衛(wèi)星通信在Internet骨干網(wǎng)上的作用

衛(wèi)星通信在Internet骨干網(wǎng)上的作用

當(dāng)今世界Internet的迅猛發(fā)展，給產(chǎn)業(yè)帶來無限生機(jī)，同時(shí)也推動(dòng)著通信技術(shù)的進(jìn)步。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信在Internet骨干網(wǎng)的作用已日益突出。
　　
　　一、衛(wèi)星通信與TCP/IP協(xié)議
　　衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：（1）獨(dú)特的無縫隙覆蓋能力：三顆同步衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)除兩極以外的全球通信，這種無縫隙覆蓋其它通信手段無法比擬的。（2）組網(wǎng)靈活快捷：利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的高功率密度、支持不對(duì)稱傳輸鏈路、廣播特性以及未來的星上交換技術(shù)，可以構(gòu)建點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的廣域網(wǎng)。（3）對(duì)距離的不敏感性：衛(wèi)星通信鏈路的成本與傳輸距離無關(guān)，是解決邊遠(yuǎn)地區(qū)和不發(fā)達(dá)地區(qū)通信的重要手段，也是衛(wèi)星通信與其它通信方式相比較最具優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)之一。（4）抗災(zāi)害能力強(qiáng)：在現(xiàn)代通信網(wǎng)中，衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信和地面通道的備份手段是必不可少的，在抵抗地震、洪水等自然災(zāi)害的方面比光纜、微波具有更高的可靠性。正因?yàn)槿绱?，衛(wèi)星通信已成為Internet骨干網(wǎng)中一種重要的傳輸手段。
　　
　　Internet是世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)，確切地說它是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。Internet互聯(lián)了各種網(wǎng)絡(luò)，如：分組交換網(wǎng)、以太網(wǎng)、局域網(wǎng)等，用戶可以通過數(shù)據(jù)專線或公眾電話網(wǎng)連到Internet網(wǎng)上。這些網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的關(guān)鍵是依靠TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）。TCP/IP是地面網(wǎng)中廣泛采用的一種協(xié)議，是Internet的基本協(xié)議。隨著Internet的迅速擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了擁塞崩潰現(xiàn)象，為緩解擁塞TCP采用了一些擁塞控制機(jī)制，如擁塞避免和慢啟動(dòng)，快速啟動(dòng)和快速恢復(fù)，這四種擁塞控制機(jī)制調(diào)整窗口大小進(jìn)行流量控制。
　　
　　自Internet誕生之初TCP/IP協(xié)議就運(yùn)用到衛(wèi)星鏈路上了，但是衛(wèi)星信道固有的特點(diǎn)，對(duì)于TCP/IP來說是有很大影響的，這種影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
　　
　?。?）時(shí)延長

　　
　　通信懷星位于赤道上空36000公里的同步軌道，從一個(gè)地球站發(fā)出的數(shù)據(jù)到達(dá)另一個(gè)地球站的時(shí)延約280ms，通信時(shí)數(shù)據(jù)往返時(shí)延（RTT）需要560ms，這個(gè)時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地面光纜傳輸?shù)臅r(shí)延。而同步衛(wèi)星的傳全時(shí)延是由電磁波的傳輸速率與衛(wèi)星對(duì)地面的距離決定的，無法改變。這么長的時(shí)延，TCP發(fā)端需很長的時(shí)間確認(rèn)數(shù)據(jù)包是否被正確接收，這十分不利于遠(yuǎn)程通信的交互式應(yīng)用。
　　
　　TCP協(xié)議采用的是確認(rèn)應(yīng)答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以數(shù)據(jù)的傳輸性能不僅取決于信道的帶寬，還與確認(rèn)應(yīng)答的時(shí)延有關(guān)。長時(shí)延勢(shì)必會(huì)使時(shí)延與帶寬與RTT（秒）的乘積。在TCP協(xié)議中稱其為數(shù)據(jù)管道。數(shù)據(jù)管道的大小表明在信道完全充分利用的情況下，在信道中傳輸?shù)珱]有確認(rèn)的數(shù)據(jù)量。管道越大對(duì)數(shù)據(jù)丟失的反應(yīng)越慢，對(duì)擁塞越不敏感。有資料表明，當(dāng)數(shù)據(jù)管道達(dá)到10（5次方）Bits時(shí)，TCP的性能將明顯下降。如衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是2Mbps，則衛(wèi)星數(shù)據(jù)管道的大小為2Mbps×560ms＝1.12Mbps，已達(dá)到10（6次方）bit的數(shù)量級(jí)。
