衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

一、VSAT的發(fā)展

由于Internet的驅(qū)動，像其他通信技術(shù)一樣，衛(wèi)星通信正轉(zhuǎn)向滿足數(shù)據(jù)通信的全面需求。具體他講，一方面已經(jīng)成熟的基于C波段和Ku波段技術(shù)的VSAT系統(tǒng)不斷演進滿足了Internet業(yè)務(wù)的要求，并成為全球Internet網(wǎng)的一個重要組成部分，另一方面采用更高的Ka頻段技術(shù)、可真正實現(xiàn)個人通信的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，特別是低軌道衛(wèi)星群系統(tǒng)正在開發(fā)、試驗和建設(shè)之中，衛(wèi)星通信被越來越多的電信網(wǎng)運營者、ISP及ICP等選作提供Internet服務(wù)的重要手段。目前，VSAT是衛(wèi)星通信中的主流技術(shù)，它的應(yīng)用相當成功和普及，但傳統(tǒng)VSAT提供的業(yè)務(wù)速率不太高，入向鏈路速率達到64kb／s，出向鏈路速率一般可達到512kb／s。隨著各種新應(yīng)用的出現(xiàn)，對高速率提出了要求。一些在VSAT市場角逐的大公司投入大量的資金和人力進行一場提高網(wǎng)絡(luò)速度的競爭。因為VSAT網(wǎng)的速度越快，銷售和購買它的公司就越有競爭力。目前建設(shè)的VSAT網(wǎng)能容納高達2Mb／s的出站鏈路速率，許多VSAT公司計劃在世紀之交使網(wǎng)絡(luò)速率達到20Mb／s或更高。

VSAT在提高速率方面非常迅速，涌向市場的VSAT產(chǎn)品命名也常以turbo，cyber和surfer這樣的詞做前綴或后綴。如業(yè)界推出的最新的高速率VSAT產(chǎn)品有：Comsat實驗室的Linkway2000系統(tǒng)、GE Spacenet的高速Turbosat VSAT、Gilat的SkySurfer VSAT、New Media的CyberStream VSAT產(chǎn)品。

光有速度還不夠，VSAT系統(tǒng)還不斷吸取各種最新信息技術(shù)如IP Multicast、數(shù)字廣播技術(shù)、PUSH技術(shù)，支持TCP／IP、UDP／IP等協(xié)議，把衛(wèi)星高速寬帶廣播的特點擴展到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，為眾多新應(yīng)用提供有效的解決方案。事實上，VSAT已成為當今世界上高速發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是Internet的一部分。

VSAT系統(tǒng)在Internet接入方面的應(yīng)用主要有以下幾種方式：

1、為大型ISP提供遠程Internet連接

據(jù)統(tǒng)計，目前大約80％的Internet信息內(nèi)容存于美國本上的計算機。許多ISP、內(nèi)容提供商、通信業(yè)務(wù)運營者和跨國企業(yè)希望高效地接入北美Internet骨干網(wǎng)，通過衛(wèi)星系統(tǒng)直接建立和美國Internet的高速鏈路。這些鏈路可以是速率對稱的也可以是非對稱的，鏈路兩個方向都具有相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。由于Internet業(yè)務(wù)量的不對稱性，通常針對客戶的確切需求提供非對稱衛(wèi)星鏈路。目前提供這類產(chǎn)品和服務(wù)的公司很多，系統(tǒng)一般采用SCPC／DAMA體制。例如Loral Orion公司經(jīng)過中國電信（香港）國際接入公司（CTIA）的支持，向在中國的跨國公司提供衛(wèi)星跨國界專用網(wǎng)服務(wù)。

2、擴展Internet到邊遠地區(qū)并在ISP間提供鏈接

為通信能力不足的地區(qū)提供PPP（點到點）相互連接，在大ISP和它下屬的小ISP之間提供高速連接，這種連接主要在一個國家內(nèi)部。入向速率即發(fā)往主要ISP的信息量相對較低。例如中國科技網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中心和它在全國的50多個入口點的連接，金橋信息網(wǎng)的VSAT服務(wù)網(wǎng)、中國教育網(wǎng)的高速衛(wèi)星通道籌都可歸屬于這類應(yīng)用。

