基于衛(wèi)星的Internet關(guān)鍵技術(shù)

倪冰　程玲　楊龍祥


　　摘要：在基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，衛(wèi)星用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，為家庭和商業(yè)提供互聯(lián)網(wǎng)的接入服務(wù)。論文提出了基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并討論多址接入、路由、衛(wèi)星傳輸以及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)整合互聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵問題。


　　關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；互聯(lián)網(wǎng)；TCP；IP；路由；QoS


　　1　基于衛(wèi)星的Internet的簡(jiǎn)介


　　近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展。與此同時(shí)，隨著終端用戶數(shù)量的不斷擴(kuò)大，以及新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，對(duì)Internet提出了新的挑戰(zhàn)。因此需要一種新的Internet基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)提供高速率高質(zhì)量的服務(wù)，來(lái)滿足各種各樣QoS業(yè)務(wù)的需要。


　　衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有全球覆蓋性、固定的廣播能力、按需靈活分配帶寬以及支持移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，是一種向分布在全球的用戶提供Internet服務(wù)的最好的候選方案。另外，如果一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)經(jīng)過良好的設(shè)計(jì)，可以覆蓋整個(gè)地球表面，這對(duì)航空和航海用戶和處于邊遠(yuǎn)地區(qū)缺少地面通信基礎(chǔ)設(shè)施的用戶是極為合適的，甚至是唯一的選擇。即使是在有線網(wǎng)絡(luò)密集的地區(qū)，衛(wèi)星通信也可以作為日益擁擠的地面鏈路的一種備用選擇。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)廣播系統(tǒng)，對(duì)于飛速發(fā)展的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和多點(diǎn)廣播特別是寬帶多媒體應(yīng)用具有特別的吸引力。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以用作寬帶接入網(wǎng)接入各種各樣的網(wǎng)絡(luò)，或者提供固定和移動(dòng)終端用戶之間簡(jiǎn)單的通信服務(wù)。然而，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有的地面Internet基礎(chǔ)的互操作性正面臨著新的挑戰(zhàn)。本文試圖對(duì)正在實(shí)施的衛(wèi)星通信系統(tǒng)整合internet的研究和一簡(jiǎn)單綜述。


　　2　衛(wèi)星通信基礎(chǔ)


　　衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括空間部分和地面部分。地面部分包括關(guān)口站GS、網(wǎng)絡(luò)控制中心NCC、操作控制中心OCC。其中NCC和OCC負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源的管理、衛(wèi)星的操作、軌道的控制。CS作為各種外部網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口�？臻g部分即衛(wèi)星，包括靜止軌道衛(wèi)星GSO和非靜止軌道衛(wèi)星NGSO，其中NGSO根據(jù)對(duì)地球的高度可以分為中軌道衛(wèi)星MEO和低軌道衛(wèi)星LEO。


　�。�1）GSO：系統(tǒng)的衛(wèi)星位于地球赤道上主35786km附近的地球同步赤道上，衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)與地球自轉(zhuǎn)的方向和周期都相同，因此衛(wèi)星相對(duì)地球靜止，只要有三個(gè)GSO衛(wèi)星就可以覆蓋除南北兩極地球上所有的地區(qū)。然而GSO具有以下固有的缺陷：


　　1）在自由空間中，信號(hào)的強(qiáng)度與傳輸距離的平方成反比。GSO距地球較遠(yuǎn)，需要較大口徑的天線和較大的發(fā)射功率；


　　2）信號(hào)經(jīng)遠(yuǎn)距離的傳輸會(huì)帶來(lái)很大的時(shí)延，典型的往返時(shí)延是250-280ms，這不利于實(shí)時(shí)通信。


　　（2）MEO和LEO：MEO距離地球表面3000km到GSO軌道，典型的往返時(shí)間是110-130ms。LEO位于地球表面200-3000km，典型的往返時(shí)間為20-25ms，和地面連接差不多。由于LEO和MEO衛(wèi)星距離地球表面比較近，所需的天線尺寸較小，傳輸功率較低，但是覆蓋范圍較小。另外，由于衛(wèi)星相對(duì)地球表面高速運(yùn)動(dòng)，用戶必須進(jìn)行衛(wèi)星到衛(wèi)星的切換。