　　
　?。?）信道誤碼率較高
　　
　　一般來說，衛(wèi)星信道的誤碼率會(huì)高于地面?zhèn)鬏斝诺?，典型的衛(wèi)星信道的誤碼率為10（負(fù)7次方）。在TCP協(xié)議中一個(gè)很小的數(shù)據(jù)丟失就被認(rèn)為是擁塞，并采取措施控制擁塞，措施之一是減小窗口尺寸，使發(fā)出的數(shù)據(jù)包減少，以緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。而TCP判斷網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生擁塞的標(biāo)準(zhǔn)是接收數(shù)據(jù)包的數(shù)量，如果接收到的數(shù)據(jù)包減少，那么，TCP協(xié)議就訂為發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)擁塞，并開始減小滑動(dòng)窗口的尺寸。然而當(dāng)數(shù)據(jù)包丟失是由于傳輸錯(cuò)誤（如信道噪聲產(chǎn)生的誤碼），而不是真正的擁塞時(shí)，減小窗口尺寸就會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)頻帶的利用率，在衛(wèi)星信道中通常使用FEC（前向糾錯(cuò)）來改善誤碼率。
　　
　　上述問題，有關(guān)專家正在研究解決。解決的方法主要從兩方面考慮：一方面采用更先進(jìn)調(diào)制編碼和糾錯(cuò)技術(shù)降低誤碼率，使衛(wèi)星信道的傳輸質(zhì)量達(dá)到光纖信道的水平。另一方面對(duì)TCP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。如：減小傳輸窗口恢復(fù)時(shí)間；采用確認(rèn)機(jī)制（SACK）減小重傳數(shù)據(jù)量；增加最大接收窗口以提高數(shù)據(jù)吞吐量等。
　　
　　盡管TCP/IP在衛(wèi)星鏈路中應(yīng)用時(shí)，還有不盡人意的地方，但這并不表明TCP/IP不能在衛(wèi)星鏈路上應(yīng)用。實(shí)踐證明，采用TCP/IP協(xié)議，能夠使衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)尤其是Internet網(wǎng)方便地互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)天地互通。
　　
　　二、CHINANET簡(jiǎn)介
　　CHINANET（中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)）是中國電信經(jīng)營的中國公用Internet，是Internet在中國的最主要骨干網(wǎng)。1994年8月中國郵電電信總局與美國SPRINT公司簽訂協(xié)議，通過該公司首先向中國公眾提供Internet服務(wù)。近年來，Internet在我國的發(fā)展異常迅猛，中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心（CNNIC）今年1月的統(tǒng)計(jì)表明，我國上網(wǎng)計(jì)算機(jī)有350萬臺(tái)，用戶890萬戶，WWW站點(diǎn)約15153個(gè)。Internet國際電路總帶寬達(dá)351Mbps。直接通達(dá)的國家有美國、加拿大、澳大利亞、英國、德國、法國、日本、韓國等。
　　
　　CHINANET于1995年4月向社會(huì)各界開放，經(jīng)過五年的建設(shè)CHINANET已覆蓋全國31
　　
　　省市、自治區(qū)，共建有31個(gè)骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，其中在北京、上海、廣州建有三個(gè)高速出口與國際通信衛(wèi)星傳輸?shù)摹?br /> 　　
　　CHINANET由核心層和接入層組成，核心層主要提供國內(nèi)高速中繼通道和連接接入層，同時(shí)負(fù)責(zé)與國際Internet互聯(lián)，接入層負(fù)責(zé)提供各種接入端口和用戶接入管理。
　　
