航空衛星網路

航空衛星網路是指由使用導航專用L波段的通訊衛星應答器和分布在赤道上空的3顆地球同步通訊衛星組成的。它的波段上下限分別為1544~59兆赫和1645~60兆赫。這個系統能為在北緯75°至南緯75°間飛行的所有飛機提供可靠的空—地通訊，飛行路線高於上述緯度的飛機不能使用這些衛星，因為地球的曲率擋住飛機同衛星的直線聯繫。

航空衛星網路能為空中交通指揮員自動提供在其指揮下的所有飛機的方位和高度，當然，這些飛機必須裝有對應航空衛星系統的設備。

基本介紹

• 中文名：航空衛星網路
• 外文名：Aeronautical satellite network

簡介

航空衛星網路的早期模式是通過高軌道衛星作為中繼轉發，隨著技術的發展，星間鏈路寬頻直接通信逐步得到套用。美國國防部建立的全球信息柵格（GIG）中的一個重要組成就是衛網路。航空衛星通信網路包括三大部分：衛星星座網路、衛星與飛機通信網路和衛星與地面通信網路。

衛星星座網路

衛星星座網路的基礎是衛星的星座設計，在此基礎上，可以實現星際網路。

衛星星座設計

衛星星座設計可以追溯到1945年AahurC Clarker提出的3顆同步軌道衛星準全球通信，並在後來得到了發展和套用(INMARSAT系統)。同步軌道衛星覆蓋區域廣，但由於距離較遠不能支持實時性強的業務，而其不能覆蓋極地區域，因此，發展中低軌道衛星的區域覆蓋、間斷覆蓋、極地覆蓋和寬頻實時通信是衛星星座設計的重點。

當前套用的主要衛星星座的設計是單層星座設計，設計和套用系統：

（1）Walker傾斜軌道星座設計，套用於Globalstar系統、ICO系統、LEO ONE系統、Celestri系統、GIPSE系統等；

（2）極軌道星座，套用於“銥”星系統、Teledesic系統等；

（3）橢圓軌道星座，套用於高緯度地區，套用系統有Ellipso系統。

單層星座設計雖然得到了廣泛套用，但也存在一些問題，主要有：

（1）衛星數量增加，導致了傳輸試驗指標的增加，部分地區會出現通信阻塞，甚至是通信終端；

（2）單層星座的抗毀性較差。

多層星座設計的提出是為了滿足多業務、可靠地骨幹傳輸和全球覆蓋綜合網路需求。主要設計：

（1）基於MEO/LEO組成的雙層衛星網路(DLSC)；

（2）衛星疊加衛星網路(SOS)；

（3）具有星際鏈路的LEO&MEO雙層衛星網路；

（4）多層星座結構(MLSN)。

主要套用系統有：

（1）波音公司提出的SpaceWay系統，包含16顆GEO衛星和20顆MEO衛星組成的網路；

（2）Motorola公司提出的Rosetelesat，包含13顆LEO衛星和6顆GEO衛星組成的網路；

（3）GESN、GNSS和WEST系統也是由MEO衛星和GEO衛星組成的網路。

分散式衛星設計，即編隊飛行衛星群設計，是為了單個衛星的信息處理負擔，增強衛星通信的抗毀能力和抗干擾能力。分散式衛星設計需要建立在衛星自主定位、定規和運行技術和編隊管理技術之上。分散式衛星設計當前還處於驗證階段。

星際鏈路組網

星際鏈路(ISL)是當前衛星骨幹通信的重要模式，其組網的層次模型是由OSI標準模型的三個子層組成，如右圖所示。星際鏈路組網主用用於多層星座設計和分散式衛星設計，星際鏈路的建立可以使航空衛星通信不需要依賴於地面網路傳輸，且可以建立逐步脫離地面網路的獨立衛星網路。

星際鏈路組網模型

星際鏈路組網的結構主要有星形、傘形和環形，如右下圖所示。星間鏈路需要寬頻帶、低延時通信，主要使用微波、毫米波或雷射通信。星際鏈路組網的路由協定分為兩類，一是軌道內星際鏈路路由，這類鏈路連線比較固定，一般覆蓋軌道內的2顆~4顆衛星，路由協定可以仿效Ad Hoc路由協定OSPF(最短路徑最佳化協定)和RIP(路由信息協定)進行設計；二是軌道間的星際鏈路，這類鏈路連線動態變化性較強，衛星間的相對位置存在變化性，因此鏈路連線會出現很多次的切換，路由協定的設計需要根據衛星運行的預期、周期和規則進行，可以仿效Internet中的距離向量協定設計，但需要降低協定流量信息。

星際鏈路組網結構

總結星際鏈路設計的方法：①自適應路由設計，主要根據衛星動態鏈路來設計；②固定路由設計，針對固定衛星鏈路連線設計；③ATM路由，針對點到點星際通信設計；④衛星群域內IP路由，主要針對衛星鏈路覆蓋設計；⑤DAMA路由，針對軍用衛星的動態性和大容量設計；⑥基於狀態機的路由設計，將星際網路按照層次化劃分設計，主要針對大型多層衛星星座設計。

衛星與飛機通信網路

衛星與飛機間的通信一般採用L頻段、Ku頻段和Ka頻段，此類通信網路可視為空基行動網路。

衛星與飛機通信網路路由模式與Ad Hoc類似，不同之處在於衛星平台是飛機接人的核心節點，在飛機和衛星相對位置不斷發生變化時，會發生飛機接入衛星的切換，可能是衛星的主動切換，也可能是飛機的主動切換，路由切換算法有覆蓋域切換重新路由協定(FHRP)。飛機切換接入節點的模式與蜂窩網中用戶的基站切換是類似的，涉及到地面站因素，則產生4種切換模式：同一基站衛星內不同波束切換，同一基站同一衛星波束間切換，不同基站不同衛星波束間切換。

如右圖所示。圖a為同基站同衛星波束間切換；圖b為同基站不同衛星波束間切換；圖c為不同基站同衛星波束間切換；同d為不同基站不同衛星波束間切換。

飛機與衛星網路接入切換模式

空基行動網路的特點是高速動態變化、資源費對稱、網路結構不完整。

高速動態變化是指飛機處於高速運行狀態，導致飛機接入衛星節點也處於一種跳變模式，非常明顯的例子就是在中低軌道衛星的通信中，即便是在同步軌道衛星通信中，在8個時區跨度內至少會出現一次衛星節點切換。因此，此時的網路是一種高速動態跳變網路。

衛星與飛機通信網路的資源非對稱性是指兩個平台間的可用通信資源、發射功率和存儲容量以及處理能力非對稱，因此在鏈路設計時必須考慮性能較低一方的通信可承載性。

網路結構的不完整性是指網路的節點分布可能是稀疏的、非全連線模式。因此，無論是衛星節點還是飛機節點的變化都會影響整個網路的連線，有時還必須採用中繼傳輸模式完成網路的對接。

衛星與地面通信網路

衛星與地面通信網路有三種部署模式：一是衛星一對多地面站組網；二是地面站一對多衛星組網；三是衛星與地面站多對多組網。此外的通信組網路由模式與廣播衛星通信是一致的。