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卫星-CATV-Internet

2/14/2005来源:卫星通信人气:8763

何淑贞 王日远

本文作者何淑贞女士,信息产业部电信科学技术第四研究所高级工程师;王日远先生,高级工程师。
关键词:卫星传输 Internet 卫星internet 卫星-CATV-Internet

  Internet的发展正进入成熟期,但需要克服由于增长太快而带来的麻烦。Internet的三大困境主要来自于骨干网、接入网、服务器3大瓶颈。解决这三大瓶颈有多种方案,本文就现有成熟的技术——卫星通信与Internet结合、CATV与Internet结合这一组方案加以探讨。

一 Internet与卫星通信网的结合

1. Internet的困境

  Internet是一个计算机网络的网络(Network of Networks),即网际网。它是由许许多多ip自治域系统通过路由器互联构成复合的网络系统。这种网际网势必在网络和内容分布上都具有不平衡性,一方面表现在发达地区的网络设施较为健全,而边远地区网络设施稀少;另一方面表现在信息内容主要集中在少数发达地区。例如,美国是Internet的发源地,许多信息内容来自美国,因此,来自美国的带宽要比去美国的带宽要宽得多,IDC的大规模建设将加剧这种不平衡性。虽然采取加大带宽、提高交换速度、多播技术等一系列措施,但终究没有从根本上改变传递信息过程中的多跳、存储转发和点到点传输的工作模式。加之,Internet的大规模商用,网上内容的爆炸性增长,特别是流媒体的流行,给Internet带来骨干网阻塞,远程接入困难,内容分发、传递速度慢等诸多问题。

2. 卫星通信网与Internet的优势互补

  Internet的结构决定其不对称性,而卫星通信网具有广播特性,上、下行链路也不对称,且具有空间跨越大、覆盖面积大、远程连接、直接一次投送到户、实时传输等优点,而这正是目前Internet网所需求的。

  由表1可见,卫星通信是Internet网的重要补充,两者的结合是一种技术上的必然趋势。我们称这种结合为卫星Internet网。它的基础是VSAT系统,具有广播功能,以IP为网络服务平台,以Internet应用为服务对象。

3. 卫星Internet简介

a. 卫星Internet的组成

  卫星Internet的典型结构由一个专用的数据中心和一个星状的VSAT卫星网构成,见图1。



  数据中心的功能有:信息处理,即信息内容的获取、接收、封装、发布;系统管理,包括用户管理、用户认证、网络管理、计费。

  卫星网的功能有:双向通信,即为远程用户提供Internet接入服务;单向广播,数据广播、多播和投送;交互,一般通过地面网实现交互。

b. 卫星Internet的应用

  由图1可见,Internet上的信息通过数据中心进行一系列处理后,进入卫星地面站,由地面主站发往卫星,远端的用户,无论是集体用户还是个体用户,都可以通过卫星信道获取所要的信息内容;另一方面卫星也可以将用户所需的内容推送到用户的硬盘上,这一切也可以通过卫星Internet的运营商来完成。根据用户和业务的需要,卫星Internet可以通过增加上行载波数、卫星数、上行站数来保证网络的可扩展性。此时的卫星Internet可以作为一个开放、宽带、具有实时广播功能的网络平台,可以提供更广泛的服务。

  卫星Internet是以卫星线路为物理传输介质的IP网络系统,在IP层和物理层之间的链路层协议是DVB/MPEG-2。DVB通过扩充MPEG-2的复用部分和业务信息说明等功能,提供了视频、音频和数据复用的集成传输机制,使得DVB系统成为集视频、音频和数据于一体的多媒体系统。对于IP应用,通过数据封装/复用,将原始IP数据转换到DVB/MPEG-2传输流,从而使DVB成为支持Internet应用的一种重要载体。其中的封装器更成了IP世界和DVB世界的“红娘”。DVB标准的制定,对Internet和广播电视网的融合、特别是对卫星Internet的发展产生了极大的推动作用。

  基于DVB/MPEG-2的卫星Internet,通过54MHz转发器可获得45Mb/s左右的数据传输速率,加之其广播和复用功能,使Internet如虎添翼,借助卫星的功能飞向太空,使卫星Internet成为一种全新的网络系统和信息服务系统,卫星In-ternet具有VSAT、ISP、音频、视频广播等多种属性,它横跨电信、互联网和广播电视三大行业,可进行交互式应用,通过地面网络的外交互和卫星线路的内交互进行交互式应用,克服了Internet的瓶颈。