　　CHINANET網(wǎng)依托強(qiáng)大的分組交換網(wǎng)（CHINAPAC），數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、公眾電話網(wǎng)（PSTN）等公用網(wǎng)，采用國際上先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，無可置疑地成為中國國內(nèi)Internet的主干網(wǎng)。特別是其擁有三個(gè)高速國際出口，使CHINANET在中國計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)舉足輕重的地位。目前國內(nèi)其他計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般通過租用專線電路與CHINANET連接，再與國際Internet互聯(lián)。根據(jù)CNNIC今年1月統(tǒng)計(jì)，這些網(wǎng)絡(luò)占有的國際出口容量分別為：中國科技網(wǎng)（CSTNET）10Mbps，中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）8Mbps，中國金橋信息網(wǎng)（CHINAGBN）22Mbps，中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)（UNNET）20Mbps。
　　
　　CHINANET靈活的接入方式和遍及全國各城市的接入點(diǎn)，使用戶可以方便地接入國際Internet，其享Internet網(wǎng)上的全部資源和各種服務(wù)。此外，還可以利用CHINANET網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和網(wǎng)上用戶群，經(jīng)營各種服務(wù)或組建本系統(tǒng)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。尤其是CHINANET為用戶提供友好的中文界面，便于用戶使用Internet的網(wǎng)絡(luò)資源。
　　
　　目前CHINANET正在加緊建設(shè)。整個(gè)CHINANET網(wǎng)絡(luò)備有充足的高速路由器來保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并采用先進(jìn)的安全技術(shù)來保證全網(wǎng)的安全性。目前網(wǎng)上用戶正在以每月新增加10萬個(gè)的速率增長?？梢韵嘈?，不久的將來CHINANET將成為國際上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的Internet網(wǎng)元。

三、星關(guān)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（SSNAP）
　　通過衛(wèi)星接入Internet有兩種方式：網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（NAP）間連接或在型Internet服務(wù)提供商（ISP）遠(yuǎn)程接入Internet，再通過衛(wèi)星對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)的小ISP提供連接。CHINANET在國內(nèi)NAP點(diǎn)之間用光纜連接，國際出口連接采用衛(wèi)星和海光纜相結(jié)合。衛(wèi)星接入Internet的關(guān)口站稱作星關(guān)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（SSNAP）。
　　
　　美國是Internet的發(fā)源地，Internet網(wǎng)上的大量信息都存在北美。通過通信衛(wèi)星即可直接建立和北美的高速直達(dá)Internet鏈路，這些鏈路可以是對(duì)稱的，也可以是不對(duì)稱的。一般來說，用戶向Internet發(fā)出的信息量小，而從Internet上得到的信息量都相對(duì)大得多。Internet業(yè)務(wù)的這種非對(duì)稱性，即收發(fā)兩個(gè)方向的業(yè)務(wù)量不同，衛(wèi)星傳輸很適應(yīng)這種特點(diǎn)。因此采用非對(duì)稱衛(wèi)星電路，使Internet與衛(wèi)星緊密結(jié)合，用戶就可以只為需要的帶寬付費(fèi)，節(jié)省了不必要的開支，所以使用非對(duì)稱衛(wèi)星電路接入Internet是非常有效和經(jīng)濟(jì)的。
　　
　　根據(jù)國際衛(wèi)星組織（INTELSAT）1999年統(tǒng)計(jì)，通過國際衛(wèi)星組織的空間段開通Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)量已占國際衛(wèi)星組織總業(yè)務(wù)量的15％。以亞太地區(qū)為例，共有近十個(gè)國家和地區(qū)租用INTELSAT空間段分別開通了雙向45Mbps和非對(duì)稱45：8Mbps到美國的Internet骨干電路，最多的為澳美骨干網(wǎng)達(dá)4×45Mbps，我國香港地區(qū)至美國達(dá)到5×45Mbps。
　　
　　中國電信從1996年1月開始采用2Mbps國際衛(wèi)星組織的衛(wèi)星電路接入Internet。
　　
　　1998年底，首次采用非對(duì)稱技術(shù)，開通了第一條發(fā)8Mbps，由45Mbps的Internet衛(wèi)星電路。到目前為止，已開通了從2Mbps到45Mbps不同速率的衛(wèi)星Internet電路20多條，總帶寬約為250Mbps。
　　
