卫星互联网下的VSAT卫星通信

武秀广，骆 超，霍 甲

（国家无线电监测中心，北京 100037）

卫星互联网下的VSAT卫星通信

武秀广，骆 超，霍 甲

（国家无线电监测中心，北京 100037）

本文介绍了VSAT通信在卫星互联网下的新发展，分析了VSAT系统的互联网接入方式，研究了卫星互联网的技术热点，展望了卫星互联网的发展前景。

VSAT；卫星互联网；互联网接入方式；技术热点

1 卫星互联网下的VSAT发展

由于Internet的驱动，卫星通信正转向满足数据通信的全面需求。一方面，已经成熟的基于C波段和Ku波段技术的VSAT系统不断演进满足了Internet业务的要求，并成为全球Internet网的一个重要组成部分；另一方面，采用更高的Ka频段技术、可真正实现个人通信的宽带卫星通信系统，特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中，卫星通信被越来越多的电信网运营者、ISP及ICP等选作提供Internet服务的重要手段。目前，VSAT是卫星通信中的主流技术之一，随着各种新应用的出现，对VSAT高速率提出了要求。目前建设的VSAT网出站链路速率高达2Mb/s，许多VSAT公司计划在世纪之交使网络速率达到20Mb/s或更高。[1]

VSAT系统还不断吸收各种最新的信息技术，如IP Multicast、数字广播技术、PUSH技术，支持TCP/IP，UDP/IP等协议，把卫星高速宽带广播的特点扩展到网络应用，为众多新应用提供有效的解决方案。事实上，VSAT已成为当今世界上高速发展的数据业务，特别是Internet的一部分。[2][3]

2 VSAT系统的In ternet接入方式

2.1 扩展Internet到边远地区并在ISP间提供链接

VSAT为通信能力不足的地区提供点到点相互连接，在大ISP和它们下属的小ISP之间提供高速连接，这种连接主要在一个国家内部，入向速率即发往主要ISP的信息量相对较低。例如，中国科技网网络中心和它在全国50多个入口点的连接、金桥信息网的VSAT服务网、中国教育网的高速卫星通道筹都可归属于这类应用。[4]

2.2 为大型ISP提供远程Internet连接

据统计，目前大约80%的In ternet信息内容存储在美国本土的计算机。许多ISP、内容提供商、通信业务运营者和跨国企业希望高效地接入北美In ternet骨干网，通过卫星系统直接建立和美国Internet的高速链路。这些链路可以是速率对称的也可以是非对称的，链路两个方向都具有相对稳定的数据流。由于Internet业务量的不对称性，通常针对客户的确切需求提供非对称卫星链路。目前提供这类产品和服务的公司很多，系统一般采用SCPC/ DAMA体制。例如，Loral Orion公司经过中国电信（香港）国际接入公司（CTIA）的支持，向在中国的跨国公司提供卫星跨国界专用网服务。[5]

2.3 直连到计算机[6]

几十年来，只有政府机构和财力雄厚的大公司才能享受到卫星通信的迅速、灵活和方便，而今，卫星通信和计算机等一系列新技术的发展，使一种新的VSAT系统构架成为现实，这种新构架称作Direct to PC或PCVSAT，卫星通过点到多点连接方式将ISP服务器直连到用户计算机，使各种公司无论大小甚至个人用户，均可利用空间数据通信的强大功能。

3 卫星互联网技术热点

3.1 卫星外交互通信技术

通信系统分为单向通信和双向通信两种基本模式。其中，双向通信一般具有自己的收发信道，如果一种通信系统的收发信道彼此分离，并且可以实现一个发信道对应于一个或多个收信道这两种特征，我们可以称之为外交互通信。

随着互联网技术的发展，在现有的网络通信中，不平衡传输现象非常严重。以3W浏览为例，一般上下行信道的数据量差异为1∶5至1∶10，视主页中的文字和图片占有量不同而定。在FTP文件下载中，这个比例可达1∶20至1∶100，但这种不平衡现象还只是初步的。如果应用网络多媒体，那么这种比例将达到1∶1 000至1∶100 000，任何现有的网络，无论是平衡传输还是非平衡传输，都无法适应这种传输比例大范围内变化的传输条件，都会造成传输信道的浪费或成本的大幅度提高。怎样寻找一种更好适应这种传输比例大范围内变化的非平衡传输方法，这是必须认真思考的一个问题，也是今后通信系统的一个发展方向。

而外交互技术组网灵活，系统用户容量大，很适应传输比例大范围内变化的非平衡传输。外交互技术的下行信道是可变化的，包括速率上的变化和信道数量上的变化。其中，速率上的变化是有限的、非主要的，而信道数量上的变化（原则上讲）是无限的、主要的。这种下行信道的变化可较好地适应传输比例大范围内变化的应用情况，具有组网灵活的特点，在用户量大增的情况下，可适当增开上行信道，大量增加下行信道，达到大量容纳用户的目的。这些都是目前的网络传输技术或非平衡传输方法所无法或很难解决的问题。

采用外交互通信技术，利用任何地面回传线路将各卫星高速广播系统改造为双向网络通信系统，是目前一个很现实的应用，并且投资很低，因而也是目前卫星通信领域中的一个热点。

卫星双向通信站成本很高，但采用外交互技术后，下行信道采用卫星高速单向广播，上行信道采用低速地面回传线路，即可实现双向高速通信，又实现了低成本的要求。[7]

