卫星通信在Internet骨干网上的作用

卫星通信在Internet骨干网上的作用

当今世界Internet的迅猛发展，给产业带来无限生机，同时也推动着通信技术的进步。随着网络技术的发展，卫星通信在Internet骨干网的作用已日益突出。
　　
　　一、卫星通信与TCP/IP协议
　　卫星通信的优势体现在：（1）独特的无缝隙覆盖能力：三颗同步卫星就能实现除两极以外的全球通信，这种无缝隙覆盖其它通信手段无法比拟的。（2）组网灵活快捷：利用卫星通信系统的高功率密度、支持不对称传输链路、广播特性以及未来的星上交换技术，可以构建点对多点、多点对多点的拓扑结构复杂的广域网。（3）对距离的不敏感性：卫星通信链路的成本与传输距离无关，是解决边远地区和不发达地区通信的重要手段，也是卫星通信与其它通信方式相比较最具优势的特点之一。（4）抗灾害能力强：在现代通信网中，卫星通信作为应急通信和地面通道的备份手段是必不可少的，在抵抗地震、洪水等自然灾害的方面比光缆、微波具有更高的可靠性。正因为如此，卫星通信已成为Internet骨干网中一种重要的传输手段。
　　
　　Internet是世界上最大的计算机网，确切地说它是“网络的网络”。Internet互联了各种网络，如：分组交换网、以太网、局域网等，用户可以通过数据专线或公众电话网连到Internet网上。这些网络互联的关键是依靠TCP/IP（传输控制协议/网际协议）。TCP/IP是地面网中广泛采用的一种协议，是Internet的基本协议。随着Internet的迅速扩张，网络出现了拥塞崩溃现象，为缓解拥塞TCP采用了一些拥塞控制机制，如拥塞避免和慢启动，快速启动和快速恢复，这四种拥塞控制机制调整窗口大小进行流量控制。
　　
　　自Internet诞生之初TCP/IP协议就运用到卫星链路上了，但是卫星信道固有的特点，对于TCP/IP来说是有很大影响的，这种影响主要体现在两个方面：
　　
　　（1）时延长

　　
　　通信怀星位于赤道上空36000公里的同步轨道，从一个地球站发出的数据到达另一个地球站的时延约280ms，通信时数据往返时延（RTT）需要560ms，这个时延远远大于地面光缆传输的时延。而同步卫星的传全时延是由电磁波的传输速率与卫星对地面的距离决定的，无法改变。这么长的时延，TCP发端需很长的时间确认数据包是否被正确接收，这十分不利于远程通信的交互式应用。
　　
　　TCP协议采用的是确认应答方式进行数据传输，所以数据的传输性能不仅取决于信道的带宽，还与确认应答的时延有关。长时延势必会使时延与带宽与RTT（秒）的乘积。在TCP协议中称其为数据管道。数据管道的大小表明在信道完全充分利用的情况下，在信道中传输但没有确认的数据量。管道越大对数据丢失的反应越慢，对拥塞越不敏感。有资料表明，当数据管道达到10（5次方）Bits时，TCP的性能将明显下降。如卫星传输的数据是2Mbps，则卫星数据管道的大小为2Mbps×560ms＝1.12Mbps，已达到10（6次方）bit的数量级。
　　
　　（2）信道误码率较高
　　
　　一般来说，卫星信道的误码率会高于地面传输信道，典型的卫星信道的误码率为10（负7次方）。在TCP协议中一个很小的数据丢失就被认为是拥塞，并采取措施控制拥塞，措施之一是减小窗口尺寸，使发出的数据包减少，以缓解网络拥塞。而TCP判断网络是否发生拥塞的标准是接收数据包的数量，如果接收到的数据包减少，那么，TCP协议就订为发生了网络拥塞，并开始减小滑动窗口的尺寸。然而当数据包丢失是由于传输错误（如信道噪声产生的误码），而不是真正的拥塞时，减小窗口尺寸就会降低网络频带的利用率，在卫星信道中通常使用FEC（前向纠错）来改善误码率。
　　
