基于SDH的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

基于SDH的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（朱學(xué)迅、程建）
摘要  介紹了衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)和基于SDH的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)，對(duì)目前衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及有
關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析說(shuō)明，并對(duì)衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景作了敘述。
關(guān)鍵詞  衛(wèi)星 IP網(wǎng)絡(luò) TCP FSS－SDH PPP  IP Over SDH
1衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
    衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)是指以IP技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)衛(wèi)星信道進(jìn)行傳輸、交換IP數(shù)據(jù)包，以達(dá)到組網(wǎng)
目的。典型的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)基站系統(tǒng)工作進(jìn)程如下：
    從Internet骨干網(wǎng)、PSTN服務(wù)器和ISDN服務(wù)器來(lái)的IP數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)路由器解釋處理，并經(jīng)
復(fù)接器復(fù)接，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，再經(jīng)調(diào)制由基站發(fā)射機(jī)發(fā)出。從衛(wèi)星傳來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)相逆過(guò)
程送到衛(wèi)星路由器。衛(wèi)星路由器收到并解釋IP分組（即IP地址）后，選擇一個(gè)接口發(fā)送IP數(shù)
據(jù)。有的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還能直接面向局域網(wǎng)連接。通過(guò)小天線(xiàn)和基于PC的處理極，也可將
IP數(shù)據(jù)包直接送入個(gè)人主機(jī)。
    由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)不同，復(fù)接器的類(lèi)型也不同。在衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，主要的傳送
技術(shù)有三種：ATM、SDH和MPG-2。Eutelsat衛(wèi)星組織已對(duì)IP采用MPG2打包，在衛(wèi)星上傳輸業(yè)
務(wù)。在歐洲提供的Ku波段衛(wèi)星電視模擬信道上，IP數(shù)據(jù)報(bào)在HDLC幀中打包，再送往音頻副載
波發(fā)送。這種方式很適合為企業(yè)網(wǎng)、局域網(wǎng)或家庭用戶(hù)提供低速率（92kb／s）的IP業(yè)務(wù)服
務(wù)。
    基于SDH的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)以PPP協(xié)議作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，根據(jù)RFC1662規(guī)范，把IP分組簡(jiǎn)
單地封裝到PPP幀的信息段中，由SDH通道層的業(yè)務(wù)適配器把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH的
同步凈荷中，再經(jīng)過(guò)SDH傳輸層和段層，加上相應(yīng)的開(kāi)銷(xiāo)，把凈行裝入一個(gè)SDH幀中，最后經(jīng)
調(diào)制由基站發(fā)射機(jī)發(fā)射。
2衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)況和前景
    目前，進(jìn)入實(shí)用的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)有Eutelsat衛(wèi)星組織的衛(wèi)星多媒體系統(tǒng)，它工作在Ku波段
的衛(wèi)星電視信道上，以MPEG－2壓縮成IP數(shù)據(jù)，支持IP數(shù)據(jù)包在衛(wèi)星上傳輸。在用戶(hù)終端，
用小天線(xiàn)（直徑60cm）接收信號(hào)，在一塊PC DVB板中完成信號(hào)的解調(diào)、譯碼、分接、IP數(shù)據(jù)
再生，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)覽器（IE，Netscape）就可工作了。美國(guó)航天航空局（NASA）則致力