3.2 卫星协议网关

在Internet上传输数据所采用的TCP/IP协议是一种非常灵活的协议，可应用在包括卫星系统在内的任何一种媒体上。然而卫星通信，特别是同步轨道卫星通信系统，存在时延长、误码率高和带宽不对称等问题，严重影响了TCP/IP的性能。

虽然通过卫星可直接接入In ternet网，但其性能也只能使用户勉强接受，需要采取优化措施来改善卫星TCP/IP性能。优化措施包括：调整传输控制协议在卫星链路应用中的参数，减轻卫星链路上TCP的负荷，使用协议转换网关。

虽然使用压缩技术和高速缓存器可以减少需要传输的数据量，但所剩下的数据仍受上述因素的限制，调整TCP参数并不能从根本上消除卫星链路对TCP性能恶化的影响，提高卫星网上TCP/IP性能最有效的办法是设立协议网关。

协议网关的工作原理是用最适合于卫星环境的一种协议来取代卫星连接段上的TCP。网关可以是一个独立的设备，也可以将网关的功能装在卫星调制解调器、VSAT、路由器、超高速缓存器或其他连接硬件中。

协议网关从用户机上检测到TCP连接，并将数据转换成适合卫星传输的专用协议，然后在卫星链路的另一边再将数据还原为TCP，用于与服务器通信。协议网关将端到端的TCP连接分割成三个独立部分：客户机与网关间的远端TCP连接、两个网关之间的卫星协议连接、服务器一侧的网关与服务器之间的TCP连接。

这种结构的主要优点是通过分割端到端的连接，可在卫星链路段上采用最适合于卫星条件的协议，而在地面段继续使用TCP，这样在对最终用户保持完全透明的同时提供更好的性能。客户机或服务器不需要作任何改动，所有的应用无须修改而继续有效。TCP避免阻塞的机制在地面连接中依然有效，以保护Internet的稳定性。用户享受到了两种技术相结合而带来的所有好处，即：现有的基于传输控制协议的应用程序一点也没有改变，而同时在空间链路中使用适合于卫星的协议。[8]

因此，目前新推出的卫星通信产品几乎都内置或外接独立的卫星协议/TCP协议转换网关，以支持Internet业务。

3.3 地球站技术

要使VSAT能得到更广泛的应用必须使VSAT进一步小型化，降低VSAT的成本，为此须解决以下关键技术：

⊙ 信号处理技术。

⊙ 集成电路技术。

⊙ 天线技术。

⊙ 接口技术。

⊙ 抗干扰技术。

⊙ 数字化技术。

⊙ 一体化设计技术。

⊙ 标准化技术。

⊙ 加密技术。

4 结束语

目前的卫星通信通常属于C波段和K u波段系统，现代宽带卫星系统，除INTELSAT及Cyberstar拟考虑Ku/Ka渐进过渡、Skybridge系统使用Ku频段外，大多利用Ka频段（20/30GHz），甚至EHF或Q/F（40/50/60GHz）的更高频段。这些系统主要用于多信道广播、Internet和Intranet的远程传送和作为地面多媒体通信系统的接入手段，它们可以发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为实现全球无缝个人通信、In ternet空中高速通道必不可少的手段。

VSAT卫星通信网向宽带业务发展已经是一个必然的趋势，它有着数据音视频广播、计算机的卫星宽带交互接入、音/视频会议等业务的推动，而分别针对这些业务的VSAT卫星通信网也日益趋于融合成一个统一的宽带VSAT通信网。发展宽带VSAT通信网的关键技术是宽带数据广播、宽带多址接入、卫星通信规程、网络综合管理、宽带虚拟子网。

[1] 程意平．中国卫星通信(VSAT)现状及发展前景[A]．2005中国卫星应用大会资料汇编[C]，2005年.

[2] 姚传富．卫星通信欲加入宽带竞争[N]．人民邮电，2002年.

[3] 郝为民．卫星通信在信息网中的应用[N]．人民邮电，2001年.

[4] 汪春霆．我国公共安全应急信息系统发展[A]．第六届卫星通信新业务新技术学术年会论文集[C]，2010年.

[5] 张登银，王汝传，王绍棣．基于IP协议的卫星组网通信关键技术研究[J]．电信科学，2003年07期.

[6] 韩秀红．卫星通信的互联网业务[J]．山西科技，2007年01期.

[7] 王健．卫星通信业务发展分析[A]．海南省通信学会论文集（二○○一年）[C]，2001年.

[8] 宋志文．宽带接入方式浅析[J]．现代企业教育，2006年09期.

VSAT Satellite Communication under Satellite Internet

Wu Xiuguang, Luo Chao, Huo Jia
(State Radio Monitoring Center, Beijing,100037)

This article describes the new developments in the VSAT satellite communications, analyses the Internet access of VSAT system, tudies the technology hotspots of satellite Internet, forecastes the prospects for the development of satellite Internet.

VSAT; Satellite Internet; Internet access; Technology hotpot

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.07.010

TN 924

A

1672-7274（2014）07-0036-03

武秀广，男，1985年生，河北邯郸人，2011年毕业于北京邮电大学大学通信与信息系统专业，现主要从事无线电监测工作。

骆 超，女，硕士研究生，助理工程师，通信与信息系统专业，主要从事无线电监测工作。

霍 甲，男，1984年生，河南郑州人，2011年毕业于北京邮电大学，获得通信与信息系统工学硕士学位，2011年至今主要从事无线电卫星监测工作。