宽带IP卫星通信技术现状和发展(上)
一、宽带IP卫星通信技术的现状
近年来，第二代移动蜂窝系统的成功和因特网业务需求的急剧增长表明未来用户的需要是“能在任何地点和任何时间使用交互的非对称多媒体业务”。以多媒体业务和因特网业务为主的宽带卫星系统已成为当前通信发展的新热点之一。传统卫星网的使用价格昂贵，而且不能适应目前多媒体业务和因特网业务发展的需要，不能开拓大众消费市场。面对各种系统的竞争，如何在技术上保证提供业务的低价优质，占领市场，是宽带多媒体卫星通信系统得以生存和发展的要害。进入90年代以来，商业网络逐渐向应用TCP/IP因特网协议的分组交换型网络发展。宽带IP卫星技术是这种网络发展趋势的结果。它是将卫星业务搭载在IP网络层上营运的技术。这种技术有利于吸收采纳目前蓬勃发展的IP技术，降低技术成本。IP网络的传输特性也有助于降低业务成本，使卫星通信在大众消费市场上可以和地面系统竞争。
96年，美国NASA的ACTS卫星（AdvancedCommunicationsTechnologySatellite）进行了622Mbits/s的ATM试验，验证了TCP/IP协议在卫星ATM平台上的可行性。美国马里兰大学采用真实的多媒体源在这个系统平台上进行了一个仿真分层网的通信实验。
已经进入商用化的可以提供卫星IP传输的系统称之为卫星IPoverDVB系统。通过该系统开展卫星因特网业务的初步尝试由休斯公司的DirecPCTurboInternetservice成功实现。这些系统都是根据大多数多媒体业务用户的业务特点（下载大量视频、音频和数据信息，但上载信息很小）而设计的。它们使用非对称传输方式来降低用户终端费用，并在北美获得较大的市场。欧洲也在积极发展这样的非对称系统。
但是这些早期的应用离未来对宽带卫星系统的要求还有一些距离，在市场定位上还处于探索阶段。目前美国和欧洲各国在卫星IP技术方面做了一些尝试。99年5月11日欧洲发射了ASTRA卫星，组成宽带、面向大众的“空中因特网”卫星系统。
二、宽带IP卫星通信技术面临的挑战
目前提出的宽带IP卫星系统都采用基于ATM的传输技术。一些国家，如美国、欧洲、日本、澳大利亚对卫星ATM层和物理层性能测试的结果表明，ATM的性能可以满足ITU-TG.826和I.356的目标要求。假如系统采用RS块状编码、交织、FEC技术，卫星链路可达到准光纤链路质量，ATM可以作为卫星系统的数据传输技术。
但是卫星ATM实现起来较为复杂，与现在的卫星传输技术有很大不同。在卫星ATM的分层实现上，存在两种不同的观点，一种是不改变现有卫星的协议结构，只是将ATM协议放在非ATM的卫星协议平台上。另一种观点是卫星网采用完全的ATM结构，其中卫星部分的ATM层是S-ATM（以区别地面固定网中的ATM层），支持传统ATM业务、TCP/IP应用和UDP/IP应用。前者的优点是卫星平台对不同用户终端的协议标准是透明的；卫星访问协议止于关口站，不会为外界网看到；不需要修改现行的卫星标准。缺点是很难为各种不同的协议都提供最好的性能。具有这种分层结构的卫星ATM称之为在非ATM上的ATM封装。后者的优点是适用于一个高度集成的星地ATM环境。缺点是协议复杂，需要修改现有的各种卫星协议和网间接口协议。
在无线ATM移动性目标治理方面，目前已解决了ATM终端用户在大楼或校园内的实时移动治理问题，试验的移动距离从数米到数百米，数据率为2-24Mb/s，频段为2.4GHz或5GHz。但是，含有ATM交换机的子网整体的移动性治理至今未能解决。该领域内也鲜有工作。该应用的典型例子是在一架大型客机上有一个ATM网络提供机上数百名乘客通信和娱乐业务。在此环境下，终端用户相对服务平台不动，但整个ATM网相对地面网是移动的，两者之间通过卫星建立通信链路。一个新的移动治理目标是在全球卫星与飞机间通信的特定环境下网络段（即含有一个或一个以上交换机的ATM子网）的移动治理。这一目标可以发展为未来全球N-GEO宽带卫星ATM系统的移动治理目标。以Teledesic系统为例，该系统的288颗低轨相对静止卫星和地面设备都是移动的，其网络段的移动治理是一个重要的问题，直接影响系统性能。
三、宽带IP卫星通信技术的发展趋势
3.1系统结构继续沿卫星ATM方向发展
（1）实时多媒体业务的网间交互控制