3、直連到計算機（包括連接到LAN服務(wù)器）

幾十年來，只有政府機構(gòu)和財力雄厚的大公司才能享受到衛(wèi)星通信技術(shù)的迅速、靈活和方便，而今衛(wèi)星通信和計算機等一系列新的技術(shù)發(fā)展，使一種新的VSAT系統(tǒng)實現(xiàn)構(gòu)架成為現(xiàn)實，這種新構(gòu)架稱作Direct to PC或稱PCVSAT，衛(wèi)星通過點到多點連接方式將ISP服務(wù)器直連到用戶計算機，使各種公司無論大小，甚至個人用戶均可利用空間數(shù)據(jù)通信的強大功能。

1）工作原理

在這種方式中，用戶通過撥號方式訪問數(shù)據(jù)庫或網(wǎng)絡(luò)，然后通過直徑約數(shù)十公分的衛(wèi)星接收天線和專用接收設(shè)備，用高達數(shù)百K比特乃至數(shù)兆比特的高速率接收、下載數(shù)據(jù)庫或網(wǎng)上信息。這種方式充分發(fā)揮了現(xiàn)有電話線路的接入功能和衛(wèi)星通信的廣播功能。它具有易于安裝，避免網(wǎng)絡(luò)阻塞，價格便宜，下載通道容量大，以及具有與光纖近似的服務(wù)等級和IP廣播服務(wù)等優(yōu)點，從而成為近期發(fā)展的重點。

衛(wèi)星直連到計算機業(yè)務(wù)典型的終端產(chǎn)品包括配有Modem的PC、衛(wèi)星接收適配卡，小型衛(wèi)星天線（口徑60-90cm）、系統(tǒng)軟件。在企業(yè)應(yīng)用中，給服務(wù)器裝上一個衛(wèi)星接收適配卡，每個PC通過服務(wù)器發(fā)送文件。

其工作過程為：用戶在瀏覽器軟件上單擊一個網(wǎng)址，網(wǎng)址請求信號（URL）由調(diào)制解調(diào)器送到用戶的ISP，然后在該請求離開用戶的PC機前，系統(tǒng)軟件將在該URL上附加一個IP代碼，指示ISP把用戶的URL請求轉(zhuǎn)交給衛(wèi)星系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)操作中心（NOC），網(wǎng)絡(luò)操作中心收到此請求后，把該代碼刪除，然后將請求信號傳送到相應(yīng)的網(wǎng)站，網(wǎng)站把要求的信息送回網(wǎng)絡(luò)操作中心，網(wǎng)絡(luò)操作中心

把信息傳到衛(wèi)星，再由衛(wèi)星以高帶寬的速率送到用戶的衛(wèi)星天線并由此進入其PC機或者網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（對企業(yè)用戶而言）。這樣可以最高達400kb／s的速度來瀏覽網(wǎng)頁及下載文件，比標準ISDN快3倍。

2）業(yè)務(wù)的提供和使用情況

國際上，單向衛(wèi)星Internet接入在中小企業(yè)和家庭應(yīng)用比較成功，美國的Direct PC公司、日本的Direct Internet、加拿大Telesat、澳大利亞Telstra、印度的NIC India等都在本國及周邊國家采用DirecPC系統(tǒng)提供這種業(yè)務(wù)。德國也推出了類似的稱作skyDSL的服務(wù)。

值得注意的是，去年全球最大的PC廠商Compaq成為DirecPC的合作伙伴。隨后Compaq發(fā)布了一項向用戶提供通過衛(wèi)星訪問Internet的新計劃，于1999年4月中旬開始向定制PC用戶提供通過DirecPC衛(wèi)星系統(tǒng)上網(wǎng)的服務(wù)，使用者可以在商店的導(dǎo)覽電腦中、或是Compaq的網(wǎng)站上為自行組裝的個人電腦訂購DirecPC衛(wèi)星信息服務(wù)。

1999年年中，休斯網(wǎng)絡(luò)公司和美國在線（AOL）一項戰(zhàn)略協(xié)議又引起業(yè)界的注目，AOL向休斯網(wǎng)絡(luò)公司投資15億美元，用于開發(fā)Internet和衛(wèi)星直播電和舶囪新產(chǎn)品和服務(wù)。通過此項合作，休斯網(wǎng)絡(luò)公司將向其700萬DirecTV用戶提供AOL的交互式電視服務(wù)，AOL將向其1600萬用戶提供休斯公司的DirecTV和DirecPC服務(wù)。由休斯網(wǎng)絡(luò)公司設(shè)計并制造用于DirecTV和AOL TV的機頂盒。

