宽带卫星网络关键技术研究

【摘要】：卫星通信是一种先进的通信技术，具有将地球上绝大多数人口聚居区域互联起来的能力。二十世纪九十年代末期，人们开始对宽带卫星网络产生浓厚兴趣。由于Internet的空前繁荣和卫星通信技术自身的快速发展，宽带卫星网络将会在未来的一段时间中得到稳定、快速的发展。 宽带卫星网络也称为下一代卫星通信网络(Next Generation satellite networks)。当前的通信卫星系统大多是一种透明转发类型的卫星系统，通常为小型地面终端提供语音和低速的数据传输服务，或者为大型地面站提供高速、宽带数据通信服务。然而，技术的快速进步使得未来的卫星通信系统可以为小型地面终端提供宽带的Internet数据接入服务。当前，宽带卫星网络系统正在朝着两个方向进行相应的关键技术研究或正在部署之中：一种是高功率、大容量的基于星上交换的地球同步轨道(GEO)卫星通信系统；另一种由几十颗、上百颗低轨道(LEO)卫星簇构成的网络拓扑动态变化的星座网络。 本文对于这一领域的关键技术从四个方面进行了研究，取得了以下研究成果： (1) 在LEO卫星星座网络拓扑结构和路由算法的研究中，提出了一种称为蜘蛛网型的拓扑结构，并给出了相应的面向无连接业务的星上分组路由优化算法。该算法复杂度低，便于硬件实现，适于处理高速数据分组。仿真实验证明了它的优越性，对于构成大容量宽带卫星网具有重要实用价值。 (2) 在对宽带卫星网络TCP的性能进行深入分析的基础上，提出了具有主动区分业务能力的TCP-DiffServ方案。理论分析和仿真结果表明，该方案在突发性、公平性，以及抗击网络拥塞的能力等方面与已有技术相比都有明显的改善。 (3) 提出了一种宽带多媒体卫星资源调度策略。该策略可以从整体上提高ATM宽带卫星网络的信道利用率，显著减少UBR业务流端到端的延迟并能保证各类业务流的QoS。由于该调度算法分别在地面局部调度器和卫星全局调度器实现，并将大部分复杂计算功能集中在地面段，因此星上部分比较简单。仿真表明，它是一种简单而高效的调度算法。 (4) 基于发明专利提出了一种基于星上FDMA-CWTDM转换和电路交换大容量宽带VSAT卫星通信网新体制，并在该体制的系统仿真和模型研制方面做了一些实验工作。这种体制与已有的各种体制相比，具有许多吸引人的优点，在军用和民用方面都有很好的应用前景。