4. VSAT系统与Internet接入的几种方式

  VSAT是卫星通信中的主流技术,把卫星高速宽带广播的特点扩展到Internet的应用中,为众多新应用提供有效的解决方案。实际上,VSAT早已成为Internet的一部分。VSAT系统在Internet接入方面的应用有以下方式。

a. VSAT为大型ISP提供远程Internet连接

  卫星的不对称线路方案深受ISP欢迎。卫星Internet市场中的不对称卫星连接,其下行和上行业务量的比值约为8:1。由于美国是Internet网的发源地,据统计,目前大约80%的Internet信息内容存于美国本土的计算机上,一般从美国发出的分组数据业务约为接收的4~8倍。因此,世界各地的ISP需要来自美国的更多的带宽,而去美国的路由则相对少得多,显然卫星VSAT符合这一不对称需求,可为大型ISP提供远程Internet连接。

b. VSAT将Internet延伸到边远地区

  要将Internet用光纤延伸到边远地区或山区,在短时间内几乎是不可能的,而VSAT可以做到这一点。一颗同步卫星可覆盖全球1/3的范围,为通信能力不足等特殊环境提供点到点的相互连接,在大ISP和其下属的小ISP之间提供连接。这种连接主要在一个国家内部,例如中国科技网网络中心为它在全国的50多个入口点的连接,金桥信息网的VSAT服务网,中国教育网的高速卫星通道网等,都属于这种应用。

c. VSAT直接连到计算机

  由于卫星通信和计算机等一系列新技术的发展,形成以VSAT系统为基础的新构架,称为Direct to PC或PC-VSAT,卫星通过点到多点连接方式将ISP服务器直接连到用户计算机,使众多公司无论大小,甚至个人用户,均可利用空间数据通信的强大功能。

  其工作过程是:用户通过拨号方式访问数据库或网络,然后通过卫星接收天线和专用接收设备,用高达数百kb/s乃至数Mb/s的高速率接收、下载数据库或网上的信息。这种方式充分发挥了现有电话线的接入功能和卫星通信的广播功能。它具有易于安装、避免网络阻塞、价格便宜、下载通道容量大,以及具有与光纤近似的服务等级和IP广播服务等优点,因而成为发展的重点。

  卫星连到计算机业务的终端产品有:配有Modem的PC,卫星接收适配卡,小型卫星接收天线(口径只有60~90cm,可以装在个人用户的晾台上),系统软件等。

5. 卫星-Internet的独特优势

  现有两种加速Internet传输的卫星解决方案,一种是利用宽带卫星的双向传输,给用户提供16kb/s~2.048Mb/s的传输速率;另一种是利用卫星的高速下载和地面反馈的外交互的方式,它是基于当前Internet信息流量非对称性而提出的。对于当前常用的Internet业务,接收的数据远远大于发送的数据量,在这种传统的交互式卫星通信技术中,信息的往返传输都在同一种物理链路上实现,而在外交互式卫星通信技术中,则采用卫星链路作为下行数据链路,将其他通信网络,如电话拨号、局域网等作为上行链路,这大大缓解了Internet网的拥塞现象,并降低了整个系统的成本。

  卫星Internet的宽带应用有两个关键技术,多播技术和推技术,这是有别于其他地面网的。多播技术可以减少网络流量,降低网络堵塞的可能性。推技术,一是根据用户的要求提供信息,并发给用户;一是自动搜集用户最可能感兴趣的信息发送给用户。

  卫星Internet在传输信息时绕过了陆地电路,可以避开拥挤的公众电信网络,也可以不通过繁忙的海底电缆,而通过空中卫星链路到Internet下载文件,从而为Internet的发展开辟了空中通道。

  卫星Internet不对称线路方案可以使ISP根据其业务需求,灵活租用所需转发器的容量,成为ISP寻求访问在美国的Web“内容”的最佳途径。

  卫星的建设相对于光缆要快和经济得多。采用卫星链路接入Internet较光纤专线经济得多;对于点到多点的ISP的不对称业务,卫星是最经济、高效的解决方案,并且能很快地扩充业务;对于点到点的业务,卫星也比光纤经济有效。

  由于全球经济一体化的发展,跨国公司不断增多,短距离的Internet需求增多,通过卫星连接到骨干网的局域网越来越多。通过卫星Internet,可以把跨国公司的办公室连接起来,进行文件传递、远程学习和培训等应用。

  当Internet逐渐演变成广播媒体时,卫星Internet将大有用武之地,因为卫星本身就是一种有效的广播媒体,它具有从单个轨道位“广播”到全球1/3的独特功能。在Internet上进行信息传输,平均要经过15跳,丢包率有时要高达20%,其根本原因是Internet由许多独立的子网构成,信息在传递过程中需要多跳,每个节点是存储转发而不是直通。而卫星与Internet的结合,是“天—地”结合,通过卫星系统将内容投送到Internet的边缘,内容提供商(ICP)可以发送任何更新的音频或视频节目到用户,或将远程用户直接接入骨干网,从而解决骨干网阻塞和内容分发的问题。

