基于QoS保證的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

高建國(guó)　崔錦茜

摘要：隨著通信領(lǐng)域的發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)以覆蓋面廣、受地理環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)受到現(xiàn)代信息交換的青睞。在空間通信技術(shù)不斷進(jìn)步的過程中，業(yè)務(wù)需求量大增，無(wú)線資源的有限性與業(yè)務(wù)需求的無(wú)線增長(zhǎng)之間矛盾越來(lái)越大，為了緩解這二者之間的矛盾，在進(jìn)行衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)的內(nèi)容就是提升多媒體傳輸?shù)馁|(zhì)量及速度，基于此，文章在Qos的基礎(chǔ)上，對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：QoS；衛(wèi)星通信技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)今，網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中已經(jīng)成為了不可替代的角色，通信、娛樂、購(gòu)物等都依賴于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網(wǎng)覆蓋無(wú)法很好地滿足人們不斷變化的需求。衛(wèi)星所具備的覆蓋面是非常廣的，在利用衛(wèi)星的基礎(chǔ)上構(gòu)建了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以便于滿足人們的需求。衛(wèi)星通信系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，速度是非?？斓模请S著業(yè)務(wù)量及人們對(duì)質(zhì)量要求的提升，衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要利用相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)來(lái)保證QoS。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)OoS要求

所謂QoS，是指在一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的集體行為上的一套質(zhì)量需求的集合。在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃赃M(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)用的就是服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，比如吞吐量、傳輸延遲、錯(cuò)誤率等。有限性是網(wǎng)絡(luò)資源一個(gè)顯著的特征，這促使用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，存在一定的競(jìng)爭(zhēng)性，由此就產(chǎn)生了服務(wù)質(zhì)量，對(duì)于服務(wù)質(zhì)量的外在體現(xiàn)，最為明顯的就是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)比較多時(shí)，說(shuō)明服務(wù)質(zhì)量比較高。服務(wù)質(zhì)量需要進(jìn)行提升，有效的手段就是提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在提供服務(wù)時(shí)，包含保證性服務(wù)和盡最大努力性服務(wù)兩種，所謂保證性服務(wù)，是指用戶在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠提供QoS保證，通常會(huì)通過確保QoS度量來(lái)實(shí)現(xiàn)保證；而盡最大努力性服務(wù)，QoS保證參數(shù)并不是一定要由網(wǎng)絡(luò)明確的提供。

對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行OoS指標(biāo)衡量時(shí)，所用到的參數(shù)包含時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、帶寬、丟包率、可靠性。發(fā)送方將數(shù)據(jù)包發(fā)出之后，一段時(shí)間之后接收方才能接到，傳輸過程中花費(fèi)的時(shí)間就是時(shí)延，當(dāng)時(shí)延越大時(shí)，接收方接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間就越長(zhǎng)，這對(duì)QoS的影響是比較大的；發(fā)送方和接收方在進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)，當(dāng)時(shí)延產(chǎn)生變化時(shí)，就形成了抖動(dòng)，當(dāng)存在抖動(dòng)時(shí)，就會(huì)影響收發(fā)緩存器的選擇，進(jìn)而導(dǎo)致重發(fā)等問題的發(fā)生，對(duì)傳輸?shù)耐ㄍ嘎试斐蓢?yán)重的影響；發(fā)送方和接收方數(shù)據(jù)包的傳輸會(huì)具備一定的傳輸速率，持續(xù)的最大傳輸速率就是帶寬，網(wǎng)絡(luò)基本設(shè)備會(huì)對(duì)帶寬產(chǎn)生一定的限制，同時(shí)，在同一條路徑上，當(dāng)共享的數(shù)據(jù)包越多時(shí)，帶寬所受到的影響越大；數(shù)據(jù)包傳輸?shù)倪^程中會(huì)產(chǎn)生丟包的現(xiàn)象，丟失的數(shù)據(jù)包與發(fā)送數(shù)據(jù)包總量之間的比值就是丟包率；衛(wèi)星通信系統(tǒng)受到天氣因素的影響非常小，因此，其可靠性并不會(huì)受到降雨等環(huán)境因素的影響，不過，系統(tǒng)的工作頻帶、功率電平等都會(huì)對(duì)可靠性產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到衛(wèi)星通信系統(tǒng)的QoS保證。

2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)中，采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為TCP/IP協(xié)議，因此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在進(jìn)行協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建時(shí)，也應(yīng)該以TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，同時(shí)，結(jié)合自身的特點(diǎn)，科學(xué)的進(jìn)行修改和擴(kuò)充。具體說(shuō)來(lái)，協(xié)議體系結(jié)構(gòu)包含5個(gè)層次：應(yīng)用層，主要的功能是進(jìn)行各種業(yè)務(wù)的處理；傳輸層，主要的功能是進(jìn)行控制，控制的對(duì)象有流量、擁塞等，保證數(shù)據(jù)包的正常傳輸；網(wǎng)絡(luò)層，制定相應(yīng)的路由策略；物理層，主要的功能是進(jìn)行功率控制、定向天線等。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，通過各個(gè)層功能的發(fā)揮，促進(jìn)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，在傳輸?shù)倪^程中，每個(gè)層都需要進(jìn)行QoS保證，以便于保證QoS的質(zhì)量，促進(jìn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展。

