卫星互联网技术

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一、VSAT的发展
由于Internet的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足数据通信的全面需求。具体他讲，一方面已经成熟的基于C波段和Ku波段技术的VSAT系统不断演进满足了Internet业务的要求，并成为全球Internet网的一个重要组成部分，另一方面采用更高的Ka频段技术、可真正实现个人通信的宽带卫星通信系统，特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中，卫星通信被越来越多的电信网运营者、ISP及ICP等选作提供Internet服务的重要手段。目前，VSAT是卫星通信中的主流技术，它的应用相当成功和普及，但传统VSAT提供的业务速率不太高，入向链路速率达到64kb／s，出向链路速率一般可达到512kb／s。随着各种新应用的出现，对高速率提出了要求。一些在VSAT市场角逐的大公司投入大量的资金和人力进行一场提高网络速度的竞争。因为VSAT网的速度越快，销售和购买它的公司就越有竞争力。目前建设的VSAT网能容纳高达2Mb／s的出站链路速率，许多VSAT公司计划在世纪之交使网络速率达到20Mb／s或更高。
VSAT在提高速率方面非常迅速，涌向市场的VSAT产品命名也常以turbo，cyber和surfer这样的词做前缀或后缀。如业界推出的最新的高速率VSAT产品有：Comsat实验室的Linkway2000系统、GE Spacenet的高速Turbosat VSAT、Gilat的SkySurfer VSAT、New Media的CyberStream VSAT产品。
光有速度还不够，VSAT系统还不断吸取各种最新信息技术如IP Multicast、数字广播技术、PUSH技术，支持TCP／IP、UDP／IP等协议，把卫星高速宽带广播的特点扩展到网络应用，为众多新应用提供有效的解决方案。事实上，VSAT已成为当今世界上高速发展的数据业务，特别是Internet的一部分。
VSAT系统在Internet接入方面的应用主要有以下几种方式：
1、为大型ISP提供远程Internet连接
据统计，目前大约80％的Internet信息内容存于美国本上的计算机。许多ISP、内容提供商、通信业务运营者和跨国企业希望高效地接入北美Internet骨干网，通过卫星系统直接建立和美国Internet的高速链路。这些链路可以是速率对称的也可以是非对称的，链路两个方向都具有相对稳定的数据流。由于Internet业务量的不对称性，通常针对客户的确切需求提供非对称卫星链路。目前提供这类产品和服务的公司很多，系统一般采用SCPC／DAMA体制。例如Loral Orion公司经过中国电信（香港）国际接入公司（CTIA）的支持，向在中国的跨国公司提供卫星跨国界专用网服务。
2、扩展Internet到边远地区并在ISP间提供链接
为通信能力不足的地区提供PPP（点到点）相互连接，在大ISP和它下属的小ISP之间提供高速连接，这种连接主要在一个国家内部。入向速率即发往主要ISP的信息量相对较低。例如中国科技网网络中心和它在全国的50多个入口点的连接，金桥信息网的VSAT服务网、中国教育网的高速卫星通道筹都可归属于这类应用。
3、直连到计算机（包括连接到LAN服务器）
几十年来，只有政府机构和财力雄厚的大公司才能享受到卫星通信技术的迅速、灵活和方便，而今卫星通信和计算机等一系列新的技术发展，使一种新的VSAT系统实现构架成为现实，这种新构架称作Direct to PC或称PCVSAT，卫星通过点到多点连接方式将ISP服务器直连到用户计算机，使各种公司无论大小，甚至个人用户均可利用空间数据通信的强大功能。
1）工作原理
在这种方式中，用户通过拨号方式访问数据库或网络，然后通过直径约数十公分的卫星接收天线和专用接收设备，用高达数百K比特乃至数兆比特的高速率接收、下载数据库或网上信息。这种方式充分发挥了现有电话线路的接入功能和卫星通信的广播功能。它具有易于安装，避免网络阻塞，价格便宜，下载通道容量大，以及具有与光纤近似的服务等级和IP广播服务等优点，从而成为近期发展的重点。
卫星直连到计算机业务典型的终端产品包括配有Modem的PC、卫星接收适配卡，小型卫星天线（口径60-90cm）、系统软件。在企业应用中，给服务器装上一个卫星接收适配卡，每个PC通过服务器发送文件。
其工作过程为：用户在浏览器软件上单击一个网址，网址请求信号（URL）由调制解调器送到用户的ISP，然后在该请求离开用户的PC机前，系统软件将在该URL上附加一个IP代码，指示ISP把用户的URL请求转交给卫星系统的网络操作中心（NOC），网络操作中心收到此请求后，把该代码删除，然后将请求信号传送到相应的网站，网站把要求的信息送回网络操作中心，网络操作中心
