將IP技術應用到衛(wèi)星通信中，能發(fā)揮二者的優(yōu)勢，應用前景非常廣闊，特別適應于軍事通信、民用船只和飛機等移動通信、遠程醫(yī)療、遠程教育和應急通信等場合。近年來IP和多媒體技術在衛(wèi)星通信中的應用已成為一個新的研究熱點。

1寬帶IP衛(wèi)星通信技術發(fā)展的原因

隨著全球因特網(wǎng)業(yè)務的蓬勃發(fā)展，特別是人們對集數(shù)據(jù)、話音和視頻等于一體的多媒體業(yè)務的需求迅速增長，導致基于IP協(xié)議的業(yè)務需求量急劇上升。盡管地面通信網(wǎng)絡正在迅速發(fā)展，但衛(wèi)星通信網(wǎng)具有地面通信網(wǎng)絡不可比擬的一些優(yōu)勢。例如：衛(wèi)星通信系統(tǒng)所特有的大區(qū)域內廣播的特點是其他通信系統(tǒng)所沒有的；在某些特殊領域，如船只和飛機等移動通信、偏遠地區(qū)和地面設施不發(fā)達地區(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。在這些場合利用衛(wèi)星建成寬帶多媒體業(yè)務接入系統(tǒng)被認為是切合實際的方案。寬帶IP衛(wèi)星通信技術的出現(xiàn)正是這種背景下的必然產物。

2寬帶IP衛(wèi)星通信技術發(fā)展現(xiàn)狀

寬帶IP衛(wèi)星技術就是將衛(wèi)星業(yè)務搭載在IP網(wǎng)絡層上運營的技術，是運行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[2]，在衛(wèi)星ATM的分層實現(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)議平臺上而不改變現(xiàn)有衛(wèi)星協(xié)議的結構。其優(yōu)點是保持現(xiàn)行的衛(wèi)星標準，衛(wèi)星平臺對不同用戶終端的協(xié)議標準是透明的，衛(wèi)星訪問協(xié)議不會為外界網(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結構。其優(yōu)點是適用于一個高度集成的星地ATM環(huán)境，缺點是需要修改現(xiàn)有的各種衛(wèi)星協(xié)議和網(wǎng)間接口協(xié)議。

1996年，美國NASA的ACTS衛(wèi)星進行了622Mbit/s的ATM試驗，驗證了TCP/IP協(xié)議在衛(wèi)星ATM平臺上的可行性。1999年歐洲也發(fā)射了基于ATM的傳輸技術的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)。但是這些早期的應用離未來寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的要求還有一些距離，有待進一步的發(fā)展。

近幾年國際上出現(xiàn)了各大公司向有關組織申報寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設牌照的熱潮。這些公司包括傳統(tǒng)的衛(wèi)星制造商、電信服務商以及新興的ISP(InternetServiceProvider)公司。在這些已經申報的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)中有相當一部分是以支持IP業(yè)務為主要特征的寬帶衛(wèi)星IP系統(tǒng)。

目前駐伊美軍已經裝備了美國Tachyon網(wǎng)絡股份有限公司生產的使用IP技術的高帶寬鏈路的便攜式衛(wèi)星通信設備[1]。這種新型技術將使空間網(wǎng)成為地面網(wǎng)的擴展，更加突出了衛(wèi)星通信在未來戰(zhàn)爭中的地位。

3寬帶IP衛(wèi)星網(wǎng)絡的關鍵技術

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

3.1物理層

相對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，滿足各類多媒體業(yè)務QoS的要求。寬帶多媒體業(yè)務質量要求的不同，使信道編碼需要采用速率可變的差錯控制編碼，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)務質量，還必須采用新的傳輸技術和調制技術，近幾年來CDMA多址方式和OFDM多載波調制方式的發(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，而信道特性又對無線資源管理有一定的影響。目前在地面移動多媒體通信中，開展了各種擁塞控制和資源分配的策略研究，這些研究成果對衛(wèi)星通信領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)務的呼叫擁塞概率降低到給定門限之下，使異步業(yè)務的丟包率盡可能小。

就接入方式來看，衛(wèi)星通信的業(yè)務信道是非對稱性的。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，所以無線資源管理的重點是用戶終端的上行信道，其中自適應帶寬分配算法是目前研究的重點。

3.3網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層技術包括與星座有關的路由問題和異構網(wǎng)絡互聯(lián)等問題。

3.3.1與星座有關的路由問題。衛(wèi)星之間的星際鏈路增加了衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲的復雜性。路由算法決定了穿越該衛(wèi)星網(wǎng)的最佳路徑，應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)星的高速對地運動造成了頻繁的切換。路由信息因為拓撲的高度變化和切換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)的拓撲結構有其自身的特點和規(guī)律，我們可以利用星座系統(tǒng)的拓撲結構的可預言性、周期變化規(guī)律、衛(wèi)星網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)目固定等特點，采用動態(tài)虛擬拓撲路由、虛擬節(jié)點以及基于拓撲變化的策略等，將衛(wèi)星的移動性屏蔽起來，使全網(wǎng)可以使用標準的面向連接的網(wǎng)絡協(xié)議。

3.3.2異構網(wǎng)絡互聯(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，如果在衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡中需要傳送大量的IP業(yè)務，那么就需要ATM可以提供低層的協(xié)議來支持IP分組，采用隧道技術可以使分組路由通過異種網(wǎng)絡傳送到接收方。IP和ATM異種網(wǎng)絡的互聯(lián)產生了一系列問題，特別是在IP組播路由和QoS管理方面。

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