为满足多媒体业务需要，往往有不同的宽带网络技术如ATM、帧中继、高速以太风和不同的交换技术如ATM分组交换、IP交换和LAN交换，以便在同一个网际环境中提供所需的骨干数据传输服务。要实现实时的多媒体传输就必须将这些不同的网络技术和交换技术协调起来。在IP传输网方面，目前国外研究的重点是评估在高速IP风中能保证QoS的各种路由和资源治理策略，包括RSVP（ResourceReSerVationProtocol）、分组规划（packetscheduling如平等排队fair-queuing）和其它一些实时路由控制协议如RTP（Real-timeControlProtocol）、RTCP（Real-TimeControlProtocol）、RTSP（Real-TimeStreamingProtocol）等。RSVP和分组规划是一种资源预留协议，位于IP协议栈的上面，需要下层路由的支持。RTP和RTCP协议一般运行在UDP/TCP的上面，用于解决端到端的实时业务传输的定时问题，包括定时对准（timestamping）、分组编号（sequencenumbering）等。RTP和RTCP协议经过修改可以运行在CLNP（ConnectionlessNetworkProtocol）、IPX（InternetworkPacketExchange）、AAL5/ATM或其它协议之上。RSVP根据实时视频数据流在业务提供者和用户之间连续流动的特点，在IP网上提供远端流控机制，使用户在一边播放已解码的实时数据帧，一边解压收到的数据帧的同时，能接收实时数据流，保证播放的连续性。在ATM传输网方面，一些研究者将一些IP网的路由技术和ATM相融合以期更好地解决卫星多媒体业务的QoS问题（如RSVPoverATM）。除此之外，在实时多媒体业务交换技术方面出现了一些新技术，如IP交换、tag交换、结合I-PNNI的MPOA（MultiprotocoloverATM）技术等。这些新技术将IETF（InternetEngineeringTaskForce）和ATM论坛新近研究的建议适用于卫星宽带网的环境，希望更好解决网际间实时多媒体业务传输的互操作问题。
（2）提高ATM卫星环境下端到端的TCP性能
未来的宽带卫星网将和地面ATM/BISDN一起构成宽带INTERNET网（由于卫星信道的延时较地面长，其拥塞控制与地面网有很大的不同）。为有效传送Internet业务，有必要分析一下端到端的TCP性能。地面终端通过星上交换机建立虚通道（VCs）来传输ATM信元。为实现有效的拥塞控制，除流控和VC治理外，地面终端还必须提供IP网和ATM网之间拥塞控制的机制。星上的ATM交换机必须采用信元和VC级的业务量治理机制。TCP主机也要利用各种拥塞控制机制来实现有效的带宽利用。但是目前在算法上还存在很多争议。
在实现与ATM/BISDN的互连方面需要对星地综合的宽带ATM网进行实时多媒体业务治理。
（3）移动治理
为了解决目前的移动治理协议效率低的问题，近期提出了若干新的移动治理方案。比如TsuguoKato等人提出的一种高效移动治理方案，该方案基于ATM面向连接和非连接方式的混合模型，为要求QoS保证的业务提供类似ATM-SVC（switchedvirtualconnection）的路由，并为要求“尽力传输”的业务提供类似ATM-CL（connectionless）的路由。其路由策略依照逻辑子网原理进行优化。在支持含有ATM交换机的子网整体的移动性治理方面，SankarRay，Boeing提出了将ATM论坛的专用网络节点接口（PrivateNetwork-NodeInterface，PNNI）V.1协议扩展为一个支持网络段移动的有关定位治理和路由的建议。
3.2新系统结构可能后来居上
近年来IP和多媒体技术在卫星中的应用已成为一个研究热点。ITU-R第四研究组于1999年4月26日至5月7日在瑞士日内瓦举行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4会议。在WP4B会议上，IP和多媒体技术在卫星中的应用作为新技术课题提案获得了通过，这对宽带卫星通信系统的发展具有重要影响。参加这次大会的有关人士认为，IP很有可能成为未来的主要通信网络技术，大有取代目前占主导的ATM技术的势头。IP数据包通过卫星传输的可用度和性能目标与ITU-TG.826和ITU-RS.ATM建议要求是不同的，有关研究将在2001年完成。要害技术研究包括卫星IP网络结构；支持卫星IP运行的网络层和传输层协议的性能需求；IP层协议或能加强卫星链路性能的更高层协议，需要作什么样的潜在改善；IP保密安全协议及相关问题对卫星链路的要求将产生什么影响；ITU-R为提供与ITU-T和其它标准化组织最合适的联络应作出什么样的安排等方面。这种技术若能实现与地面IP网络兼容，半直接影响卫星通信业务的发展。
摘自《卫星通信广播电视》