隨著這些著名公司的大力推動，衛(wèi)星連網(wǎng)服務(wù)逐漸開始成為一種上網(wǎng)的新選擇。

我國目前計劃采用休斯的DirecPC系統(tǒng)為用戶提供高速Internet接入及數(shù)字包裹投遞、多媒體信息廣播的寬帶衛(wèi)星通信信息網(wǎng)的公司有三家，他們是：

①廣州省郵電管理局，和休斯網(wǎng)絡(luò)、東方衛(wèi)星公司合作，提供直接到計算機的400kb／s衛(wèi)星Internet內(nèi)容下載服務(wù)以及高達3Mb／s數(shù)字包裹投遞和多媒體廣播。計劃將于近日投入運營，向全國的商業(yè)及個人用戶提供服務(wù)。

②北京天廣信息通信服務(wù)有限公司，由北京天科網(wǎng)絡(luò)集成公司承建衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)操作中心，目前已調(diào)試完畢。第一期工程主要針對企業(yè)用戶，用戶終端是休斯的PES端站加DirecPC終端，即通過PES衛(wèi)星電路回撥，DirecPC高速下載。進一步發(fā)展面向個人用戶。

③由中國電信數(shù)據(jù)通信局參與股份的中國雙威通訊網(wǎng)絡(luò)、China Cast Technology于去年8月份剛與休斯簽訂了300萬美元的合同，雙威網(wǎng)絡(luò)購入DirecPC設(shè)備，利用他們的衛(wèi)星技術(shù)，于明年初在中國推出一項名為Turbo 163的衛(wèi)星上網(wǎng)計劃，目標客戶是中國已上網(wǎng)的1／4客戶。該公司預(yù)計在收費方面不會比目前的163網(wǎng)高出一倍以上，但在速度上卻可以提高20倍——即上網(wǎng)最大速率

由目前的38.8K提升到400K。雙威網(wǎng)將是中國首家利用衛(wèi)星結(jié)合地面網(wǎng)絡(luò)提供民用上網(wǎng)服務(wù)的公司。

3）提供衛(wèi)星Internet接入的代表產(chǎn)品

目前提供這種服務(wù)的產(chǎn)品和應(yīng)用很多。休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司于1994年率先推出革命性VSAT產(chǎn)品——能與個人計算機互聯(lián)的DirecPC接收系統(tǒng)，使PC機用戶利用電視直播衛(wèi)星的小口徑接收天線，可以400kb／s的速度下載Internet上的大容量信息，為Internet擁擠不堪的地面線路開辟了一條高速的空間下載通道。隨后，世界上許多大的衛(wèi)星公司，如，GiLat、Science Atlantic、Comsat、GE Spacenet 等紛紛推出了用于 Internet 和增值業(yè)務(wù)的VSAT系統(tǒng)（如，Skysurfer、 PowerVu、CyberStream和Turbosat 系統(tǒng) ），幾乎所有的衛(wèi)星公司都在這一市場角逐，我國的北京賽得康公司和深圳經(jīng)天科技公司都分別開發(fā)出了類似的產(chǎn)品（SatcomLAN、PCVSAT），并已投入使用。

二、衛(wèi)星Internet技術(shù)熱點

1、提高衛(wèi)星鏈路TCP／IP性能——衛(wèi)星協(xié)議網(wǎng)關(guān)

在Internet上傳輸數(shù)據(jù)所采用的TCP／IP協(xié)議是一種非常靈活的協(xié)議，可應(yīng)用在包括衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的任何一種媒體上。然而衛(wèi)星通信，特別是同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，存在時延長、誤碼率高和帶寬不對稱等問題，嚴重影響了TCP／IP的性能。

雖然通過衛(wèi)星可直接接入Internet網(wǎng)，但其性能也只能使用戶勉強接受。需要采取優(yōu)化措施來改善衛(wèi)星TCP／IP性能。優(yōu)化措施包括：調(diào)整傳輸控制協(xié)議在衛(wèi)星鏈路應(yīng)用中的參數(shù)：減輕衛(wèi)星鏈路上TCP的負荷：使用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。

