基于QoS保證的衛星通信系統關鍵技術研究

高建國　崔錦茜

摘要：隨著通信領域的發展，衛星通信系統以覆蓋面廣、受地理環境影響小等優點受到現代信息交換的青睞。在空間通信技術不斷進步的過程中，業務需求量大增，無線資源的有限性與業務需求的無線增長之間矛盾越來越大，為了緩解這二者之間的矛盾，在進行衛星通信系統的設計時，重點的內容就是提升多媒體傳輸的質量及速度，基于此，文章在Qos的基礎上，對衛星通信系統的關鍵技術進行了研究。

關鍵詞：QoS；衛星通信技術；關鍵技術

現今，網絡在人們的生活中已經成為了不可替代的角色，通信、娛樂、購物等都依賴于網絡進行，這導致傳統的地面互聯網覆蓋無法很好地滿足人們不斷變化的需求。衛星所具備的覆蓋面是非常廣的，在利用衛星的基礎上構建了衛星通信系統，以便于滿足人們的需求。衛星通信系統在進行數據傳輸時，速度是非常快的，但是隨著業務量及人們對質量要求的提升，衛星通信系統需要利用相應的關鍵技術來保證QoS。

1 衛星通信系統OoS要求

所謂QoS，是指在一個或多個對象的集體行為上的一套質量需求的集合。在對數據傳輸的速度和可靠性進行描述時，應用的就是服務質量參數，比如吞吐量、傳輸延遲、錯誤率等。有限性是網絡資源一個顯著的特征，這促使用戶在使用網絡資源時，存在一定的競爭性，由此就產生了服務質量，對于服務質量的外在體現，最為明顯的就是網絡業務，當網絡業務比較多時，說明服務質量比較高。服務質量需要進行提升，有效的手段就是提升網絡資源的利用效率。衛星通信網絡在提供服務時，包含保證性服務和盡最大努力性服務兩種，所謂保證性服務，是指用戶在使用網絡時，網絡能夠提供QoS保證，通常會通過確保QoS度量來實現保證；而盡最大努力性服務，QoS保證參數并不是一定要由網絡明確的提供。

對于衛星通信系統來說，在進行OoS指標衡量時，所用到的參數包含時延、時延抖動、帶寬、丟包率、可靠性。發送方將數據包發出之后，一段時間之后接收方才能接到，傳輸過程中花費的時間就是時延，當時延越大時，接收方接收到數據包的時間就越長，這對QoS的影響是比較大的；發送方和接收方在進行數據包的傳輸時，當時延產生變化時，就形成了抖動，當存在抖動時，就會影響收發緩存器的選擇，進而導致重發等問題的發生，對傳輸的通透率造成嚴重的影響；發送方和接收方數據包的傳輸會具備一定的傳輸速率，持續的最大傳輸速率就是帶寬，網絡基本設備會對帶寬產生一定的限制，同時，在同一條路徑上，當共享的數據包越多時，帶寬所受到的影響越大；數據包傳輸的過程中會產生丟包的現象，丟失的數據包與發送數據包總量之間的比值就是丟包率；衛星通信系統受到天氣因素的影響非常小，因此，其可靠性并不會受到降雨等環境因素的影響，不過，系統的工作頻帶、功率電平等都會對可靠性產生影響，進而影響到衛星通信系統的QoS保證。

2 衛星通信系統協議體系結構

在當前的互聯網中，采用的協議標準為TCP/IP協議，因此，衛星通信系統在進行協議體系結構的構建時，也應該以TCP/IP協議結構為基礎，同時，結合自身的特點，科學的進行修改和擴充。具體說來，協議體系結構包含5個層次：應用層，主要的功能是進行各種業務的處理；傳輸層，主要的功能是進行控制，控制的對象有流量、擁塞等，保證數據包的正常傳輸；網絡層，制定相應的路由策略；物理層，主要的功能是進行功率控制、定向天線等。在整個數據傳輸的過程中，通過各個層功能的發揮，促進數據包傳輸的實現，在傳輸的過程中，每個層都需要進行QoS保證，以便于保證QoS的質量，促進衛星通信系統的發展。

3 基于QoS保證的衛星通信系統關鍵技術

3.1 物理層傳輸技術

隨著通信技術的發展，人們在進行數據傳輸時，逐漸提升了傳輸速度的要求。用戶在利用衛星通信系統進行數據傳輸時，傳輸速度多由Ku波段和C波段來完成，不過隨著人們要求的提升，這兩個波段的傳輸速度已經無法滿足要求，基于此，就需要在進行數據傳輸時，采用更高的波段。對此，衛星通信系統采用了信道編解碼技術，即使在信道條件比較差時，所具備的傳輸速度依然比較高，由此一來，各種多媒體業務的QoS要求就能夠很好地被滿足。對于不同的寬帶多媒體業務來說，其對傳輸質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，在進信道編碼時，采用的為差錯控制編碼，這種編碼的速度可以進行變化。

3.2 數據鏈路層接入技術

對于多媒體業務來說，其服務質量的保證需要通過無線通信系統的帶寬來保證。對于數據鏈路層來說，QoS保證的基本條件是將帶寬的利用效率提升，在進行帶寬利用效率提升時，應用了無線資源管理技術，這便是一項關鍵的技術。在信道運行的過程中，天氣對其產生的影響是比較大的，而無線資源管理策略的制定與信道運行有著一定的關聯性，因此，在選擇技術時，必須要充分地考慮天氣的因素，從而有效地避免無線資源管理策略的制定受到影響，這樣一來，在開展各項多媒體業務時，擁塞現象發生的可能性將會顯著降低，最大限度地避免了數據傳輸過程中丟包現象的發生，降低了丟包率。用戶在接入衛星通信網絡中時，會具有一定的時延，為了將時延減小，同時，有效地提升系統容量，就需要利用高效的接入算法。

3.3 網絡層路由技術

在衛星通信系統中，含有星間鏈路，當衛星間的連接處于相同的軌道上時，呈現出來的是靜態的，而當處于不同的軌道上時，呈現出來的就是動態的，由此一來，衛星間的鏈路狀態信息就會不斷的變化。另外，衛星處于太空環境中，衛星鏈路受到背景噪聲的影響，具備非常高的錯碼率，而且具備的時延也是非常大的，進而導致星上所具備的處理能力和存儲能力都比較差，為了避免這些問題的存在，在網絡層應用了路由技術，在適用衛星網絡的基礎上，制定完善的路由算法和路由協議。

3.4 移動性管理

衛星通信系統中的星地鏈路會發生切換，在切換的過程中，原有的接入點衛星不再起作用，系統需要重新地選擇新的接入點衛星，同時，還需要重新計算網絡拓撲以及網絡路由。對于星地鏈路的切換來說，當切換策略比較科學時，就可以以非常快的速度將暫時中斷的通信恢復，相反，當策略的科學性比較差時，恢復就會比較慢。基于此，就需要對切換策略進行有效的管理，一般以移動性管理為主，這樣一來，在進行切換時，系統所受到的影響就會比較少，從而有效地實現了QoS保證。

4 結語

對于人們不斷提升的網絡質量要求來說，衛星通信系統在運行的過程中需要保證QoS。當前，衛星通信系統采用的協議標準為TCP/IP協議，在此基礎上，結合衛星的特點進行改進，同時，通過相應關鍵技術的應用，有效地滿足了QoS的要求，并且提升了資源的利用效率，促進了衛星通信系統的發展。