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探析衛(wèi)星IP通信網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)
摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，對(duì)人們生活更大范圍的影響，各種通訊也逐漸的向IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。而衛(wèi)星通訊作為現(xiàn)代化通訊的重要組成部分，也正在不斷向建立衛(wèi)星IP通信網(wǎng)絡(luò)邁進(jìn)。本文主要以衛(wèi)星通訊為基礎(chǔ)，分析衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)性、誤比特性等對(duì)IP技術(shù)的影響，進(jìn)一步的闡述和表明在進(jìn)行衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，如何有效的對(duì)路由協(xié)議進(jìn)行選擇、備份信道切換路由以及提高IP信道質(zhì)量等問題。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)絡(luò)面臨的困難 通訊網(wǎng)絡(luò)的改善 IP通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
現(xiàn)如今，隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和Internet的快速發(fā)展，IP技術(shù)的普及，無論是地面移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)3G、4G還是NGA網(wǎng)絡(luò)都依賴于IP技術(shù)，而且大多數(shù)的通訊設(shè)備和移動(dòng)終端都支持TCP/IP協(xié)議，因此，如何將IP技術(shù)與衛(wèi)星通訊進(jìn)行有效的結(jié)合(稱作衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò))成為人們研究探討的熱點(diǎn)之一。
1 目前衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)絡(luò)面臨的困難
所謂衛(wèi)星通信就是以地球和衛(wèi)星兩部分為中心，在地球建立無線通信站將信號(hào)發(fā)射衛(wèi)星，利用衛(wèi)星作為中間轉(zhuǎn)折點(diǎn)，向地球發(fā)射電波。這種通訊方式與傳統(tǒng)的通訊方式(電話)相比增加了電波的覆蓋面，擴(kuò)大了通訊的覆蓋范圍，組網(wǎng)靈活以及建網(wǎng)的速度快。另外，衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)可以不受地理?xiàng)l件和氣候變化的限制，獲得高質(zhì)量的通信訊號(hào)。因此，利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)作為寬帶接入網(wǎng)技術(shù)具有很廣闊的發(fā)展前景。而衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò),則是以IP技術(shù)為基礎(chǔ)，利用衛(wèi)星通道進(jìn)行傳輸、交換IP數(shù)據(jù)包，以便達(dá)到組網(wǎng)目的的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
目前，在我國(guó)建立衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)絡(luò)還存在著很大的問題，主要分為以下幾個(gè)方面：
(1)衛(wèi)星鏈路的長(zhǎng)延時(shí);
(2)通信資費(fèi)太高;
(3)衛(wèi)星鏈路的誤碼率(BER)太高;
(4)前/反向信道不對(duì)稱使用。
除此之外，衛(wèi)星鏈路對(duì)TCP/IP協(xié)議的影響還有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼奥酚珊?jiǎn)單;往返時(shí)延;大的時(shí)延帶寬積;衛(wèi)星和IP的廣播特性等。
2 衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)絡(luò)的改善方法
隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展及其膨脹，擁塞控制技術(shù)的重要性也逐漸的顯現(xiàn)出來。由于衛(wèi)星信道某些特性的局限性，導(dǎo)致TCP層無法識(shí)別擁塞丟失和鏈路丟失，進(jìn)而引起網(wǎng)絡(luò)的吞吐率下降，限制了IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。因此，為了加強(qiáng)衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的性能引入了以下幾個(gè)技術(shù)。
(1) 先進(jìn)的編碼技術(shù)的引用。編碼技術(shù)的引入主要是用來降低衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的高誤碼率，提高TCP層對(duì)擁塞機(jī)制在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中充分利用網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，同時(shí)減少衛(wèi)星通信傳輸過程中長(zhǎng)延時(shí)。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的增強(qiáng)，科學(xué)的、先進(jìn)的編碼制度、調(diào)制、編碼技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中，其中包括時(shí)間壓縮復(fù)用技術(shù)(TCM)、級(jí)聯(lián)碼技術(shù)還有卷積編碼技術(shù)等。