雖然使用壓縮技術(shù)和高速緩存器可以減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。但所剩下的數(shù)據(jù)仍受上述因素的限制，調(diào)整TCP參數(shù)并不能從根本上消除衛(wèi)星鏈路對TCP性能惡化的影響，提高衛(wèi)星網(wǎng)上TCP／IP性能最有效的辦法是設(shè)立協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

協(xié)議網(wǎng)關(guān)的工作原理是用最適合于衛(wèi)星環(huán)境的一種協(xié)議來取代衛(wèi)星連接段上的TCP。網(wǎng)關(guān)可以是一個獨立的設(shè)備，也可以將網(wǎng)關(guān)的功能裝在衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、VSAT、路由器、超高速緩存器或其他連接硬件中。

協(xié)議網(wǎng)關(guān)從容戶機上檢測到TCP連接，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合衛(wèi)星傳輸?shù)膶Ｓ脜f(xié)議，然后在衛(wèi)星鏈路的另一邊再將數(shù)據(jù)還原為TCP，用于與服務(wù)器通信。協(xié)議網(wǎng)關(guān)將端到端的TCP連接分割成下列三個獨立部分：客戶機與網(wǎng)關(guān)間的遠端TCP連接、兩個網(wǎng)關(guān)之間的衛(wèi)星協(xié)議連接以及服務(wù)器一側(cè)的網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間的TCP連接。

這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是通過分割端到端的連接，可在衛(wèi)星鏈路段上采用最適合于衛(wèi)星條件的協(xié)議，而在地面段繼續(xù)使用TCP。這樣在對最終用戶保持完全透明的同時提供更好的性能�？蛻魴C或服務(wù)器不需作任何改動，所有的應(yīng)用毋需修改而繼續(xù)有效。 TCP避免阻塞的機制在地面連接中依然有效，以保護Internet的穩(wěn)定性。用戶享受到了兩種技術(shù)相結(jié)合而帶來的所有好處，即：現(xiàn)有的基于傳輸控制協(xié)議的應(yīng)用程序一點也沒有改變，而同時在空間鏈路中使用適合于衛(wèi)星的協(xié)議。

因此目前新推出的衛(wèi)星通信產(chǎn)品幾乎都內(nèi)置或外接獨立的衛(wèi)星協(xié)議／TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，以支持Internet業(yè)務(wù)。

2、衛(wèi)星外交互通信技術(shù)

我們知道，通信系統(tǒng)分為單向通信和雙向通信兩種基本模式。其中雙向通信一般具有自己的收發(fā)信道。如果一種通信系統(tǒng)的收發(fā)信道彼此分離，并且可以實現(xiàn)一個發(fā)信道對應(yīng)于一個或多個收信道這兩種特征，我們可以稱之為外交互通信。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信中，不平衡傳輸現(xiàn)象非常嚴重。以3W瀏覽為例，一般上下行信道的數(shù)據(jù)量差異為1∶5至1∶10，視主頁中的文字和圖片占有量不同而定。在FTP文件下載中，這個比例可達1∶20至1∶1O0，但這種不平衡現(xiàn)象還只是初步的。如果應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)多媒

體，那么這種比例將達到1∶1000至1∶100000，任何現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，無論是平衡傳輸還是非平衡傳輸，都無法適應(yīng)這種傳輸比例大范圍內(nèi)變化的傳輸條件，都會造成傳輸信道的浪費或成本的大幅度提高。怎樣尋找一種更好的適應(yīng)這種傳輸比例大范圍內(nèi)變化的非平衡傳輸方法，這是在網(wǎng)絡(luò)多媒體時代必須認真思考的一個問題，也是今后通信系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。

而外交互技術(shù)組網(wǎng)靈活，系統(tǒng)用戶容量大，很容易適應(yīng)于傳輸比例大范圍內(nèi)變化的非平衡傳輸。外交互技術(shù)的下行情道是可變化的，包括速率上的變化和信道數(shù)量上的變化。其中速率上的變化是有限的，非主要的，而信道數(shù)量上的變化（原則上講）是無限的，主要的。這種下行信道的變化可較好地適應(yīng)傳輸比例大范圍內(nèi)變化的應(yīng)用情況，具有組網(wǎng)靈活的特點，在用戶量大增的情況下，可適當增開上行情道，大量增加下行信道，達到大量容納用戶的目的。這些特點都是目前的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)或非平衡傳輸方法所無法解決的問題，或很難解決的問題。

