衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究

高健

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國全面進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)作為第三代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革命被列入新型基礎(chǔ)設(shè)施范圍，上升為國家戰(zhàn)略性工程。鑒于星間組網(wǎng)技術(shù)自主安全獨(dú)特需求，不可復(fù)制現(xiàn)有成熟技術(shù)。文章圍繞衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星間組網(wǎng)特性，從星間網(wǎng)絡(luò)、星間鏈路、星間通信協(xié)議和星間路由四個(gè)方面系統(tǒng)歸納國內(nèi)外衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，探討需要突破的組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展方向，為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展提供思路、借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng);組網(wǎng)技術(shù)

引言

互聯(lián)網(wǎng)作為 20 世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，深刻改變著人們的生產(chǎn)生活，有力推動(dòng)著社會(huì)發(fā)展。目前互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸方式主要依靠地面和海底光纖進(jìn)行有線傳輸，受地理?xiàng)l件限制，在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)、航空、航海等領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)無法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，因此衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的提出，有效的拓展了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，是針對(duì)固定互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)充。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)由于其特殊的戰(zhàn)略意義和商業(yè)價(jià)值，得到世界各國廣泛關(guān)注，各國爭(zhēng)先積極投入科研力量搶占目前稀缺的空間軌道和頻段資源，相繼將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)作為國家重要發(fā)展戰(zhàn)略，并發(fā)布了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃。

1概述

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信模塊的集成處理能力也得到很大提升，使通信節(jié)點(diǎn)的成本不斷下降。因而在實(shí)際的應(yīng)用中，如何通過僅部署低成本的通信節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)特定場(chǎng)景要求下的無線通信，并且能夠滿足信息采集、信息回傳等需求，已成為我們首先考慮的問題。

對(duì)于電網(wǎng)信息傳輸而言，其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是節(jié)點(diǎn)位置相對(duì)固定;二是通信信道基本為單徑信道，多普勒效應(yīng)不明顯;三是節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大且密度較高;四是數(shù)據(jù)量小，數(shù)量龐大，存在多用戶并發(fā)的狀況。除上述特點(diǎn)以外，很多的電力網(wǎng)絡(luò)中存在多用戶并發(fā)的情形，其并發(fā)量可能達(dá)到幾百甚至上千，因而就要求通信系統(tǒng)必須具備在短時(shí)間內(nèi)處理多用戶并發(fā)情況的能力。同時(shí)，考慮到電網(wǎng)的部署要求和其自身情況的特殊性，與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相類似的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法難以在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶崆安渴鹬胁捎?，因此，在?shí)際應(yīng)用中，就需要另外設(shè)計(jì)相應(yīng)的無線自組網(wǎng)通信協(xié)議。

在現(xiàn)有的無線自組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，802.15.4g是一種較為流行的通信協(xié)議，我們首先對(duì)802.15.4g進(jìn)行介紹，然后對(duì)無線自組網(wǎng)的物理層設(shè)計(jì)與路由技術(shù)進(jìn)行總體描述，最后給出當(dāng)前具有實(shí)用化特征的自組網(wǎng)結(jié)構(gòu)并對(duì)比其特點(diǎn)。

2衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究

2.1超密集組網(wǎng)雙連接技術(shù)

在宏微結(jié)合組網(wǎng)模式下，宏基站不負(fù)責(zé)微基站的用戶面數(shù)據(jù)處理，只提供控制面的集中統(tǒng)一控制，但是微基站作為無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，功率較低，覆蓋面較小，所以在微基站之間可能存在非連續(xù)覆蓋，這些非連續(xù)區(qū)域需要宏基站來進(jìn)行控制以及用戶面的數(shù)據(jù)承載，這就要求用戶終端能夠與宏微多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接，以減少小區(qū)間的切換，在控制面由主基站進(jìn)行控制，而在用戶面，雙連接的情況下由微基站提供數(shù)據(jù)承載，單連接情況下宏基站提供，這樣既解決了非連續(xù)覆蓋區(qū)域，又能夠很好的解決頻繁切換的問題。

基于雙連接的組網(wǎng)有兩種方案：第一種方案是終端的控制面RRC（無線資源控制）連接始終由宏基站負(fù)責(zé)維護(hù)，終端的用戶面與控制面分離，對(duì)帶寬需要較小，時(shí)延要求較高的語音業(yè)務(wù)等由宏基站進(jìn)行承載，對(duì)帶寬要求較大的4K視頻以及時(shí)延不敏感的其他業(yè)務(wù)由微基站負(fù)責(zé)，此方案中宏基站承載的數(shù)據(jù)方案不變，微基站承載的數(shù)據(jù)將由服務(wù)網(wǎng)關(guān)直接分流到微基站。第二種方案中終端控制面與第一種方案類似，采用宏微分別承載不同的業(yè)務(wù)，與方案一不同的是數(shù)據(jù)承載流程不一樣，由微小基站承載的數(shù)據(jù)僅將物理層、MAC層、RLC層劃分到微基站，匯聚層還是宏基站負(fù)責(zé)，承載的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)由宏基站通過PDCP（分組匯聚協(xié)議）分流到微基站。