　�。�3）衛(wèi)星的負(fù)載：由于衛(wèi)星的成本較高，而且空間環(huán)境非常惡劣，所以衛(wèi)星的負(fù)載具有簡(jiǎn)單性和健壯性。傳統(tǒng)GSO采用彎管方式，作為地面兩個(gè)通信點(diǎn)之間的中繼器，沒有星上處理OBP。而有些衛(wèi)星系統(tǒng)允許OBP，包括解調(diào)/再調(diào)制，解碼/再編碼，轉(zhuǎn)發(fā)器/波束交換，以及路由功能。OBPs支持高容量星間連接ISL，即兩個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行視距連接。


　�。�4）頻段：衛(wèi)星通信系統(tǒng)經(jīng)常使用的是C波段（4-8GHz）、Ku波段（10-18GHz）、Ka波段（18-31GHZ）。頻段越高，波長(zhǎng)越短，接收天線的尺寸越小，但是越容易受到多徑衰落和雨衰的影響。


　　3　基于衛(wèi)星的Internet架構(gòu)


　　基于衛(wèi)星的Internet由于不同的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（軌道類型，星上處理或者彎管，ISL的設(shè)計(jì)方式）采取了多種架構(gòu)選擇。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)可以作為Internet樞紐的一部分或者是高速接入網(wǎng)。基于彎管衛(wèi)星的Internet的典型方案如圖1所示。






　　其中的衛(wèi)星可以采用GSO、MEO或者LEO，可以提供Internet接入和數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)通過GS與地面的Internet網(wǎng)絡(luò)相連。但是，彎管架構(gòu)缺少直接的空間傳輸，造成較低低頻利用率和長(zhǎng)時(shí)延。OBP和ISL可以用來(lái)構(gòu)建空間網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。以上兩種方式，用戶終端是交互的，可以直接對(duì)衛(wèi)星發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。






　　由于Internet流量的不對(duì)稱性（服務(wù)器傳輸?shù)接脩舻臄?shù)據(jù)流量比用戶到服務(wù)器的數(shù)據(jù)流量大得多），現(xiàn)在有一種傾向，即通過直接廣播衛(wèi)星DBS提供Internet接入，每個(gè)家庭都安裝一個(gè)只能接收的衛(wèi)星天線，用來(lái)接收衛(wèi)星廣播信道上的高速數(shù)據(jù)，反向信道則由地面連接來(lái)提供。如圖3所示。





　　4　技術(shù)挑戰(zhàn)


　　在本節(jié)中，我們簡(jiǎn)要地總結(jié)一下基于衛(wèi)星的Internet在設(shè)計(jì)和應(yīng)用的過程中所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，其中包括多址接入控制MAC，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的IP傳輸，以及TCP協(xié)議的修改和衛(wèi)星專用的傳輸協(xié)議，這些都是適應(yīng)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)特殊的環(huán)境。


　　4.1多址接入控制


　　在交互式衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，同一衛(wèi)星覆蓋區(qū)大量的用戶終端都在競(jìng)爭(zhēng)上行鏈路，MAC作為一種競(jìng)爭(zhēng)用戶接入共享信道的規(guī)則，在高效公平地利用有限的信道資源上起到重要的作用。MAC協(xié)議的性能對(duì)高層協(xié)議以及系統(tǒng)的QoS都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。MAC協(xié)議的性能依賴于共享通信媒質(zhì)和流量的兩方面因素。衛(wèi)星信道的長(zhǎng)時(shí)延（特別是CSO鏈路），以及衛(wèi)星上有限的功率資源，都限制了衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)和計(jì)算的能力。根據(jù)帶寬在競(jìng)爭(zhēng)者之間的分配方式，候選衛(wèi)星通信系統(tǒng)的MAC方案可以分為固定分配、隨機(jī)接入和按需分配3種。