把信息传到卫星，再由卫星以高带宽的速率送到用户的卫星天线并由此进入其PC机或者网络服务器（对企业用户而言）。这样可以最高达400kb／s的速度来浏览网页及下载文件，比标准ISDN快3倍。
2）业务的提供和使用情况
国际上，单向卫星Internet接入在中小企业和家庭应用比较成功，美国的Direct PC公司、日本的Direct Internet、加拿大Telesat、澳大利亚Telstra、印度的NIC India等都在本国及周边国家采用DirecPC系统提供这种业务。德国也推出了类似的称作skyDSL的服务。
值得注意的是，去年全球最大的PC厂商Compaq成为DirecPC的合作伙伴。随后Compaq发布了一项向用户提供通过卫星访问Internet的新计划，于1999年4月中旬开始向定制PC用户提供通过DirecPC卫星系统上网的服务，使用者可以在商店的导览电脑中、或是Compaq的网站上为自行组装的个人电脑订购DirecPC卫星信息服务。
1999年年中，休斯网络公司和美国在线（AOL）一项战略协议又引起业界的注目，AOL向休斯网络公司投资15亿美元，用于开发Internet和卫星直播电和舶囱新产品和服务。通过此项合作，休斯网络公司将向其700万DirecTV用户提供AOL的交互式电视服务，AOL将向其1600万用户提供休斯公司的DirecTV和DirecPC服务。由休斯网络公司设计并制造用于DirecTV和AOL TV的机顶盒。
随着这些著名公司的大力推动，卫星连网服务逐渐开始成为一种上网的新选择。
我国目前计划采用休斯的DirecPC系统为用户提供高速Internet接入及数字包裹投递、多媒体信息广播的宽带卫星通信信息网的公司有三家，他们是：
①广州省邮电管理局，和休斯网络、东方卫星公司合作，提供直接到计算机的400kb／s卫星Internet内容下载服务以及高达3Mb／s数字包裹投递和多媒体广播。计划将于近日投入运营，向全国的商业及个人用户提供服务。
②北京天广信息通信服务有限公司，由北京天科网络集成公司承建卫星网络操作中心，目前已调试完毕。第一期工程主要针对企业用户，用户终端是休斯的PES端站加DirecPC终端，即通过PES卫星电路回拨，DirecPC高速下载。进一步发展面向个人用户。
③由中国电信数据通信局参与股份的中国双威通讯网络、China Cast Technology于去年8月份刚与休斯签订了300万美元的合同，双威网络购入DirecPC设备，利用他们的卫星技术，于明年初在中国推出一项名为Turbo 163的卫星上网计划，目标客户是中国已上网的1／4客户。该公司预计在收费方面不会比目前的163网高出一倍以上，但在速度上却可以提高20倍——即上网最大速率
由目前的38.8K提升到400K。双威网将是中国首家利用卫星结合地面网络提供民用上网服务的公司。
3）提供卫星Internet接入的代表产品
目前提供这种服务的产品和应用很多。休斯网络系统公司于1994年率先推出革命性VSAT产品——能与个人计算机互联的DirecPC接收系统，使PC机用户利用电视直播卫星的小口径接收天线，可以400kb／s的速度下载Internet上的大容量信息，为Internet拥挤不堪的地面线路开辟了一条高速的空间下载通道。随后，世界上许多大的卫星公司，如，GiLat、Science Atlantic、Comsat、GE Spacenet 等纷纷推出了用于 Internet 和增值业务的VSAT系统（如，Skysurfer、 PowerVu、CyberStream和Turbosat 系统 ），几乎所有的卫星公司都在这一市场角逐，我国的北京赛得康公司和深圳经天科技公司都分别开发出了类似的产品（SatcomLAN、PCVSAT），并已投入使用。
二、卫星Internet技术热点
1、提高卫星链路TCP／IP性能——卫星协议网关
在Internet上传输数据所采用的TCP／IP协议是一种非常灵活的协议，可应用在包括卫星系统在内的任何一种媒体上。然而卫星通信，特别是同步轨道卫星通信系统，存在时延长、误码率高和带宽不对称等问题，严重影响了TCP／IP的性能。
虽然通过卫星可直接接入Internet网，但其性能也只能使用户勉强接受。需要采取优化措施来改善卫星TCP／IP性能。优化措施包括：调整传输控制协议在卫星链路应用中的参数：减轻卫星链路上TCP的负荷：使用协议转换网关。
虽然使用压缩技术和高速缓存器可以减少需要传输的数据量。但所剩下的数据仍受上述因素的限制，调整TCP参数并不能从根本上消除卫星链路对TCP性能恶化的影响，提高卫星网上TCP／IP性能最有效的办法是设立协议网关。
协议网关的工作原理是用最适合于卫星环境的一种协议来取代卫星连接段上的TCP。网关可以是一个独立的设备，也可以将网关的功能装在卫星调制解调器、VSAT、路由器、超高速缓存器或其他连接硬件中。
协议网关从容户机上检测到TCP连接，并将数据转换成适合卫星传输的专用协议，然后在卫星链路的另一边再将数据还原为TCP，用于与服务器通信。协议网关将端到端的TCP连接分割成下列三个独立部分：客户机与网关间的远端TCP连接、两个网关之间的卫星协议连接以及服务器一侧的网关与服务器之间的TCP连接。
