衛(wèi)星移動數據通信網

衛(wèi)星移動數據通信網（楊傳厚）
    摘要：支持寬帶多媒體通信服務及移動性的衛(wèi)星數據通信網是未來通信技術權有吸引
力的一個領域。它們有很大的復蓋面，因而對中國這樣幅員遼闊的國家有很重要的意義。
本文敘述了這種網絡的結構及參數模型，并討論了與它的發(fā)展有關的若干技術問題。
    關鍵詞：衛(wèi)星  移動性  寬帶  數據通信網
    一、導言
    最近幾年來移動數字電話及數據通信網、尤其是ATM寬帶數據通信網發(fā)展很快，人們同
樣也希望發(fā)展移動寬帶數據網，無線ATM網是一種解決的方案。中國幅員遼闊，并且由于某
些地區(qū)地形的特點（高山、沙漠等人口較為稀少的地區(qū)），建立有線地面網絡不經濟甚至
不可行，而建立衛(wèi)星移動數據網將有助于這種問題的解決。衛(wèi)星移動通信網在一些領域可
以獲得應用。例如：石油工業(yè)、海事及海洋工程、森林業(yè)以及軍事等領域。
    衛(wèi)星移動通信網的優(yōu)點在于：
    （1）有很大的復蓋面積，并且能很快及完全地復蓋。
    （2）可以采用全球統(tǒng)一的標準及建立全球的通信網。
    （3）它特別適合于廣大農村，以及其地形困難、建立地面有線網絡不合算或不可行的
那些地區(qū)。
    （4）可用于急救及安全管理當局及其部門。
    衛(wèi)星數據通信網的一個主要缺點是其傳輸時延相對比較大。
    本文主要內容是簡要介紹衛(wèi)星移動ATM網。
    這種網絡很可能設計在Ka波段（20／30 GHz）工作。但也可以設計在傳統(tǒng)的C或KU波段。
最近幾年一些西方研究單位及商業(yè)公司在這方面已進行了研究并為此發(fā)射了若干試驗衛(wèi)星。
由于移動的寬帶（ATM）網絡對中國有很重要的意義，它應當成為中國通信技術本來發(fā)展的
一個方面。
    衛(wèi)星移動ATM網絡有兩種網絡結構：即透明的衛(wèi)星ATM網及星上處理的衛(wèi)星ATM網。在第
一種結構中，衛(wèi)星起一種中繼的作用；而在第二種結構中，衛(wèi)星將作為一個ATM網絡節(jié)點而
工作。
    二、結構
    1·透明衛(wèi)星網絡
    根據T1A TR34.1的定義，根據網絡對移動性支持的類別，透明衛(wèi)星數據通信網又分為
3種：
    （1）SATATMI1.1固定ATM網絡結構；
    （2）SATATM1.2支持移動終端的ATM網絡結構；
    （3）SATATM1.3支持移動網絡的ATM網絡結構。
    在SATATM1.1中，衛(wèi)星用于固定的地面ATM網絡的互連。
    SATATM1.2支持移動的用戶終端以及由于衛(wèi)星軌道運動與衛(wèi)星有相對運動的終端（例如，
在中／低地球軌道的衛(wèi)星，用戶終端UT的移動性要求）。衛(wèi)星網絡支持位置管理（location 
Management）；而衛(wèi)星的運動要求衛(wèi)星支持切換（Hand off或Handover）。切換可能有下
面幾種：
    ·從一個衛(wèi)星到另一衛(wèi)星的切換。這時用戶終端UT或GWS從一個衛(wèi)星的復蓋區(qū)進入另一
衛(wèi)星的復蓋區(qū)。
    ·從一個衛(wèi)星波束到另一衛(wèi)星波束。這時UT或GWS從一個衛(wèi)星的波束進入衛(wèi)星的另～波
束復蓋范圍內。
    ·從一個GWS到另一GWS。這時衛(wèi)星離開一個GWS的視線到另一GWS的視線。
    前面兩種切換不要求在ATM層的再次路由（Rerouting）并可在衛(wèi)星上完成；但第三種
切換要求在ATM層的ATM連接的重路由：它是因為兩個GWS是通過兩個分開的ATM交換機與地
面網相連。
    在SATATM 1.3中，衛(wèi)星通信網提供了一個移動網絡與一個固定網絡或是兩個移動網絡
之間的高速互連。一種應用是連接移動的多用戶與平臺網絡之間的互連。例如：飛機、船
舶、火車等通過衛(wèi)星鏈路與地面ATM網絡的互連。在理想的情況下網絡的移動性要求支持
切換、也支持動態(tài)路由〔例如，加入地面網絡的路由層次）。當移動平臺從一個衛(wèi)星的復