　�。�1）固定分配


　　固定分配可以建立在頻率、時(shí)間或者碼址的基礎(chǔ)之上，采用的主要技術(shù)有頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。在頻分多址和時(shí)分多址系統(tǒng)中，每個(gè)基站都利用自己專用的信道，沒有競(jìng)爭(zhēng)，可以提供QoS服務(wù)，但沒有充分利用信道資源。由于缺少靈活性和可伸縮性，因此這種分配方式只適用于流量平穩(wěn)的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。


　�。�2）隨機(jī)接入


　　隨著科技的進(jìn)步，小型低速率終端（例如VAST）得到了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了個(gè)人和家庭的衛(wèi)星接入服務(wù)。一個(gè)衛(wèi)星覆蓋區(qū)下的基站數(shù)量從幾個(gè)發(fā)展到成百上千個(gè)，而且每個(gè)用戶的流量迅速增長(zhǎng)，基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入方式逐漸取代固定分配方式。在隨機(jī)接入方案中，每個(gè)基站發(fā)送數(shù)據(jù)都不考慮其他基站的傳輸狀態(tài)，然而碰撞后的重傳增加了平均傳輸時(shí)延，頻繁的重傳會(huì)導(dǎo)致很低的吞吐量。


　�。�3）按需分配


　　盡管隨機(jī)接入方式可適用于突發(fā)大流量的終端，但是卻不能保證QoS。按需分配多址接入?yún)f(xié)議根據(jù)用戶需要?jiǎng)討B(tài)地分配系統(tǒng)的帶寬，從而解決了上述問題。該協(xié)議在進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸之前必須發(fā)送一個(gè)資源請(qǐng)求，而發(fā)出請(qǐng)求本身就是一個(gè)多址接入問題，但是請(qǐng)求消息比實(shí)際的傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度要小得多，可以確保預(yù)定消息碰撞以后重傳。當(dāng)預(yù)留成功以后，F(xiàn)DMA和TDMA系統(tǒng)對(duì)帶寬進(jìn)行整體分配，這樣數(shù)據(jù)的傳輸就不再會(huì)有磁撞。


　　預(yù)留可以采取中心控制和分散控制兩種方式。資源預(yù)留可以采取顯式或隱式。


　　顯式預(yù)留通常是由所有的基站共享一個(gè)指定的預(yù)留信道。每個(gè)基站通過預(yù)留信道發(fā)送一個(gè)短的請(qǐng)求，該信道具有一個(gè)固定的標(biāo)識(shí)時(shí)隙號(hào)，基站采取固定分配模式接入預(yù)留信道（例如TDMA方式）或者隨機(jī)接入方式（例如ALOHA方式）。預(yù)留成功以后，數(shù)據(jù)就通過數(shù)據(jù)信道進(jìn)行傳輸。
　　在隱式預(yù)留中沒有明顯的預(yù)留消息，每個(gè)時(shí)隙中成功的數(shù)據(jù)傳輸表示下一幀相應(yīng)的預(yù)留時(shí)隙。因此，屬于一個(gè)長(zhǎng)傳輸序列的數(shù)據(jù)包經(jīng)常占據(jù)相同的時(shí)隙號(hào)。幀中的空時(shí)隙號(hào)表示傳輸結(jié)束，在下一幀的開始，其他的用戶就可以競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)時(shí)隙。這種策略對(duì)于流量相對(duì)穩(wěn)定的業(yè)務(wù)（例如語(yǔ)音和圖像）很吸引力，預(yù)約ALOHA就是其中的一種實(shí)現(xiàn)方式。


　　4.2衛(wèi)星系統(tǒng)的路由問題


　　（1）低軌星座中的路由問題


　　具有OBP和ISL功能的低軌衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)是短時(shí)延和無(wú)縫連接，這對(duì)太空中的Internet具有很強(qiáng)的吸引力。在這種網(wǎng)絡(luò)中，主要的技術(shù)問題是由衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)引起的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)路由。