　　上述问题，有关专家正在研究解决。解决的方法主要从两方面考虑：一方面采用更先进调制编码和纠错技术降低误码率，使卫星信道的传输质量达到光纤信道的水平。另一方面对TCP协议进行改进。如：减小传输窗口恢复时间；采用确认机制（SACK）减小重传数据量；增加最大接收窗口以提高数据吞吐量等。
　　
　　尽管TCP/IP在卫星链路中应用时，还有不尽人意的地方，但这并不表明TCP/IP不能在卫星链路上应用。实践证明，采用TCP/IP协议，能够使卫星网与地面网尤其是Internet网方便地互联，实现天地互通。
　　
　　二、CHINANET简介
　　CHINANET（中国公用计算机互联网）是中国电信经营的中国公用Internet，是Internet在中国的最主要骨干网。1994年8月中国邮电电信总局与美国SPRINT公司签订协议，通过该公司首先向中国公众提供Internet服务。近年来，Internet在我国的发展异常迅猛，中国互联网信息中心（CNNIC）今年1月的统计表明，我国上网计算机有350万台，用户890万户，WWW站点约15153个。Internet国际电路总带宽达351Mbps。直接通达的国家有美国、加拿大、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、韩国等。
　　
　　CHINANET于1995年4月向社会各界开放，经过五年的建设CHINANET已覆盖全国31
　　
　　省市、自治区，共建有31个骨干网节点，其中在北京、上海、广州建有三个高速出口与国际通信卫星传输的。
　　
　　CHINANET由核心层和接入层组成，核心层主要提供国内高速中继通道和连接接入层，同时负责与国际Internet互联，接入层负责提供各种接入端口和用户接入管理。
　　
　　CHINANET网依托强大的分组交换网（CHINAPAC），数字数据网（DDN）、公众电话网（PSTN）等公用网，采用国际上先进的技术和设备，无可置疑地成为中国国内Internet的主干网。特别是其拥有三个高速国际出口，使CHINANET在中国计算机互联网中占据举足轻重的地位。目前国内其他计算机网络，一般通过租用专线电路与CHINANET连接，再与国际Internet互联。根据CNNIC今年1月统计，这些网络占有的国际出口容量分别为：中国科技网（CSTNET）10Mbps，中国教育和科研计算机网（CERNET）8Mbps，中国金桥信息网（CHINAGBN）22Mbps，中国联通互联网（UNNET）20Mbps。
　　
　　CHINANET灵活的接入方式和遍及全国各城市的接入点，使用户可以方便地接入国际Internet，其享Internet网上的全部资源和各种服务。此外，还可以利用CHINANET网络平台和网上用户群，经营各种服务或组建本系统的应用网络。尤其是CHINANET为用户提供友好的中文界面，便于用户使用Internet的网络资源。
　　
　　目前CHINANET正在加紧建设。整个CHINANET网络备有充足的高速路由器来保证网络的可靠性，并采用先进的安全技术来保证全网的安全性。目前网上用户正在以每月新增加10万个的速率增长。可以相信，不久的将来CHINANET将成为国际上规模最大、技术最先进的Internet网元。

三、星关网络接入点（SSNAP）
　　通过卫星接入Internet有两种方式：网络接入点（NAP）间连接或在型Internet服务提供商（ISP）远程接入Internet，再通过卫星对边远地区的小ISP提供连接。CHINANET在国内NAP点之间用光缆连接，国际出口连接采用卫星和海光缆相结合。卫星接入Internet的关口站称作星关网络接入点（SSNAP）。
　　
