基于QoS保证的卫星通信系统关键技术研究

高建国　崔锦茜

摘要：随着通信领域的发展，卫星通信系统以覆盖面广、受地理环境影响小等优点受到现代信息交换的青睐。在空间通信技术不断进步的过程中，业务需求量大增，无线资源的有限性与业务需求的无线增长之间矛盾越来越大，为了缓解这二者之间的矛盾，在进行卫星通信系统的设计时，重点的内容就是提升多媒体传输的质量及速度，基于此，文章在Qos的基础上，对卫星通信系统的关键技术进行了研究。

关键词：QoS；卫星通信技术；关键技术

现今，网络在人们的生活中已经成为了不可替代的角色，通信、娱乐、购物等都依赖于网络进行，这导致传统的地面互联网覆盖无法很好地满足人们不断变化的需求。卫星所具备的覆盖面是非常广的，在利用卫星的基础上构建了卫星通信系统，以便于满足人们的需求。卫星通信系统在进行数据传输时，速度是非常快的，但是随着业务量及人们对质量要求的提升，卫星通信系统需要利用相应的关键技术来保证QoS。

1 卫星通信系统OoS要求

所谓QoS，是指在一个或多个对象的集体行为上的一套质量需求的集合。在对数据传输的速度和可靠性进行描述时，应用的就是服务质量参数，比如吞吐量、传输延迟、错误率等。有限性是网络资源一个显著的特征，这促使用户在使用网络资源时，存在一定的竞争性，由此就产生了服务质量，对于服务质量的外在体现，最为明显的就是网络业务，当网络业务比较多时，说明服务质量比较高。服务质量需要进行提升，有效的手段就是提升网络资源的利用效率。卫星通信网络在提供服务时，包含保证性服务和尽最大努力性服务两种，所谓保证性服务，是指用户在使用网络时，网络能够提供QoS保证，通常会通过确保QoS度量来实现保证；而尽最大努力性服务，QoS保证参数并不是一定要由网络明确的提供。

对于卫星通信系统来说，在进行OoS指标衡量时，所用到的参数包含时延、时延抖动、带宽、丢包率、可靠性。发送方将数据包发出之后，一段时间之后接收方才能接到，传输过程中花费的时间就是时延，当时延越大时，接收方接收到数据包的时间就越长，这对QoS的影响是比较大的；发送方和接收方在进行数据包的传输时，当时延产生变化时，就形成了抖动，当存在抖动时，就会影响收发缓存器的选择，进而导致重发等问题的发生，对传输的通透率造成严重的影响；发送方和接收方数据包的传输会具备一定的传输速率，持续的最大传输速率就是带宽，网络基本设备会对带宽产生一定的限制，同时，在同一条路径上，当共享的数据包越多时，带宽所受到的影响越大；数据包传输的过程中会产生丢包的现象，丢失的数据包与发送数据包总量之间的比值就是丢包率；卫星通信系统受到天气因素的影响非常小，因此，其可靠性并不会受到降雨等环境因素的影响，不过，系统的工作频带、功率电平等都会对可靠性产生影响，进而影响到卫星通信系统的QoS保证。

2 卫星通信系统协议体系结构

在当前的互联网中，采用的协议标准为TCP/IP协议，因此，卫星通信系统在进行协议体系结构的构建时，也应该以TCP/IP协议结构为基础，同时，结合自身的特点，科学的进行修改和扩充。具体说来，协议体系结构包含5个层次：应用层，主要的功能是进行各种业务的处理；传输层，主要的功能是进行控制，控制的对象有流量、拥塞等，保证数据包的正常传输；网络层，制定相应的路由策略；物理层，主要的功能是进行功率控制、定向天线等。在整个数据传输的过程中，通过各个层功能的发挥，促进数据包传输的实现，在传输的过程中，每个层都需要进行QoS保证，以便于保证QoS的质量，促进卫星通信系统的发展。

3 基于QoS保证的卫星通信系统关键技术

3.1 物理层传输技术

随着通信技术的发展，人们在进行数据传输时，逐渐提升了传输速度的要求。用户在利用卫星通信系统进行数据传输时，传输速度多由Ku波段和C波段来完成，不过随着人们要求的提升，这两个波段的传输速度已经无法满足要求，基于此，就需要在进行数据传输时，采用更高的波段。对此，卫星通信系统采用了信道编解码技术，即使在信道条件比较差时，所具备的传输速度依然比较高，由此一来，各种多媒体业务的QoS要求就能够很好地被满足。对于不同的宽带多媒体业务来说，其对传输质量的要求也是不相同的，为了很好地满足各种类型多媒体的要求，在进信道编码时，采用的为差错控制编码，这种编码的速度可以进行变化。

3.2 数据链路层接入技术

对于多媒体业务来说，其服务质量的保证需要通过无线通信系统的带宽来保证。对于数据链路层来说，QoS保证的基本条件是将带宽的利用效率提升，在进行带宽利用效率提升时，应用了无线资源管理技术，这便是一项关键的技术。在信道运行的过程中，天气对其产生的影响是比较大的，而无线资源管理策略的制定与信道运行有着一定的关联性，因此，在选择技术时，必须要充分地考虑天气的因素，从而有效地避免无线资源管理策略的制定受到影响，这样一来，在开展各项多媒体业务时，拥塞现象发生的可能性将会显著降低，最大限度地避免了数据传输过程中丢包现象的发生，降低了丢包率。用户在接入卫星通信网络中时，会具有一定的时延，为了将时延减小，同时，有效地提升系统容量，就需要利用高效的接入算法。

3.3 网络层路由技术

在卫星通信系统中，含有星间链路，当卫星间的连接处于相同的轨道上时，呈现出来的是静态的，而当处于不同的轨道上时，呈现出来的就是动态的，由此一来，卫星间的链路状态信息就会不断的变化。另外，卫星处于太空环境中，卫星链路受到背景噪声的影响，具备非常高的错码率，而且具备的时延也是非常大的，进而导致星上所具备的处理能力和存储能力都比较差，为了避免这些问题的存在，在网络层应用了路由技术，在适用卫星网络的基础上，制定完善的路由算法和路由协议。

3.4 移动性管理

卫星通信系统中的星地链路会发生切换，在切换的过程中，原有的接入点卫星不再起作用，系统需要重新地选择新的接入点卫星，同时，还需要重新计算网络拓扑以及网络路由。对于星地链路的切换来说，当切换策略比较科学时，就可以以非常快的速度将暂时中断的通信恢复，相反，当策略的科学性比较差时，恢复就会比较慢。基于此，就需要对切换策略进行有效的管理，一般以移动性管理为主，这样一来，在进行切换时，系统所受到的影响就会比较少，从而有效地实现了QoS保证。

4 结语

对于人们不断提升的网络质量要求来说，卫星通信系统在运行的过程中需要保证QoS。当前，卫星通信系统采用的协议标准为TCP/IP协议，在此基础上，结合卫星的特点进行改进，同时，通过相应关键技术的应用，有效地满足了QoS的要求，并且提升了资源的利用效率，促进了卫星通信系统的发展。