　�。�2）動(dòng)態(tài)拓?fù)?br>

　　盡管星座拓?fù)浣?jīng)常變化，但衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道是非常嚴(yán)格的，因此具有周期性和可預(yù)測(cè)性。Internet上一些常用的動(dòng)態(tài)路由機(jī)制，如距離矢量和鏈路狀態(tài)算法，在星座路由中不能直接使用，這是因?yàn)樾亲�的拓�(fù)浣?jīng)常發(fā)生變化，這會(huì)導(dǎo)致龐大的開銷。下面介紹兩種適用于動(dòng)態(tài)星座的新概念：離散時(shí)間動(dòng)態(tài)虛擬拓?fù)渎酚珊吞摂M節(jié)點(diǎn)。


　　1）離散時(shí)間動(dòng)態(tài)虛擬拓?fù)渎酚桑―T-DVTR）：該路由充分利用星座的周期性完全脫機(jī)工作。它將系統(tǒng)時(shí)間分為一組時(shí)間間隔，因此拓?fù)渲辉诿總�(gè)時(shí)間間隔的開始時(shí)變化而在其他時(shí)間保持恒定。在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，路由問題可以看作是靜態(tài)拓?fù)渎酚蓡栴}。多個(gè)連續(xù)的路由表存貯在衛(wèi)星上，在拓?fù)渥兓瘯r(shí)恢復(fù)出來(lái)。通過這種機(jī)制，脫機(jī)計(jì)算的復(fù)雜性就轉(zhuǎn)化成衛(wèi)星上大量的存貯空間。


　　2）虛擬節(jié)點(diǎn)（VN）：這種策略的目的是從路由協(xié)議中隱藏拓?fù)涞淖兓�。虛擬拓?fù)溆蒝N組成，而VN是重疊在星座的物理拓?fù)渲�上的。即使衛(wèi)星經(jīng)過天空，虛擬拓?fù)淙匀槐３植蛔�。每個(gè)VN保持狀態(tài)信息，包括路由表和覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶信息。在特定的時(shí)間內(nèi)，VN由某一特定的衛(wèi)星代表，當(dāng)這顆衛(wèi)星消失在地平線時(shí)，VN由經(jīng)過上方的另一個(gè)衛(wèi)星代表，狀態(tài)信息由第一顆衛(wèi)星傳送到第二顆衛(wèi)星。路由決策是建立在虛擬拓?fù)涞幕�礎(chǔ)上，協(xié)議不注意隱藏在狀態(tài)傳遞中的動(dòng)態(tài)星座分布。


　�。�3）衛(wèi)星上的IP路由


　　為了通過衛(wèi)星星座來(lái)投遞IP數(shù)據(jù)包，可以在衛(wèi)星上直接采用IP路由。這種策略是建立在VN基礎(chǔ)上的，它可以實(shí)現(xiàn)空間網(wǎng)絡(luò)和陸地Internet網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，而且允許直接IP多播和IP的QoS。然而怎樣處理不同長(zhǎng)度的IP數(shù)據(jù)包以及星上路由表的規(guī)模問題，空間設(shè)備的計(jì)算和處理能力的限制，都是具有挑戰(zhàn)性的問題。這種策略仍然處于初期階段，而且在VN概念的應(yīng)用上仍然有許多沒有解決的問題。


　�。�4）衛(wèi)星上的ATM交換


　　許多系統(tǒng)中使用ATM作為星座的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其中包含了衛(wèi)星專用的信令協(xié)議和鏈路層協(xié)議。在DT-DVTR的ATM中，同一對(duì)入口和出口衛(wèi)星之間的所有虛擬信道的連接合并為一個(gè)虛擬通道（VPC），根據(jù)VPC標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行星上交換。如果采用這種系統(tǒng)來(lái)提供Internet服務(wù)，將使用IP over ATM或者其他相似技術(shù)。


　　（5）外部路由問題


　　內(nèi)部的協(xié)議應(yīng)該簡(jiǎn)單，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)應(yīng)該在陸地網(wǎng)絡(luò)中隱藏掉，反之亦然。目前的Internet通過使用自治系統(tǒng)AS的概念來(lái)實(shí)現(xiàn)這種隔離。