这种结构的主要优点是通过分割端到端的连接，可在卫星链路段上采用最适合于卫星条件的协议，而在地面段继续使用TCP。这样在对最终用户保持完全透明的同时提供更好的性能。客户机或服务器不需作任何改动，所有的应用毋需修改而继续有效。 TCP避免阻塞的机制在地面连接中依然有效，以保护Internet的稳定性。用户享受到了两种技术相结合而带来的所有好处，即：现有的基于传输控制协议的应用程序一点也没有改变，而同时在空间链路中使用适合于卫星的协议。
因此目前新推出的卫星通信产品几乎都内置或外接独立的卫星协议／TCP协议转换网关，以支持Internet业务。
2、卫星外交互通信技术
我们知道，通信系统分为单向通信和双向通信两种基本模式。其中双向通信一般具有自己的收发信道。如果一种通信系统的收发信道彼此分离，并且可以实现一个发信道对应于一个或多个收信道这两种特征，我们可以称之为外交互通信。
随着互联网技术的发展，在现有的网络通信中，不平衡传输现象非常严重。以3W浏览为例，一般上下行信道的数据量差异为1∶5至1∶10，视主页中的文字和图片占有量不同而定。在FTP文件下载中，这个比例可达1∶20至1∶1O0，但这种不平衡现象还只是初步的。如果应用网络多媒
体，那么这种比例将达到1∶1000至1∶100000，任何现有的网络，无论是平衡传输还是非平衡传输，都无法适应这种传输比例大范围内变化的传输条件，都会造成传输信道的浪费或成本的大幅度提高。怎样寻找一种更好的适应这种传输比例大范围内变化的非平衡传输方法，这是在网络多媒体时代必须认真思考的一个问题，也是今后通信系统的一个发展方向。
而外交互技术组网灵活，系统用户容量大，很容易适应于传输比例大范围内变化的非平衡传输。外交互技术的下行情道是可变化的，包括速率上的变化和信道数量上的变化。其中速率上的变化是有限的，非主要的，而信道数量上的变化（原则上讲）是无限的，主要的。这种下行信道的变化可较好地适应传输比例大范围内变化的应用情况，具有组网灵活的特点，在用户量大增的情况下，可适当增开上行情道，大量增加下行信道，达到大量容纳用户的目的。这些特点都是目前的网络传输技术或非平衡传输方法所无法解决的问题，或很难解决的问题。
采用外交互通信技术，利用任何地面回传线 路将各卫星高速广播系统改造为双向网络通信系统是目前一个很现实的应用，并且投资很低。因而也是目前卫星通信领域中的一个热点。
对于无线通信技术而言，外交互通信技术实现了一种低成本的非平衡传输方法。由于卫星双向通信站成本很高，不是一般单位能安装得起的。但采用外交互技术后，下行信道采用卫星高速单向广播，上行信道采用低速地面回传线路，即可实现双向高速通信，又实现了低成本的要求。成本可以降得很低。如一套卫星接收站价格（包括天线、高频头）可在5000-6000元人民币，天线尺寸可以降到45厘米，具备了数字入户的条件。地面无论何种数字通信技术，都很难覆盖广大城市边缘地区、农村地区及山区。而这种卫星通信系统，尤其对于像我国这种地域辽阔的发展中国家，是非常合适的，也是很实用的。
虽然目前采用外交互技术来实现卫星通信已有一些用户，但存在的问题也不少。归纳起来主要表现为：
1）系统兼容性问题。采用外交互技术后，系统与地面互联网不能实现100％兼容，有大量网络软件不能在外交互系统上运行，或原互联网的安全性丧失。
2）系统用户容量低。开设一个外交互的下行情道只能增容100～200个用户，发挥不出外交互系统用户容量大的特点。
3）速率较低。尤其在卫星通信系统中，下行信道速率不高，不能发挥高速下行信道的优势。
国内最早研究外交互技术的公司，例如北京赛得康通信技术有限公司，已经完成了第三代外交互技术的产品化工作。从系统开放性、兼容性等方面，都已经达到了很高的水平，并在很多系统中得到了应用。其开发的外交互卫星数据通信系统和外交互式有线电视数据通信系统，结合多媒体点播技术和多媒体课件制作系统，在互联网上开拓了一块应用前景，将会在互联网网上教育和娱乐及浏览等方面发挥巨大的作用。
三、宽带卫星通信技术的未来
目前的卫星通信通常属于C波段和Ku波段系统，现代宽带卫星系统，除INTELSAT及Cyberstar拟考虑Ku／Ka渐进过渡、Skybridge系统使用Ku频段外，大多利用Ka频段（20／30GHz），甚至EHF或Q／F（40／50／60GHz）的更高频段。这些系统主要用于多信道广播、Internet和Intranet的远程传送和作为地面多媒体通信系统的接入手段，它们可以发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为实现全球无缝个人通信、Internet空中高速通道必不可少的手段。
业内专家预言，不仅C波段和Ku波段VSAT继续繁荣兴旺，而且还将诞生新一代VSAT系统，就像双向通信能力推动VSAT渗透到全球电信市场一样，预计Teledesic、Spaceway和Skybridge等Ka波段系统也将推动VSAT进入更多的数据业务领域，而且最终进入家庭。