　　美国是Internet的发源地，Internet网上的大量信息都存在北美。通过通信卫星即可直接建立和北美的高速直达Internet链路，这些链路可以是对称的，也可以是不对称的。一般来说，用户向Internet发出的信息量小，而从Internet上得到的信息量都相对大得多。Internet业务的这种非对称性，即收发两个方向的业务量不同，卫星传输很适应这种特点。因此采用非对称卫星电路，使Internet与卫星紧密结合，用户就可以只为需要的带宽付费，节省了不必要的开支，所以使用非对称卫星电路接入Internet是非常有效和经济的。
　　
　　根据国际卫星组织（INTELSAT）1999年统计，通过国际卫星组织的空间段开通Internet骨干网的业务量已占国际卫星组织总业务量的15％。以亚太地区为例，共有近十个国家和地区租用INTELSAT空间段分别开通了双向45Mbps和非对称45：8Mbps到美国的Internet骨干电路，最多的为澳美骨干网达4×45Mbps，我国香港地区至美国达到5×45Mbps。
　　
　　中国电信从1996年1月开始采用2Mbps国际卫星组织的卫星电路接入Internet。
　　
　　1998年底，首次采用非对称技术，开通了第一条发8Mbps，由45Mbps的Internet卫星电路。到目前为止，已开通了从2Mbps到45Mbps不同速率的卫星Internet电路20多条，总带宽约为250Mbps。
　　
　　在开通高速非对称业务时采用了ECL（发射体耦合逻辑）接口，HSSI是高速串行接口，ECL用来帮助HSSI实现高速数据速率和低噪声电平。HSSI可以处理在高速宽域网技术中多数使用的T3速率（45Mbps），HSSI的最大信号速率为52Mbps。
　　
　　按照传统方法，用户需要高速接入Internet时，可以与每个独立的骨干网供应商分别建立连接或者通过一个网络接入点（NAP）与多个网络互联。但是，目前的NAP存在某些短时间难以解决的性能问题，并且通过某个单一的供应商与其它网络互联，就意味你失云了主动权，因为你必须依赖供应商将你连接到你想要接入的其它网络。
　　
　　随着专用网络接入节点（PNAP）的出现，上述传统解决方法中出现的问题就可以迎刃而解了。PNAP是通过单一的节点来管理维护连接到所有的主要Internet骨干供应商，通过PNAP可以将其以最短的路径用专门的设备连接到各个骨干网。
　　
　　星关卫星网络接入点（SSNAP）拓展了PNAP系统的能力，它可以使用户通过卫星技术接入网络节点。这是北京地球站与美国布鲁斯特地球站首次开通8：45Mbps非对称Internet电路的实际路由。
　　
　　SSNAP的这种设计结构，使用户能在同一时间内，以尽可能大的传输能力连接所有的骨干网。每一个供应商的所有路由是通过CISCO7513系列交换路由器来收集的，它可以重新分配这些路由，以使用户能通过最佳路由到达目的地。路由器是网络层的重要设备，它可确定网络信息传输的方向，在网络层信息的基础上将数据包丛个网络传送到一个网络。CISCO7204系列路由器是用户关口睡由器，通过采用SDM-9000型卫星高速MODEM并将其与关口路由器连接，方便地实现了卫星与用户的连接，所有的用户网关路由器是通过采用CISCO接触路由器CISCO5500系列交换，再经高速以太网连接到CISCO7513系列交换路由器。
　　
　　四、结束语
　　中国电信开通卫星Internet电路已四年有余，其质量稳定可靠。实践证明 ，利用卫星接入Internet骨干网，简单易行、成本低廉，对于缓解我国Internet骨干网拥挤状况，提高上网速度有很大的帮助。
　　
　　卫星通信具有覆盖面广，组网灵活，不受地理条件限制等优点，在远距离大容量干线通信，大区域稀路由通信，无缝隙移动通信等方面，都占据其他通信手段无法比拟的优势。卫星通信的基本特点及优势决定它不仅在璀社会中，就是在未来的信息社会中，通过与地区网络的相互融合、相互补充必将成为天地一体的通信网中不可替代的重要成员。因此，Internet通过卫星传输必将得到推广，成为未来通信系统中一个重要组成部分。