　　衛(wèi)星系統(tǒng)在Internet中可以看作是一個(gè)自治系統(tǒng)（AS），如圖4所示。許多邊界關(guān)口運(yùn)行外部路由協(xié)議，與陸地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。只有那些星座外圍的邊界關(guān)口必須注意外面的地址和拓?fù)湫畔�。所有�?jīng)過衛(wèi)星星座的數(shù)據(jù)包從一個(gè)入口BG進(jìn)入衛(wèi)星AS，其中BG負(fù)責(zé)決定每個(gè)數(shù)據(jù)包的出口BG，如果有必要，入口/出口BG進(jìn)行打包拆包和地址解析。BG可以在衛(wèi)星上或者在地面的關(guān)口站上實(shí)現(xiàn)。如果使用基于空間的BG，所需的計(jì)算和存儲(chǔ)容量對(duì)于衛(wèi)星來(lái)說是太龐大了。另一方面，如果采用地面上的關(guān)口站，數(shù)據(jù)包必須往返路程時(shí)延。在地面網(wǎng)絡(luò)中，在任何自治區(qū)的內(nèi)部鏈路要比自治區(qū)之間的鏈路有著更低的成本，然而衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋全球，在衛(wèi)星星座內(nèi)的路由可能比經(jīng)過幾個(gè)自治區(qū)傳輸?shù)某杀具�要高。因此，從衛(wèi)星星座到有些自治區(qū)域的目的需要使用多對(duì)BG（關(guān)口站）。


　�。�6）單向路由


　　如前所述，通過DBS的Internet接入產(chǎn)生了單向路由問題，不能通過傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)路由策略來(lái)解決，這是因?yàn)槠淝疤岜仨毷请p向鏈路，而在衛(wèi)星廣播模式下不再適用了，這是因?yàn)樾l(wèi)星的直接反向鏈路是不存在的�；�于反向最短路徑樹的多點(diǎn)廣播路由協(xié)議（如DVMRP）也遇到同樣的問題。目前有3種方法解決這個(gè)問題。其中的一種方法就是不使用動(dòng)態(tài)路由而使用靜態(tài)路由，但是一個(gè)DBS為上千用戶提供服務(wù)，不可能手動(dòng)配置所有的路由表。另外2種路由方法是路由改進(jìn)協(xié)議和隧道法。


　　1）路由改進(jìn)協(xié)議：?jiǎn)蜗蚵酚芍�，在單向鏈路一端具有只能發(fā)送接口的路由口指定為饋入端（Feeder），而在單向鏈路另一端具有只能發(fā)送接口的路由器稱為接收端（Receiver）。改進(jìn)的主要思想分為2部分。首先，改進(jìn)的協(xié)議應(yīng)該能夠使接收端在從接收到的路由更新信息中識(shí)別潛在的饋入端，并且忽略無(wú)用的路由信息，與此同時(shí)保持有用的報(bào)表并維護(hù)相鄰路由器的連接。其次，饋入端取得路由信息后，能夠通過單向鏈路經(jīng)過接收端，更新可以到達(dá)的目的地的路由信息。


　　2）隧道：隧道提供了一個(gè)鏈路層，用于在路由處理中隱藏網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱性。在一個(gè)DBS和用戶之間采取打包和拆包的方式建立一條虛擬的鏈路。這種虛擬鏈路就是隧道。從用戶到DBS的數(shù)據(jù)包通過隧道進(jìn)行分發(fā)。首先在用戶端的隧道終點(diǎn)進(jìn)行打包，根據(jù)路由協(xié)議，將數(shù)據(jù)經(jīng)由隧道通過實(shí)際的陸地反向信道進(jìn)行分發(fā)。隧道終端捕獲到傳輸至衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)包后，先進(jìn)行拆包，然后通過路由協(xié)議前向傳輸，可見，數(shù)據(jù)報(bào)是通過雙向鏈路傳輸過來(lái)的。


　　以上的2種方法比較簡(jiǎn)單，而且由于隧道對(duì)上層協(xié)議是透明的，可以在DBS Internet接入網(wǎng)架構(gòu)中很快得以應(yīng)用。然而衛(wèi)星是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播系統(tǒng)，這2種方案設(shè)計(jì)都是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單向鏈路。因此需要更深入的研究來(lái)對(duì)這種架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出新的方案。這2種方法都是著眼于同一自治區(qū)內(nèi)的路由問題，沒有解決自治區(qū)之間的路由問題，因此需要新的域間路由方案來(lái)解決單向鏈路問題。