于高速衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的研究，它下屬的Glenn研究中心以TCP OverATM Over SONET傳送方式，
已成功地傳送速率大于520Mb／s的數(shù)據(jù)信息。
    衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要有兩個(gè)方向：（1）高速技術(shù)，提供Internet骨干網(wǎng)的無(wú)縫連接；
（2）終端小型化，為企業(yè)網(wǎng)、局域網(wǎng)或家庭用戶(hù)提供便宜的Internet接口。
    目前，國(guó)際電聯(lián)擬定的主要研究技術(shù)包括：支持IP的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；支持IP運(yùn)行
的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議、Internet規(guī)定協(xié)議和傳輸層協(xié)議的衛(wèi)星鏈路需求；支持IP運(yùn)行的話(huà)音、視
頻、可視電話(huà)和文件傳輸?shù)男l(wèi)星鏈路性能；IP增強(qiáng)衛(wèi)星鏈路或高級(jí)協(xié)議性能的可改善要求；
使用IP專(zhuān)用和加密協(xié)議對(duì)衛(wèi)星鏈路的影響。目前的研究主要集中在對(duì)傳輸層協(xié)議的改進(jìn)和
更新，以及采用先進(jìn)的編碼和調(diào)制技術(shù)來(lái)提高衛(wèi)星鏈路性能。
3基于SDH的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)
3.1 FSS-SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    在固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）中，其中，同步基帶設(shè)備（SBE）主要功能力：完成SDH一的復(fù)
接；完成段層、通一道層到衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)部接口和參考點(diǎn)的適配與轉(zhuǎn)換；建立段層或通道層
的非對(duì)稱(chēng)、多終點(diǎn)連接，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步通道層的交叉連接；為信號(hào)在衛(wèi)星上傳輸進(jìn)行特
殊分段；對(duì)SDH指針和衛(wèi)星系統(tǒng)定時(shí)的統(tǒng)計(jì)；在SBE、SDH復(fù)接中的基本管理。衛(wèi)星地面?zhèn)?br />輸設(shè)備的基本功能有：調(diào)制；多址接入系統(tǒng)的協(xié)議分析、實(shí)現(xiàn)及管理；定時(shí)維護(hù)。
3.2 FSS-SDH傳送網(wǎng)
    在SDH中，引入并規(guī)定了各種基本單元功能塊，以組成SDH設(shè)備。不同類(lèi)型的設(shè)備可用
不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，給設(shè)備的制造和使用帶來(lái)了方便�；�本單元功能塊由特定功能的基本組
件電路和軟件組成，包括：PDH物理接口（PPI）、低階通道適配（LPA-m/n）、高階通道
終端（HPT－n）、高階通道連接（HPC－n）、復(fù)用段適配（MSA）、復(fù)用段保護(hù)（MSP）、
復(fù)用段終端（MST）、再生段終端（RST）等單元功能塊。為了實(shí)現(xiàn)～些功能，還需要將若
干標(biāo)準(zhǔn)的基本單元功能塊固定組合在一起，形成復(fù)合功能塊，分為復(fù)合適配功能塊和監(jiān)控
功能塊兩類(lèi)。前者包括傳送終端（TIF）、高階接口（HOI）、低階接口（LOI）及高階組
裝（HOA）等功能塊；后者包括高階連接監(jiān)控（HCS）和低階連接監(jiān)控（LCS）功能塊。此
外，在設(shè)備功能參考模型中還有管理和定時(shí)功能塊，包括SIJH設(shè)備管理（SEMF）、SDH設(shè)
備定時(shí)源（SETS）、SDH設(shè)備定時(shí)物理接口（SETPI）、開(kāi)銷(xiāo)接入（OHA）及報(bào)文通信（MC
F）等功能塊。這些單元功能模塊的功能、接口標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)部的信號(hào)處理過(guò)程，在ITU－T建
議G.782，G.783和G.784中都有詳細(xì)說(shuō)明。
3.3  FSS－SDH組網(wǎng)方案
    根據(jù)網(wǎng)絡(luò)支持的信息速率不同，F(xiàn)SS－SDH定義了三種組網(wǎng)方案：
    （1）支持的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)SDH再生段是工作在SIM－1（155.52Mb/S）或 STM－（51.84Mb／S ）
下的。RSOH的標(biāo)準(zhǔn)功能、SDH管理網(wǎng)傳送鏈路的建立、特定數(shù)據(jù)／話(huà)音通路連接功能等都
