探析卫星IP通信网设计技术

时间：2022-09-30 18:37:48 通信工程毕业论文我要投稿

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探析卫星IP通信网设计技术

　　摘要：随着互联网应用的普及，对人们生活更大范围的影响，各种通讯也逐渐的向IP网络发展。而卫星通讯作为现代化通讯的重要组成部分，也正在不断向建立卫星IP通信网络迈进。本文主要以卫星通讯为基础，分析卫星网络的延时性、误比特性等对IP技术的影响，进一步的阐述和表明在进行卫星IP通讯网设计时，如何有效的对路由协议进行选择、备份信道切换路由以及提高IP信道质量等问题。

　　关键词：卫星通信卫星IP通讯网络面临的困难通讯网络的改善 IP通讯网络设计

　　现如今，随着通信网络的发展和Internet的快速发展，IP技术的普及，无论是地面移动通讯网络3G、4G还是NGA网络都依赖于IP技术，而且大多数的通讯设备和移动终端都支持TCP/IP协议，因此，如何将IP技术与卫星通讯进行有效的结合(称作卫星IP网络)成为人们研究探讨的热点之一。

　　1 目前卫星IP通讯网络面临的困难

　　所谓卫星通信就是以地球和卫星两部分为中心，在地球建立无线通信站将信号发射卫星，利用卫星作为中间转折点，向地球发射电波。这种通讯方式与传统的通讯方式(电话)相比增加了电波的覆盖面，扩大了通讯的覆盖范围，组网灵活以及建网的速度快。另外，卫星通讯网络可以不受地理条件和气候变化的限制，获得高质量的通信讯号。因此，利用卫星网络的优点作为宽带接入网技术具有很广阔的发展前景。而卫星IP网络,则是以IP技术为基础，利用卫星通道进行传输、交换IP数据包，以便达到组网目的的一种网络结构。

　　目前，在我国建立卫星IP通讯网络还存在着很大的问题，主要分为以下几个方面：

　　(1)卫星链路的长延时;

　　(2)通信资费太高;

　　(3)卫星链路的误码率(BER)太高;

　　(4)前/反向信道不对称使用。

　　除此之外，卫星链路对TCP/IP协议的影响还有网络拓扑及路由简单;往返时延;大的时延带宽积;卫星和IP的广播特性等。

　　2 卫星IP通讯网络的改善方法

　　随着因特网的迅速发展及其膨胀，拥塞控制技术的重要性也逐渐的显现出来。由于卫星信道某些特性的局限性，导致TCP层无法识别拥塞丢失和链路丢失，进而引起网络的吞吐率下降，限制了IP网络的发展。因此，为了加强卫星IP网络的性能引入了以下几个技术。

　　(1) 先进的编码技术的引用。编码技术的引入主要是用来降低卫星IP网络的高误码率，提高TCP层对拥塞机制在进行数据传输过程中充分利用网络的吞吐率，同时减少卫星通信传输过程中长延时。近年来，随着网络技术的增强，科学的、先进的编码制度、调制、编码技术已经应用于卫星网络系统之中，其中包括时间压缩复用技术(TCM)、级联码技术还有卷积编码技术等。

　　(2)超时重传和快速重传。我们都知道，超时重传和快速重传是TCP应用的传输方式，而超时重传是在快速重传的基础上发生的。当3个ACK副本被TCP源接收到，快速重传机制将会启动，此时源端重传丢失的数据包并且将拥塞窗口大小减半。这种情况下，TCP流往往能够很快从丢包中恢复过来，重新回到原先的发送速率。如果说有三个ACK副本需要TCP源端进行接收，而拥塞窗口的大小又小于4，那样等待超时重发时间就会很长，而小窗口的TCP流也因为不必要超时重发，使的吞吐量降低。第一种方法是控制ACK副本的输入量。第二种则是限制传送机制，也就是说网络进行传输的数据包不能大于拥塞窗口的大小。

　　(3)序号重用的改进。TCP实现对数据的重复性检测和有序性传输的进行是通过接受数据的序号检测(共有32个序号)，如果进行高速传输，短时间内32个序号反复循环使用，会导致TCP传输的稳定性和可靠性下降。因此，利用分组序号交叠保护受到人们的推崇。

　　另外，改善慢启动和拥塞机制;采用多线程应用软件提高传送速率;增加发送窗口的尺寸等也是提高TCP/IP协议在卫星通信中的性能。

　　3 其他卫星IP通讯网设计

　　(1)路由协议的选择。地面IP网的路由复杂多样，大多使用动态路由。相对地面IP网路由卫星IP通信网络路由一般来说比较简单，而针对那些路由关系已经确定的卫星网络和一些常用的星状网络不需要改变路由方式，采用静态路由即可。

　　(2)提高卫星信道的利用率。卫星信道的转换器租资费用昂贵，因此提高卫星信道的利用率是关键。其中IP数据的包头、包尾的开销和包发送间隔导致卫星信道的利用率下降。一方面可以采取数据透明化处理。即在数据进入卫星信道前先将IP数据利用路由器转换为透明数据，再借助同步接口将数据接入卫星信道，同时去除其他附带信息，只允许业务数据进行传输，大大增加了卫星信道的利用。另一方面，我们也可以多采取IP开销较低的业务设备;包头、数据压缩和协议转换技术;UDP加上错误包重传方式。

　　(3)备份信道切换路由。卫星系统是一个复杂多样的网络结构，为了保证卫星网络的稳定性可靠性，一些卫星设置中心在设计卫星调职解调器时通常是将两个备份设备接入到路由器的不同端口，当进行主备切换后路由器的前后会发生变化，避免主备卫通切换开关是接入路由器的不同端口，影响IP网络的传输效率。

　　除此之外，进行卫星IP信道的质量检测(通过对吞吐率、信道效率、拥塞控制、丢包率等多项指标进行全方位的衡量)。

　　4 总结

　　目前，我国卫星IP通讯网络还处于发展阶段，为了提高IP技术在卫星通信中的性能，我们必须加强提高卫星信道的利用率，增加卫星通信网络的吞吐率，通过改善拥塞窗口的大小和ACK副本的输入量，减少超时重传丢失的吞吐量，避免TCP应用层将拥塞丢失和链路丢失误认为拥塞故障。另外，针对卫星IP信道进行全方位的质量检测。总之，实现卫星IP通信网络并不是一件容易的事情，随着社会经济的快速发展，互联网应用的急速膨胀，为了使卫星通讯能够适应互联网的发展，满足人们对于信息化的需求，需要进一步的加快卫星IP通信网络的建立以及发展。

　　参考文献

　　[1]李金山.卫星IP通信网设计[J].无线电通讯技术,2010(12).

　　[2]程磊.孔博.吴九银.IP技术在卫星通信中的应用及其发展趋势[J].电子质量,2012(01).

　　[3]王毳.卫星IP网关关键技术研究[D].西安电子科技大学,2010(09).

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