　　4.3衛(wèi)星傳輸


　　TCP/IP和UDP/IP協(xié)議組構(gòu)成了Internet的基礎(chǔ)，而且在不久的將來(lái)不可能被完全拋棄。因此，基于衛(wèi)星的Internet應(yīng)該能夠繼續(xù)提供基于TCP和UDP的應(yīng)用。然而，這2種協(xié)議的性能受到衛(wèi)星鏈路的長(zhǎng)時(shí)延和易出誤碼的影響，尤其對(duì)TCP的影響更大。這里我們首先提出基于衛(wèi)星鏈路的TCP協(xié)議的主要的局限，然后對(duì)衛(wèi)星傳輸問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究總結(jié)。


　　（1）基于衛(wèi)星的TCP協(xié)議的性能


　　TCP通過一種確認(rèn)的反饋機(jī)制來(lái)進(jìn)行流量控制和可靠地傳輸數(shù)據(jù)。衛(wèi)星鏈路的長(zhǎng)時(shí)延增大了TCP端到端的時(shí)延，導(dǎo)致確認(rèn)信息的延緩。這種緩慢的反饋會(huì)減弱流量控制，降低了避免擁塞的性能，并會(huì)影響吞吐量。另外，潛在的問題是由于LEO星座網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)鋵?dǎo)致了RTT（往返時(shí)間）的漂移。RTT的劇烈變化將導(dǎo)致錯(cuò)誤的超時(shí)和重傳。因此衛(wèi)星鏈路沒有得到充分的利用，需要一個(gè)和帶寬一時(shí)延同步增長(zhǎng)的窗口來(lái)提高吞吐量。


　　鏈路容易受到不同因素的影響（如干擾、衰落、陰影效應(yīng)和雨衰），因此會(huì)有很高的誤碼率（BER）。但TCP協(xié)議不會(huì)區(qū)分由于傳輸錯(cuò)誤造成的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤還是由于擁塞造成的數(shù)據(jù)包丟失，對(duì)這兩種都無(wú)法確認(rèn)，而被解釋成網(wǎng)絡(luò)擁塞的標(biāo)志。當(dāng)接收到一個(gè)損壞的數(shù)據(jù)包，即使沒有擁塞發(fā)生，窗口的大小隨即變?yōu)樵瓉?lái)的一半。而且，網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱性也降低了TCP的性能。反向鏈路的容量的限制會(huì)導(dǎo)致缺少確認(rèn)的問題，積存的反饋信息將降低窗口的更新速度。而且，由于反向鏈路阻塞造成的確認(rèn)信息的丟失，可能會(huì)引起不必要的重傳。


　　在TCP中的另外一個(gè)問題就是不同RTT的TCP連接的公平性。當(dāng)那些TCP連接共享一個(gè)有瓶頸的鏈路時(shí)，有較長(zhǎng)RTT的TCP連接會(huì)得到不公平的帶寬分配。


　�。�2）性能的改進(jìn)


　　IETF TCP工作組最近在RFC中提出了許多建議來(lái)提高基于衛(wèi)星的TCP的性能。最后的2個(gè)方案采用的是非TCP技術(shù)。


　　TCP選擇確認(rèn)（TCP selective acknowledgement(SACK)）允許接收端指定正確接收的數(shù)據(jù)塊，因此發(fā)送端只需重傳丟失的數(shù)據(jù)塊。TCP SACK能夠恢復(fù)一個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)一個(gè)傳輸窗口的多個(gè)數(shù)據(jù)的丟失。


　　事務(wù)TCP能夠?qū)⑦B接握手的時(shí)間由2個(gè)RTT減少到1個(gè)RTT，對(duì)于短暫的傳輸會(huì)有很大的提高。


　　永久TCP連接（HTTP1.1支持），允許多個(gè)小數(shù)據(jù)包通過一個(gè)永久的TCP進(jìn)行傳輸，這種方法對(duì)于小流量的業(yè)務(wù)非常有效。


