一种星上组播交换结构的性能分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ATM(SatelliteATM)传输体制。组播的传输与交换都在卫星ATM的环境中进行。由于卫星ATM是面向连接的，所以在卫星组网的环境中，同一组中的用户发送信息是面向端到端连接。也就是说卫星组播通信也是面向连接的。关于组播技术的研究主要集中在组播交换结构[2，3]、调度算法[4，5，6]、组播路由算法[7，8]和密钥管理等方面[9，10]。GROUP2GROUP1图1-1IP组播拓扑图1.1.2GEO卫星通信技术GEO卫星是轨道对地距离大于35,800km的卫星，它轨道面处于赤道平面，运行周期与地球同步。由于卫星的高度大，因而一颗卫星对地球的面积超过全球面

2、积的42.2%。因此理论上只需设置三颗通信卫星就可以建立起除两极地区以外的全球通信。如图1-2所示。由于卫星相对于地球表面是静止的，因此地球站不需要复杂的跟踪系统就能使天线对准卫星。使得GEO卫星非常适用于广播。这是采用GEO卫星进行卫星组播的主要因素。GEO通信中多普勒频移可以忽略；通信连续，通信中不需要更换卫星。因大气厚度一般认为是6km，因此绝大部分2哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的通信信道位于自由空间，信道特性稳定。GEO通信卫星的最大容量可以达到4.5Gbps或更高。例如已经实现的DBS-TV业务。这一点可与光纤的容量相比。但是GEO的通信灵活性更强。GEO卫星的信道容量的增大

3、得益于卫星的高能发射器和地面的高增益天线。并且地面的天线已可做到用直径为0.5m的抛物面天线接收信号。而且还可以做到移动通信中使用的小天线。GEO卫星赤道地球12,752kmGEO卫星GEO卫星图1-2三颗GEO卫星覆盖整个地球表面由于卫星的高度大，信号的传输损耗和传输时延都较大。这种固有双程延时为0.54s。传输延时大是同轨卫星的一大缺点。在通信电话线路中，大的传输延时除了产生使双方的通话重叠而感到不习惯的现象外，更主要的是会出现严重的回波损耗。对于大的数据业务，大的延时会产生同步问题。1.1.2宽带多媒体通信卫星系统新一代宽带多媒体通信卫星系统（简称宽带卫星系统）由一颗GEO宽带多媒

4、体卫星、地面终端、关口站和网络控制中心NCC组成。如图1-3所示。3哈尔滨工业大学工学硕士学位论文宽带卫星系统采用ATM传输交换体制，通过标准接口与地面网络互联互通，可以为系统用户提供视频、话音、数据通信及宽带Internet接入等各类服务，并且支持单播和组播业务。宽带卫星系统采用32个业务波束覆盖全国，每个波束对应一路转发器，一路转发器带宽是128MHz；此外，还有1个网管波束与网控中心进行网管信息交互。本系统上行采用MF-TDMA多址方式，每个点波束包含50个子载波，每个子载波带宽为2Mbps，在一个子载波内采用TDMA接入，可以支持16kbps~2Mbps的终端上行速率；根据带宽预

5、分配的情况，关口站可以支持2Mbps~100Mbps的上行速率。下行采用TDM多路复用方式，每个波束采用单载波，支持100Mbps的数据速率。某个波束内是否设置关口站根据该地区业务量而定。图1-3新一代宽带多媒体卫星系统网络拓扑结构示意图宽带卫星系统的地面段主要由网络控制中心（NCC），关口站(Gateway)和用户终端(UserTerminal，UT)三部分组成。空间段由一颗带有星上处理和交换功能的GEO卫星组成，地面终端或关口站发来的信号经过数字下变频和多路群解调，形成50路2Mbps速率的基带信息流，再经过输入处理（包括上行调度，多路复用等），形成100Mbps的高速串行数据流进入

6、星上交换机；星上交换机根据连接建立时形成的VP/VC翻译表进行波束交换和信头转换，把信元交换到相应的点波束，经过下行调度、编码、TDM复用、调制、上变频和放大后，送入卫星下行信道。VPI/VCI对应表从地面网络控制中心(NCC)获得。如图1-4所示。随着Internet的发展，网络越来越朝着高速通信、多媒体通信、即时通4哈尔滨工业大学工学硕士学位论文信和无线通信方向发展。利用宽带多媒体卫星通信的无线广播能力可以进行高容量数据用户组网，使得不同地域的用户进行有效通信。卫星组播的引入可以有效地使得单位组播群的上行数据占用带宽减小，从而使得卫星支持的组播或单播用户数增加，即用户容量增加[11]

7、。欧洲的TVB-S2就成功应用了卫星IP组播[12，13]。卫星组播技术具体涉及到组播交换技术[14]，组播组管理体制[15]，组播组密钥管理技术[16]和可靠组播体制[17]等的研究。30副反射面接收天线50路多载波数字信号50路基带信息流，每路2.048Mbps1.1.2Mbps时分复用数字信号3.2G星载交换机102.4Mbps时分复用数字信号单载波模拟信号单载波射频信号30副反射面发射天线上行波束1下变频中频A/D多载波解调