兩種方案適用的場(chǎng)景各不一樣，第一種方案宏微基站與核心網(wǎng)均采用直連方案，所以時(shí)延較小，但是因?yàn)楹晡⒒鹃g要互相通信，核心網(wǎng)的信令會(huì)增多，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)可以采用第一種方案;第二種方案因?yàn)槌休d的業(yè)務(wù)均需要通過宏基站，數(shù)據(jù)要從微基站流向宏基站，則宏基站與微基站之間鏈路條件要求較好，如果鏈路條件差則會(huì)增加時(shí)延降低數(shù)據(jù)傳輸效率，該方案因?yàn)闇p少了基站功能，基站設(shè)備可以輕量化建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和部署方式上相對(duì)較靈活。

2.2回傳組網(wǎng)技術(shù)

5G回傳組網(wǎng)中，也有兩種不同的方案，一個(gè)是ODUFlex+FlexO方案，另一種是以太網(wǎng)。第一種方案支持10G、40G和200G中任意的通信接口，能夠按照不同的顆粒情況去進(jìn)行隔離切分。此外，還可以提供一些通道監(jiān)視，具備一定的保護(hù)作用。在以太網(wǎng)方案中，通過MAC和PHY之間的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，用于增強(qiáng)FlexEShim層，實(shí)現(xiàn)兩者之間的解耦，極大的提高了整個(gè)組網(wǎng)的靈活性。在應(yīng)用這項(xiàng)方式的時(shí)候，也能有效的解決LAG在傳輸中出現(xiàn)的容量不均勻的情況，按照接口的具體數(shù)據(jù)，利用實(shí)隙方式將調(diào)度分別發(fā)送到多個(gè)不同的子通道中，這樣也能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的相互隔離。從兩種方式的應(yīng)用情況，前者的適用范圍更廣，而且在結(jié)構(gòu)和功能上也顯得更為的簡化。

2.3 Zigbee技術(shù)

Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無線通信技術(shù)，能夠在不同類型的電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)收集。這種技術(shù)所采用的組網(wǎng)技術(shù)主要是自組織網(wǎng)，其實(shí)就相當(dāng)于是一隊(duì)傘兵在進(jìn)行空降訓(xùn)練，那么每一個(gè)人都持有Zigbee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)模塊終端降落到地面之后，他們需要進(jìn)行通信，那么他們所持有的網(wǎng)絡(luò)模塊就能夠進(jìn)行有效的通信。他們借助網(wǎng)絡(luò)模塊在通信范圍內(nèi)可以自動(dòng)尋找彼此，從而形成一個(gè)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)因?yàn)槿藛T在不斷移動(dòng)，整個(gè)聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)也會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，但是這種組網(wǎng)技術(shù)能夠自動(dòng)重新尋找通信對(duì)象，確定彼此之間的聯(lián)系能夠進(jìn)行及時(shí)刷新，這也是這種組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一。

2.4 Mesh網(wǎng)絡(luò)

Mesh是一種各節(jié)點(diǎn)以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的連接方式，將其分為全連接、部分連接的兩種Mesh網(wǎng)絡(luò)。

任意兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間均可直接通信，節(jié)點(diǎn)之間為固定路由且?guī)缀鯖]有“多跳”的產(chǎn)生。

全連接的網(wǎng)絡(luò)往往在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模非常小的情況下才能得以實(shí)現(xiàn)。全連接的網(wǎng)絡(luò)境況會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加而變得愈來愈復(fù)雜。因此，對(duì)于有線方式的Mesh網(wǎng)絡(luò)來說，由于其節(jié)點(diǎn)之間連接的電纜的數(shù)目非常多且繁雜，全連接的Mesh網(wǎng)路幾乎不存在實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)景。而部分連接的Mesh網(wǎng)絡(luò)中只有部分節(jié)點(diǎn)具有路由的功能，其他的節(jié)點(diǎn)只作為終端并不具備路由的能力，因此，在實(shí)際工程中常用的是部分連接的Mesh網(wǎng)絡(luò)。

3物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)的未來發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)多種多樣，其組成方式也有很多，每一種技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用的過程中也會(huì)根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的需求進(jìn)行科學(xué)選擇。每一種連接方式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用的過程中要進(jìn)行科學(xué)思考。目前，物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用在人們的日常生活中，對(duì)于各行各業(yè)也有著極大的影響。相信在未來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷應(yīng)用，該技術(shù)在未來將會(huì)有更大的發(fā)展前景。

結(jié)語

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)首次納入新基建范疇，已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略性工程。我國將從整體戰(zhàn)略統(tǒng)籌部署，打造完善的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。通過構(gòu)建良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，做好區(qū)域分工與協(xié)同，鼓勵(lì)企業(yè)不斷攻關(guān)突破核心關(guān)鍵技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。加快推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，企業(yè)自身加大科研創(chuàng)新力度和商業(yè)模式創(chuàng)新，推進(jìn)衛(wèi)星互聯(lián)和地面網(wǎng)絡(luò)的深度融合，實(shí)現(xiàn) 6G 技術(shù)的提前儲(chǔ)備與布局。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚美菱，吳蓬勃，張星，孫群中，孫青華.5G超密集組網(wǎng)的必然性和挑戰(zhàn)性分析[J].電信快報(bào)，2019（01）：12-14.