式比較適合用來支持基于ATM-SATCOM中的IP路由選擇方案。
(3)IP多播、基于衛星通信的IP安全以及衛星IP擁塞控制。從通信技術的發展情況來看，Internet技術已得到廣泛應用。與地面部分相同，未來的3G和4G衛星通信系統須支持IP業務,如多播功能。今后的衛星IP網絡還可能采用一些將ATM和TCP/IP相結合的方法，但還存在一些實現以及性能上的問題。
這些問題主要包括如何與地面IP網絡互連，IP路由選擇以及采用增強的TCP協議來適應長時延和高誤碼的信道，例如LMS和無線連接、擁塞控制、提供高QoS的MAC協議及安全協議等[5]。
衛星通信的背景范文第5篇
關鍵詞：衛星通信；動態路由協議；RIP
1.動態路由研究背景
傳統的衛星網中常使用靜態路由來實現IP業務通信。靜態路由需人工干預配置的路由信息。在網絡結構或者鏈路流量發生變化時，操作人員需重新配置相關路由器的路由信息。靜態路由的特點決定了它使用時會有局限性。
動態路由則由路由器動態更新路由表，能夠根據網絡運行情況的實際變化智能地進行調整。動態路由依靠路由器對路由表的維護及路由器之間適時的路由信息交換來動態獲得路由信息。因此動態路由技術在衛星通信IP業務中能夠提供更佳的解決方案。
2.RIP協議簡述和IP業務模型
RIP是基于距離矢量算法得出最佳路徑的動態理由協議。大部分廠商路由器都支持RIP動態路由協議，其配置簡單，適用于小型網絡（小于15跳）等特點。RIP有兩個版本：RIPvl和RIPv2。RIPvl不支持變長子網掩碼和無分類域間路由，RIPv2則都支持。
RIP通過UDP數據包對RIP分組信息進行接收和發送。RIP規定，網關以30s為間隔通過廣播方式發送一次報文。為了防止出現網絡擁塞，發送后續的分組時會增加隨機延時，如果在180s內未收到相鄰路由器RIP信息，則認為該路由器的路徑無效，會從路由表中刪除該路由器路由信息。
如圖1所示，IP業務模型，寬帶MODEM，IP加速器和以太網交換機在衛星通信IP業務中不具備IP報文的尋路工作，只做比特流的透傳和差錯控制。可以將地面站IP業務模式進行簡化，簡化為通過兩個路由器wAN口冗余備份互聯的兩個網絡。IP雙鏈路互為備份，兩個鏈路正常工作，均衡分載IP數據流量。其中一個鏈路發生故障時，另外一個鏈路仍然有效，從而提高IP業務傳輸的可靠性。路由aWAN口之間依靠動B路由協議交互路由信息。
3.模型規劃和動態路由協議的應用
路由器的WAN口實現與對端路由器wAN口互聯，本地劃分多個vLAN，實現與本地面站IP業務互聯。這里劃分3個VLAN，VLAN100為video視頻網絡，VLAN200為IP話音網絡，VLAN300為IP數據的局域網。
如圖1所示，將模型劃分為兩個自治邏輯區域。兩個邏輯區域通過衛星通信鏈路進行連接。兩個邏輯區域自己的路由器均使用RIP協議。RIP協議使用V2版本，支持變長子網掩碼和無分類域間路由，使用組播uDP協議傳遞路由信息，能節約網絡資源。
衛星地球站A和衛星地球站B中對路由器RIP動態路由配置和路由表的顯示（以衛星地球站A為例）如下.
ROUTER 1路由配置和路由顯示
Router RIP（啟動RIP協議）version 2（運用RIP V2協議）
network201.201.1.0 network 201.201.2.0
（網絡互聯KIF0/0，F0/1的網段）
Network201.201.11.onetwork201.201.12.0network201.201.13.0
路由表中c代表本地直連的網段。Rf代表通過RIP獲得的網段，[120/1]表示路由管理距離為120，路由的度量數值即跳數是1，第四部分表示下一路由IP地址，第五部分表示經路由器wAN口的接口。
由此路由表可以得到，Routerl通過RIP動態路由協議得知了與Router2直連的3個網段，除此之外，還有5個直連網段。Router2與Routerl的路由表類似。衛星地面站A與B所連接IP網段都可以通過路由表找到相應的路由信息，從而實現IP業務的通信。