二 卫星-CATV-Internet的结合

1. 卫星-CATV-Internet的新颖联姻

  目前,与Internet的连接方法主要是电话线连接和专线连接。电话线连接方式受限于线路速度,最高不超过56kb/s。且上网的费用对于老百姓来说还较高。专线的连接方式是指利用光缆、电缆、或卫星及微波等无线信道,或租用DDN专线将个人用户或单位的局域网接入Internet,专线连接的优点是可以建立一个站点,传输速度快,但联网费用昂贵,只适合于业务量大的单位和机构团体用户,不适合广大个体用户。

  为了寻求一种上网快、费用低、投资少、见效快的途径,我们发现了卫星与有线电视网相结合的新的连接Internet的方式。

  有线电视网的HFC网络是采用光纤和同轴电缆混合铺设的,具有成本低、信号质量好、频带宽的特点,给家庭用户高速、快捷上网开辟了一条新途径。

  通过有线电视网接入Internet,有线台要首先接入Internet,即有线台建立一个从Internet到有线网络的网关。有线台采用何种方法接入,将影响到整个网络用户的上网质量。显然,有线台采用普通电话线接入是不行的,只能选择专线接入,DDN专线是接到本地电信部门的Internet网关,由本地到信息来源地(www站点)之间,要经过很多路由,而且会受到国内Internet主干线路的速率限制,因此,用户去外地或国外站点时,速度依然较慢。再者,国内的许多中、小城市尚未开通Internet接入服务,无法申请到DDN专线。而利用卫星专线就可以解决这一难题。

  这种新的接入Internet的方法充分利用现有的CATV网的现状和卫星不对称单向广播的特点。具体来说就是:CATV仍然采用当前的单向传输,而卫星也采用单向广播传输,用户的回传信息则通过地面的Internet传送到信息源。采用这种方式,有线台就不必建立卫星上行站,而有线电视网也不必进行双向改造,这就大大降低了资金的投入,也大大地缩短了建网的时间。

2. 卫星与CATV相结合的系统

  由于Internet用户使用最多的操作是浏览www站点,具有下行数据量远远大于上行数据量的特点,这种卫星信道和有线网络都是单向传送下行数据,而利用拨号回传上行数据的结构正符合这一特点。其系统框图如图2所示。



  图2中的国际出口就是一个Internet高速接入供应商,在这里建立卫星上行的主站,下行数据经过发射天线送到卫星转发器。在有线电视台设立卫星接收站,把收到的数据经过电缆数据调制器、上变频器,变成有线电视网络需要的射频RF,用户在家中使用带有数据广播接收卡的计算机,将电缆中的信号解调并接收。同时用户的计算机配普通电话Modem,拨号到本地ISP,把用户的请求信息传送到对方。本地ISP在此起到路由的作用,沟通用户和远端的国际出口局。这样,从地面Internet上行到卫星与有线下行,构成了一条完整的双向数据通路。由于从卫星到有线整个信道具有宽带特点,且价格低廉,因此可让用户享受到高速上网的服务。

  有线电视台需配置的相关设备及技术要求有:有线电视台需要卫星接收天线和卫星数据接收机,根据所用的卫星信道选择C波段或Ku波段的天线;有线电视台还需配置数据广播的设备,其目的是把接收到的数据再转发出去,数据广播通常采用QPSK或QAM调制,在PAL制8MHz带宽内达到10~37Mb/s的速率。

  Internet接入供应商需安装卫星主站、相应的数据调制器,其接口是计算机网络接口。因从国外来的数据在这里也要分流,既同主干相连,又分别接卫星主站和一台代理服务器,需要加网关设备。其配置图如图3所示。本地ISP的作用是让用户接入Internet。在这种特殊系统下,用户需要两次登录,用户首先要与远端的代理服务器连通,通过用户认证之后,才能使用卫星高速下行的服务。如果没有本地ISP,用户就需要拨打长途电话到Internet接入供应商,取得认证。用户可以普通拨号上网登录取得认证,第二次登录就是通过本地ISP与代理服务器之间连接后采用Web页面的方式登录。



  用户端需配置计算机和数据广播接收卡,负责解调电缆上的信号。接收卡的界面为网络设备,支持TCP/IP协议,用户接入后,可像普通上网方式一样,使用各种上网软件如www浏览、电子邮件收发、FTP等。上行数据通过Modem发送出去,下行数据来自接收卡。

来源:《世界电信网络》