(2)超時(shí)重傳和快速重傳。我們都知道，超時(shí)重傳和快速重傳是TCP應(yīng)用的傳輸方式，而超時(shí)重傳是在快速重傳的基礎(chǔ)上發(fā)生的。當(dāng)3個(gè)ACK副本被TCP源接收到，快速重傳機(jī)制將會(huì)啟動(dòng)，此時(shí)源端重傳丟失的數(shù)據(jù)包并且將擁塞窗口大小減半。這種情況下，TCP流往往能夠很快從丟包中恢復(fù)過來，重新回到原先的發(fā)送速率。如果說有三個(gè)ACK副本需要TCP源端進(jìn)行接收，而擁塞窗口的大小又小于4，那樣等待超時(shí)重發(fā)時(shí)間就會(huì)很長(zhǎng)，而小窗口的TCP流也因?yàn)椴槐匾瑫r(shí)重發(fā)，使的吞吐量降低。第一種方法是控制ACK副本的輸入量。第二種則是限制傳送機(jī)制，也就是說網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包不能大于擁塞窗口的大小。
(3)序號(hào)重用的改進(jìn)。TCP實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的重復(fù)性檢測(cè)和有序性傳輸?shù)倪M(jìn)行是通過接受數(shù)據(jù)的序號(hào)檢測(cè)(共有32個(gè)序號(hào))，如果進(jìn)行高速傳輸，短時(shí)間內(nèi)32個(gè)序號(hào)反復(fù)循環(huán)使用，會(huì)導(dǎo)致TCP傳輸?shù)姆�(wěn)定性和可靠性下降。因此，利用分組序號(hào)交疊保護(hù)受到人們的推崇。
另外，改善慢啟動(dòng)和擁塞機(jī)制;采用多線程應(yīng)用軟件提高傳送速率;增加發(fā)送窗口的尺寸等也是提高TCP/IP協(xié)議在衛(wèi)星通信中的性能。
3 其他衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)設(shè)計(jì)
(1)路由協(xié)議的選擇。地面IP網(wǎng)的路由復(fù)雜多樣，大多使用動(dòng)態(tài)路由。相對(duì)地面IP網(wǎng)路由衛(wèi)星IP通信網(wǎng)絡(luò)路由一般來說比較簡(jiǎn)單，而針對(duì)那些路由關(guān)系已經(jīng)確定的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和一些常用的星狀網(wǎng)絡(luò)不需要改變路由方式，采用靜態(tài)路由即可。
(2)提高衛(wèi)星信道的利用率。衛(wèi)星信道的轉(zhuǎn)換器租資費(fèi)用昂貴，因此提高衛(wèi)星信道的利用率是關(guān)鍵。其中IP數(shù)據(jù)的包頭、包尾的開銷和包發(fā)送間隔導(dǎo)致衛(wèi)星信道的利用率下降。一方面可以采取數(shù)據(jù)透明化處理。即在數(shù)據(jù)進(jìn)入衛(wèi)星信道前先將IP數(shù)據(jù)利用路由器轉(zhuǎn)換為透明數(shù)據(jù)，再借助同步接口將數(shù)據(jù)接入衛(wèi)星信道，同時(shí)去除其他附帶信息，只允許業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，大大增加了衛(wèi)星信道的利用。另一方面，我們也可以多采取IP開銷較低的業(yè)務(wù)設(shè)備;包頭、數(shù)據(jù)壓縮和協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù);UDP加上錯(cuò)誤包重傳方式。
(3)備份信道切換路由。衛(wèi)星系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了保證衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性可靠性，一些衛(wèi)星設(shè)置中心在設(shè)計(jì)衛(wèi)星調(diào)職解調(diào)器時(shí)通常是將兩個(gè)備份設(shè)備接入到路由器的不同端口，當(dāng)進(jìn)行主備切換后路由器的前后會(huì)發(fā)生變化，避免主備衛(wèi)通切換開關(guān)是接入路由器的不同端口，影響IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。
除此之外，進(jìn)行衛(wèi)星IP信道的質(zhì)量檢測(cè)(通過對(duì)吞吐率、信道效率、擁塞控制、丟包率等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全方位的衡量)。
4 總結(jié)
目前，我國(guó)衛(wèi)星IP通訊網(wǎng)絡(luò)還處于發(fā)展階段，為了提高IP技術(shù)在衛(wèi)星通信中的性能，我們必須加強(qiáng)提高衛(wèi)星信道的利用率，增加衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，通過改善擁塞窗口的大小和ACK副本的輸入量，減少超時(shí)重傳丟失的吞吐量，避免TCP應(yīng)用層將擁塞丟失和鏈路丟失誤認(rèn)為擁塞故障。另外，針對(duì)衛(wèi)星IP信道進(jìn)行全方位的質(zhì)量檢測(cè)�？傊�，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星IP通信網(wǎng)絡(luò)并不是一件容易的事情，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的急速膨脹，為了使衛(wèi)星通訊能夠適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，滿足人們對(duì)于信息化的需求，需要進(jìn)一步的加快衛(wèi)星IP通信網(wǎng)絡(luò)的建立以及發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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