能在衛(wèi)星基帶設(shè)備（SBE）中獲得。透明傳輸?shù)腗SOHK1／ K2字節(jié)可進(jìn)行自愈網(wǎng)保護(hù)，復(fù)
用段終端（MST）和復(fù)用段保護(hù)（MSP）的功能作用在地面網(wǎng)絡(luò)的局問(wèn)復(fù)用段端口。
    （2）支持SDH業(yè)務(wù)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和交叉連接功能，描述了廣域衛(wèi)星網(wǎng)的可視性，以
51.84Mb/s。（STM－0）SDH單速率方式工作，與地面接口速率仍采用STM－1（155Mb/s）。
SBE提供從SDH復(fù)用信號(hào)中提取凈負(fù)荷流（VC－12、TUG－2）功能，每個(gè)SBE都會(huì)在SDH凈
負(fù)荷流中加入單向衛(wèi)星內(nèi)部事務(wù)管理段（一個(gè)傳輸?shù)暮蛶讉�(gè)接收的），以支持衛(wèi)星的多
終點(diǎn)操作。SBE作為衛(wèi)星線(xiàn)路終端，擁有RST、MST和MS自動(dòng)保護(hù)切換功能。傳輸信號(hào)以
VC－12、VC－2和VC－3為信息單位，進(jìn)行通道層點(diǎn)到點(diǎn)的連接。標(biāo)準(zhǔn)的通道層功能在交
叉連接時(shí)是透明的。
    （3）規(guī)定了低于51.84Mb/s。廣域多速率交叉連接工作方式，傳輸速率與地面SDH
的傳輸速率分級(jí)有本質(zhì)的不同。該網(wǎng)絡(luò)是在方案（2）的基礎(chǔ)上形成的，它支持低級(jí)虛
容器（LOVC）交叉連接功能、復(fù)用段或再生段功能。在衛(wèi)星規(guī)定網(wǎng)絡(luò)部分，非SDH序列
速率用于支持較低的業(yè)務(wù)路由。此方案引人兩個(gè)新的載荷類(lèi)型：衛(wèi)星同步傳輸模式SSTM
－2n和SSTM－1k。
3.4 IP over SDH技術(shù)
   （1）PPP協(xié)議
    PPP（Poine-to-Point Protocol[RFC 1661]協(xié)議是一個(gè)簡(jiǎn)單的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）
協(xié)議，提供一種串行點(diǎn)到點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的方法。PPP主要由三部分組成：串行鏈路上
數(shù)據(jù)報(bào)的封裝方法；鏈路建立、配置和數(shù)據(jù)鏈路連接測(cè)試的鏈路控制協(xié)議（LCP）；建
立和配置不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的一組網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）。
    PPP協(xié)議采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的高級(jí)鏈路控制（HDLC）協(xié)議ISO3309－1979
和ISO3309－1984修訂版本的原理、術(shù)語(yǔ)和幀結(jié)構(gòu)。
    （2）PPP Over SDH技術(shù)
    PPP在SDH上應(yīng)用的操作步驟如下：
    發(fā)送方：IP→PPP→幀檢驗(yàn)序列生成→比特填充→擾碼→SDH幀
    接收方：SDH幀→碼擾→去比特填充→FCS檢測(cè)→PPP→IP
    為了與 RFC1619兼容，擾碼器有一個(gè) ON／OFF開(kāi)關(guān)，處于OFF狀態(tài)時(shí)，擾碼器被旁
路。一般來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)功能的缺省值為ON狀態(tài)。使用擾碼與否用通道開(kāi)銷(xiāo)C2字節(jié)來(lái)表示，
22（16）表示使用擾碼，207（16進(jìn)制為CF）表示PPP沒(méi)有用擾碼，這時(shí)復(fù)幀指示H4不
被使用，必須為0。
    在PPP Over SDH中，擾碼多項(xiàng)式X43＋1。另外，擾碼器只在SDH高階VC中操作，對(duì)
SDH的通道開(kāi)銷(xiāo)和固定比特填充不作擾碼。擾碼器的狀態(tài)是連續(xù)的，不需要每一幀都重
新設(shè)置，最先采用的狀態(tài)由發(fā)送方隨機(jī)設(shè)置。
4影響衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)性能的因素
4.1影響因素
    衛(wèi)星信道的一些固有特點(diǎn)對(duì)TCP／IP體系影響很大。在現(xiàn)有的衛(wèi)星信道條件下，TCP
／IP協(xié)議的性能較差，帶寬利用率較低。
    （1）長(zhǎng)時(shí)延
    由于地球站與衛(wèi)星之間相隔遙遠(yuǎn)，“一跳”（從地球站到衛(wèi)星再到地球站）的時(shí)延
可達(dá)279ms，一次響應(yīng)時(shí)間至少558ms。這么長(zhǎng)的時(shí)延會(huì)形成一個(gè)長(zhǎng)的反饋環(huán)路，對(duì)于可
靠傳輸協(xié)議TCP來(lái)說(shuō)，其發(fā)信機(jī)判斷數(shù)據(jù)包是否已到達(dá)目的地的時(shí)間較長(zhǎng)。而且，長(zhǎng)時(shí)