采用外交互通信技術(shù)，利用任何地面回傳線 路將各衛(wèi)星高速廣播系統(tǒng)改造為雙向網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是目前一個很現(xiàn)實的應(yīng)用，并且投資很低。因而也是目前衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的一個熱點。

對于無線通信技術(shù)而言，外交互通信技術(shù)實現(xiàn)了一種低成本的非平衡傳輸方法。由于衛(wèi)星雙向通信站成本很高，不是一般單位能安裝得起的。但采用外交互技術(shù)后，下行信道采用衛(wèi)星高速單向廣播，上行信道采用低速地面回傳線路，即可實現(xiàn)雙向高速通信，又實現(xiàn)了低成本的要求。成本可以降得很低。如一套衛(wèi)星接收站價格（包括天線、高頻頭）可在5000-6000元人民幣，天線尺寸可以降到45厘米，具備了數(shù)字入戶的條件。地面無論何種數(shù)字通信技術(shù)，都很難覆蓋廣大城市邊緣地區(qū)、農(nóng)村地區(qū)及山區(qū)。而這種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，尤其對于像我國這種地域遼闊的發(fā)展中國家，是非常合適的，也是很實用的。

雖然目前采用外交互技術(shù)來實現(xiàn)衛(wèi)星通信已有一些用戶，但存在的問題也不少。歸納起來主要表現(xiàn)為：

1）系統(tǒng)兼容性問題。采用外交互技術(shù)后，系統(tǒng)與地面互聯(lián)網(wǎng)不能實現(xiàn)100％兼容，有大量網(wǎng)絡(luò)軟件不能在外交互系統(tǒng)上運行，或原互聯(lián)網(wǎng)的安全性喪失。

2）系統(tǒng)用戶容量低。開設(shè)一個外交互的下行情道只能增容100～200個用戶，發(fā)揮不出外交互系統(tǒng)用戶容量大的特點。

3）速率較低。尤其在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，下行信道速率不高，不能發(fā)揮高速下行信道的優(yōu)勢。

國內(nèi)最早研究外交互技術(shù)的公司，例如北京賽得康通信技術(shù)有限公司，已經(jīng)完成了第三代外交互技術(shù)的產(chǎn)品化工作。從系統(tǒng)開放性、兼容性等方面，都已經(jīng)達到了很高的水平，并在很多系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。其開發(fā)的外交互衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和外交互式有線電視數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，結(jié)合多媒體點播技術(shù)和多媒體課件制作系統(tǒng)，在互聯(lián)網(wǎng)上開拓了一塊應(yīng)用前景，將會在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)上教育和娛樂及瀏覽等方面發(fā)揮巨大的作用。

三、寬帶衛(wèi)星通信技術(shù)的未來

目前的衛(wèi)星通信通常屬于C波段和Ku波段系統(tǒng)，現(xiàn)代寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)，除INTELSAT及Cyberstar擬考慮Ku／Ka漸進過渡、Skybridge系統(tǒng)使用Ku頻段外，大多利用Ka頻段（20／30GHz），甚至EHF或Q／F（40／50／60GHz）的更高頻段。這些系統(tǒng)主要用于多信道廣播、Internet和Intranet的遠程傳送和作為地面多媒體通信系統(tǒng)的接入手段，它們可以發(fā)展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實現(xiàn)全球無縫個人通信、Internet空中高速通道必不可少的手段。

業(yè)內(nèi)專家預(yù)言，不僅C波段和Ku波段VSAT繼續(xù)繁榮興旺，而且還將誕生新一代VSAT系統(tǒng)，就像雙向通信能力推動VSAT滲透到全球電信市場一樣，預(yù)計Teledesic、Spaceway和Skybridge等Ka波段系統(tǒng)也將推動VSAT進入更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，而且最終進入家庭。

來源：中國電信網(wǎng)站www.chinatelecom.com.cn