蓋區(qū)進入另一衛(wèi)星的復蓋區(qū)時，正在進行的連接必須從以前的衛(wèi)星及GWS切換到一個新的
衛(wèi)星及GWS去。
    ATM論壇正在研究在 PNNI（專用網到網接口）協議的第二版中，將移動性的擴充包括
到再路由機制中去。根據這項研究工作，每一個網絡都可把自己加入到固定網的路由層次
中去。
    2．有星戴處理的衛(wèi)星ATM網絡
    在星載處理衛(wèi)星的ATM網中，星上有效負載交換機（payload Switch）實現 ATM交換，
所以控制功能是在衛(wèi)星上ATM交換機及地面上的網控中心（或網控站）之間分配。
    根據T1A、TR34.1，這種網絡又進一步分為三種結構：
    ·SATATM 2.1低速的衛(wèi)星鏈路，用來將遠處的ATM主機與地面網絡相連（UNI）。星上
交換機與地面交換機之間的接口是NN1。
    ·SATATM 2.2衛(wèi)星是一個通過高速鏈路與多個地面ATM網互連的ATM節(jié)點。接口是NNI類。
    ·SATATM 2.3通過衛(wèi)星線路將若干個衛(wèi)星形成一個ATM網絡。
  三、網絡實體及協議
    網絡通常由下面實體構成：
    （1）用戶終端（UT）。UT可支持若干不同接口：ATM  UNI，幀中繼 UNI，NISDN BRI
（基礎碼速），PRI，TCP／IP，UT與衛(wèi)星適配單元（SAU）相接。
    （2）衛(wèi)星適配單元（SAU）。通常設計成一個實體以提供連接到衛(wèi)星的功能。它完成
到衛(wèi)星平臺的協議轉換，包括物理層的功能，如信道編碼、調制解調、無線部件及天線部
分。傳輸碼速從16 kbit/s到T1或E1。
    （3）有效負載（交換機）（P／L）。星上的衛(wèi)星交換機完成復接及去復接、信道編碼
及解碼以及用多點波束配置以完成快速分組交換。
    （4）網關地球站（Gateway Earth Station－GWS），它們是用來接入到外部網絡的地
球站。在GEO（地球軌道同步衛(wèi)星）系統(tǒng)中，GWS的數量及位置只與消息流有關；但在非GEO
（LEO及MEO）系統(tǒng)中它們還與另外一些設計有關。
    （5）網控中心（NCC）
    它是控制整個衛(wèi)星網絡資源及運行的中心實體。此節(jié)點向GWS分配無線頻率。NCC負責
完成呼叫路由及呼叫管理，如位置更新、切換（如果可用）、認證、登記、刪去登記、記
費等等。在非GEO系統(tǒng)中這些運作在多于一個的GWS中以分布式完成。
    在衛(wèi)星ATM網絡中可有兩種參考模型：對于透明衛(wèi)星網絡采用ATM協議包裝（EncaPsul
ation）的辦法，它很簡單且容易實現；對于有星載處理的衛(wèi)星ATM網絡，為衛(wèi)星、SAU、N
CC及GWS專門設計了一個衛(wèi)星ATM層（S－ATM）。
    衛(wèi)星數據通信網中的MAC層（媒體訪問控制）協議與通常地面網絡中的局域網不同，這
是由于衛(wèi)星通信中傳輸時延要大得多。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（Fixed Assignment）、按需請求分配協議（De－mand Assignment）、
隨機訪問（Random Access）、時隙保留協議（Reservation）及自適應（AdaPtive）協議。
    由于衛(wèi)星通信網中傳輸時延較大，使得TCP／IP在衛(wèi)星ATM網中運行的性能不佳，必須
采取某些措施加以改善，例如緩沖器管理。
    四、小結
    支持移動性的ATM網絡是通信技術中一項重要新發(fā)展，它大大地擴展了數據通信網的通
信范圍并對中國有很重要的意義。
    有兩類衛(wèi)星可供應用：透明衛(wèi)星及有星載處理的衛(wèi)星。為了進行設計及實現這項技術，
有一些技術問題需要更深入地研究，它們是：
    ·位置管理；
    ·由于移動性產生的路由及再路由；
    ·切換及移動性支持；
    ·網絡結構及協議的選擇（例如是否用S－ATM，MAC層協議等）；
    ·TCP／IP在衛(wèi)星ATM網上運行的性能及其改善；
    ·流控及差錯控制；
    ·網絡管理及監(jiān)控。