延會(huì)使時(shí)延帶寬積相當(dāng)大，當(dāng)時(shí)延帶寬積達(dá)到105bit時(shí)， TCP的性能將明顯下降。時(shí)
延帶寬積是指帶寬和往返時(shí)延的乘積，也就是在信道完全充分利用的情況下，在信道
中傳輸?shù)珱](méi)有被確認(rèn)的數(shù)據(jù)量。
    （2）信道誤碼率較高
    衛(wèi)星信道的誤碼率一般大于地面通信鏈路，其典型值至少為10－7。每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)
擁塞崩潰現(xiàn)象，TCP協(xié)議會(huì)自動(dòng)減小窗口尺寸，使發(fā)出的數(shù)據(jù)包減少，以緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。
TCP判斷是否發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞的標(biāo)準(zhǔn)是接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量，如果接收到的數(shù)據(jù)包減少，TCP
協(xié)議就認(rèn)為發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，并開(kāi)始減小滑動(dòng)窗口的尺寸。然而，實(shí)際上有兩種情況可能
會(huì)造成接收數(shù)據(jù)包減少，一種是發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，另一種是由誤碼造成�？梢�(jiàn)，誤
碼將會(huì)影響衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)頻帶利用率。    除此之外，衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的其它特點(diǎn)（如不對(duì)稱(chēng)
應(yīng)用、往返時(shí)延的變化、連接的間斷性等），也許會(huì)對(duì)TCP的性能造成影響。
4.2解決方案
    （1）采用先進(jìn)的調(diào)制、編碼技術(shù)來(lái)降低誤碼率，提高衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的性能。近年來(lái)，
一些先進(jìn)的調(diào)制、編碼技術(shù)已用于衛(wèi)星通信中，例如 TCM技術(shù)、級(jí)聯(lián)碼技術(shù)等。此外，
還有一些前沿技術(shù)正在研究中，如Turbo碼、Turbo格碼技術(shù)等。在衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用這
些技術(shù)，不僅要考慮到誤碼率的因素，還要考慮到時(shí)延的因素。
    （2）采用自動(dòng)重復(fù)回傳（ARQ）協(xié)議。ARQ協(xié)議已經(jīng)開(kāi)始在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的低層協(xié)議中
運(yùn)用，發(fā)信機(jī)發(fā)送經(jīng)編號(hào)的短小數(shù)據(jù)包，可選擇重傳那些丟失數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。采用的方
法有停止等待、退N步重傳、選擇重傳等。ARQ協(xié)議在誤碼率較低的鍵路中效果較好，在
誤碼率較高的鏈路中會(huì)增加信道時(shí)延。ARQ與TCP協(xié)議之間的關(guān)系也需進(jìn)一步研究，特別
是要慎重選擇ARQ重傳時(shí)間間隔，以免與TCP本身的時(shí)間溢出機(jī)制相沖突。
    （3）改進(jìn)TCP協(xié)議。可從以下幾方面考慮：（i）增大窗口值，現(xiàn)在窗口的最大值
為64kbyte，可考慮增加一個(gè)新的TCP選項(xiàng)，允許窗口的值大于64kbyte；（ii）選擇確
認(rèn)應(yīng)答，在信道中，分組丟失對(duì)流量的影響是災(zāi)難性的，簡(jiǎn)單的累加確認(rèn)更加劇了這種
影響。當(dāng)出現(xiàn)分組丟失時(shí)，發(fā)送方將在超時(shí)后進(jìn)行重傳。由于發(fā)方的TCP不知道已經(jīng)到
達(dá)接收方的情況，有時(shí)會(huì)發(fā)送一些不必要的分組。這時(shí)可采用選擇性確認(rèn)，只重傳真正
丟失的分段；（iii）序號(hào)重用的改進(jìn)，TCP通過(guò)對(duì)接收數(shù)據(jù)的序號(hào)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)段檢
測(cè)和數(shù)據(jù)的有序可靠傳輸。高速傳輸將導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)32位序號(hào)循環(huán)使用，威脅到TCP傳
輸?shù)目煽啃�。在頻繁關(guān)閉和打開(kāi)連接時(shí)，存在滯留網(wǎng)絡(luò)的段造成序號(hào)重用問(wèn)題，這可利
用TCP回應(yīng)選項(xiàng)的時(shí)戳機(jī)制來(lái)解決。



摘自《電信快報(bào)》