　　在開通高速非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)采用了ECL（發(fā)射體耦合邏輯）接口，HSSI是高速串行接口，ECL用來幫助HSSI實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)速率和低噪聲電平。HSSI可以處理在高速寬域網(wǎng)技術(shù)中多數(shù)使用的T3速率（45Mbps），HSSI的最大信號(hào)速率為52Mbps。
　　
　　按照傳統(tǒng)方法，用戶需要高速接入Internet時(shí)，可以與每個(gè)獨(dú)立的骨干網(wǎng)供應(yīng)商分別建立連接或者通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（NAP）與多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。但是，目前的NAP存在某些短時(shí)間難以解決的性能問題，并且通過某個(gè)單一的供應(yīng)商與其它網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，就意味你失云了主動(dòng)權(quán)，因?yàn)槟惚仨氁蕾嚬?yīng)商將你連接到你想要接入的其它網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　隨著專用網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)（PNAP）的出現(xiàn)，上述傳統(tǒng)解決方法中出現(xiàn)的問題就可以迎刃而解了。PNAP是通過單一的節(jié)點(diǎn)來管理維護(hù)連接到所有的主要Internet骨干供應(yīng)商，通過PNAP可以將其以最短的路徑用專門的設(shè)備連接到各個(gè)骨干網(wǎng)。
　　
　　星關(guān)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)（SSNAP）拓展了PNAP系統(tǒng)的能力，它可以使用戶通過衛(wèi)星技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這是北京地球站與美國布魯斯特地球站首次開通8：45Mbps非對(duì)稱Internet電路的實(shí)際路由。
　　
　　SSNAP的這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使用戶能在同一時(shí)間內(nèi)，以盡可能大的傳輸能力連接所有的骨干網(wǎng)。每一個(gè)供應(yīng)商的所有路由是通過CISCO7513系列交換路由器來收集的，它可以重新分配這些路由，以使用戶能通過最佳路由到達(dá)目的地。路由器是網(wǎng)絡(luò)層的重要設(shè)備，它可確定網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)姆较?，在網(wǎng)絡(luò)層信息的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)包叢個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳送到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。CISCO7204系列路由器是用戶關(guān)口睡由器，通過采用SDM-9000型衛(wèi)星高速M(fèi)ODEM并將其與關(guān)口路由器連接，方便地實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星與用戶的連接，所有的用戶網(wǎng)關(guān)路由器是通過采用CISCO接觸路由器CISCO5500系列交換，再經(jīng)高速以太網(wǎng)連接到CISCO7513系列交換路由器。
　　
　　四、結(jié)束語
　　中國電信開通衛(wèi)星Internet電路已四年有余，其質(zhì)量穩(wěn)定可靠。實(shí)踐證明 ，利用衛(wèi)星接入Internet骨干網(wǎng)，簡(jiǎn)單易行、成本低廉，對(duì)于緩解我國Internet骨干網(wǎng)擁擠狀況，提高上網(wǎng)速度有很大的幫助。
　　
　　衛(wèi)星通信具有覆蓋面廣，組網(wǎng)靈活，不受地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離大容量干線通信，大區(qū)域稀路由通信，無縫隙移動(dòng)通信等方面，都占據(jù)其他通信手段無法比擬的優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星通信的基本特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)決定它不僅在璀社會(huì)中，就是在未來的信息社會(huì)中，通過與地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的相互融合、相互補(bǔ)充必將成為天地一體的通信網(wǎng)中不可替代的重要成員。因此，Internet通過衛(wèi)星傳輸必將得到推廣，成為未來通信系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分。