3 基于QoS保證的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 物理層傳輸技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，逐漸提升了傳輸速度的要求。用戶在利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，傳輸速度多由Ku波段和C波段來(lái)完成，不過隨著人們要求的提升，這兩個(gè)波段的傳輸速度已經(jīng)無(wú)法滿足要求，基于此，就需要在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，采用更高的波段。對(duì)此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用了信道編解碼技術(shù)，即使在信道條件比較差時(shí)，所具備的傳輸速度依然比較高，由此一來(lái)，各種多媒體業(yè)務(wù)的QoS要求就能夠很好地被滿足。對(duì)于不同的寬帶多媒體業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，其對(duì)傳輸質(zhì)量的要求也是不相同的，為了很好地滿足各種類型多媒體的要求，在進(jìn)信道編碼時(shí)，采用的為差錯(cuò)控制編碼，這種編碼的速度可以進(jìn)行變化。

3.2 數(shù)據(jù)鏈路層接入技術(shù)

對(duì)于多媒體業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，其服務(wù)質(zhì)量的保證需要通過無(wú)線通信系統(tǒng)的帶寬來(lái)保證。對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)說(shuō)，QoS保證的基本條件是將帶寬的利用效率提升，在進(jìn)行帶寬利用效率提升時(shí)，應(yīng)用了無(wú)線資源管理技術(shù)，這便是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。在信道運(yùn)行的過程中，天氣對(duì)其產(chǎn)生的影響是比較大的，而無(wú)線資源管理策略的制定與信道運(yùn)行有著一定的關(guān)聯(lián)性，因此，在選擇技術(shù)時(shí)，必須要充分地考慮天氣的因素，從而有效地避免無(wú)線資源管理策略的制定受到影響，這樣一來(lái)，在開展各項(xiàng)多媒體業(yè)務(wù)時(shí)，擁塞現(xiàn)象發(fā)生的可能性將會(huì)顯著降低，最大限度地避免了數(shù)據(jù)傳輸過程中丟包現(xiàn)象的發(fā)生，降低了丟包率。用戶在接入衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，會(huì)具有一定的時(shí)延，為了將時(shí)延減小，同時(shí)，有效地提升系統(tǒng)容量，就需要利用高效的接入算法。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，含有星間鏈路，當(dāng)衛(wèi)星間的連接處于相同的軌道上時(shí)，呈現(xiàn)出來(lái)的是靜態(tài)的，而當(dāng)處于不同的軌道上時(shí)，呈現(xiàn)出來(lái)的就是動(dòng)態(tài)的，由此一來(lái)，衛(wèi)星間的鏈路狀態(tài)信息就會(huì)不斷的變化。另外，衛(wèi)星處于太空環(huán)境中，衛(wèi)星鏈路受到背景噪聲的影響，具備非常高的錯(cuò)碼率，而且具備的時(shí)延也是非常大的，進(jìn)而導(dǎo)致星上所具備的處理能力和存儲(chǔ)能力都比較差，為了避免這些問題的存在，在網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用了路由技術(shù)，在適用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，制定完善的路由算法和路由協(xié)議。

3.4 移動(dòng)性管理

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的星地鏈路會(huì)發(fā)生切換，在切換的過程中，原有的接入點(diǎn)衛(wèi)星不再起作用，系統(tǒng)需要重新地選擇新的接入點(diǎn)衛(wèi)星，同時(shí)，還需要重新計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约熬W(wǎng)絡(luò)路由。對(duì)于星地鏈路的切換來(lái)說(shuō)，當(dāng)切換策略比較科學(xué)時(shí)，就可以以非?？斓乃俣葘簳r(shí)中斷的通信恢復(fù)，相反，當(dāng)策略的科學(xué)性比較差時(shí)，恢復(fù)就會(huì)比較慢?；诖耍托枰獙?duì)切換策略進(jìn)行有效的管理，一般以移動(dòng)性管理為主，這樣一來(lái)，在進(jìn)行切換時(shí)，系統(tǒng)所受到的影響就會(huì)比較少，從而有效地實(shí)現(xiàn)了QoS保證。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于人們不斷提升的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中需要保證QoS。當(dāng)前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為TCP/IP協(xié)議，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合衛(wèi)星的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)，通過相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，有效地滿足了QoS的要求，并且提升了資源的利用效率，促進(jìn)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展。