　　路徑最大傳輸單元（MTU）發(fā)現(xiàn)機(jī)制允許TCP使用盡可能大的數(shù)據(jù)包來(lái)避免IP包分塊。這樣可減少報(bào)頭負(fù)荷，消除分塊和合并的過程，提高處理速度。


　　FEC用于鏈路層協(xié)議來(lái)提高衛(wèi)星鏈路的質(zhì)量，但是它不能解決所有的與人為噪聲（如軍事上的干擾）和自然噪聲（如雨衰）有關(guān)的問題。除了FEC，采用一些其他的鏈路層的方法（如交織編碼，鏈路層自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求方案）也能降低衛(wèi)星鏈路上傳輸數(shù)據(jù)包的差錯(cuò)率。


　　TCP協(xié)議的擴(kuò)展能夠解決基于衛(wèi)星鏈路的標(biāo)準(zhǔn)TCP的一些局限性，但是其他的問題（如端到端的長(zhǎng)時(shí)延和不對(duì)稱性）沒有得到很好的解決。有一種減少端到端時(shí)延的方法，是將一個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口站的TCP連接分解成2個(gè)或3個(gè)連接。有以下3中方法可將衛(wèi)星鏈路的TCP連接進(jìn)行分解。


　　1）TCP欺騙：分解后的各個(gè)連接被GS隔離，這會(huì)在接收數(shù)據(jù)包時(shí)提前發(fā)出欺騙應(yīng)答。在分解點(diǎn)上的GS負(fù)責(zé)重傳所有的數(shù)據(jù)。


　　2）TCP分解：與欺騙方式不同，TCP連接完全進(jìn)行分解。必須在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中采用一種合適的協(xié)議而不影響陸地網(wǎng)絡(luò)采用的標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議。因此必須在分解點(diǎn)上采用一種靈活的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。


　　3）網(wǎng)頁(yè)緩存：與以上2種方案不同，TCP連接在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)頁(yè)緩存進(jìn)行分解。如果在緩存中有所需要的內(nèi)容，那么衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中連接到網(wǎng)頁(yè)緩存中有所需要的內(nèi)容，那么衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中連接到網(wǎng)頁(yè)緩存的用戶可不必和外部的服務(wù)器建立TCP連接。網(wǎng)頁(yè)緩存極大地降低了連接的時(shí)延和帶寬的消耗。


　　5結(jié)論


　　在本文中，我們介紹了基于衛(wèi)星的Internet，并討論了一些可能的基于轉(zhuǎn)發(fā)器和OBP衛(wèi)星的Internet的架構(gòu)。此外，我們研究了其中的關(guān)鍵技術(shù)，包括LEO星座、單向路由和衛(wèi)星傳輸?shù)葐栴}。除此之外，我們還闡述了以下一些重要的研究課題。


　　（1）IP對(duì)QoS的支持：衛(wèi)星系統(tǒng)的QoS支持的研究大多數(shù)是基于ATM的QoS，將ATM服務(wù)集映射到IPQoS。另外，基于ATM的TCP/IP會(huì)帶來(lái)更多頭部負(fù)荷，因此帶來(lái)額外的處理時(shí)間和協(xié)議的復(fù)雜性，需要對(duì)業(yè)務(wù)整合和分離的Internet模型的直接支持。多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS，也可用于支持基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的Internet的QoS（整合或分離的業(yè)務(wù)）間和陸地通信系統(tǒng)的整合，不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，以及復(fù)合衛(wèi)星系統(tǒng)，都會(huì)帶來(lái)更多的路由選擇問題。因此在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的QoS路由將是一個(gè)很重要的研究課題。


　�。�2）流量和擁塞控制：為確保衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)取得理想的性能并滿足IP QoS的要求，需要一系列機(jī)制來(lái)控制流量和避免阻塞，同時(shí)需要流量管理、流量成型、監(jiān)視和調(diào)度。防止擁塞控制的策略（如接入控制）和有效的擁塞指示策略對(duì)于保證特定的QoS是很重要的。



摘自《電力系統(tǒng)通信》