組播技術(shù)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響范文

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近年來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。在IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中，很多是高帶寬的應(yīng)用,這就需要采用IPMulticast（組播、多播或多路廣播技術(shù)）技術(shù)來解決帶寬的急劇消耗和網(wǎng)絡(luò)擁擠的問題。在我國(guó)已經(jīng)建成或正在建設(shè)的衛(wèi)星通信網(wǎng)中，IP業(yè)務(wù)都是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單播或全網(wǎng)廣播。隨著衛(wèi)星通信網(wǎng)和地面IP網(wǎng)絡(luò)的融合、接入，組播方式的作用日益突出，已成為衛(wèi)星通信正在研究的重要內(nèi)容之一。本文對(duì)IP組播作了綜合的介紹，結(jié)合筆者的研究，詳細(xì)描述了衛(wèi)星通信中IP組播的多種實(shí)現(xiàn)方式。

1基于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的IP組播模型

衛(wèi)星通信和傳統(tǒng)的地面IP有線網(wǎng)絡(luò)通信相比較，具有很多優(yōu)點(diǎn)。衛(wèi)星通信中可以應(yīng)用單播、廣播、組播傳輸IP網(wǎng)絡(luò)信息。使用單播（Unicast）傳輸時(shí)，在發(fā)送者和接收者之間需要單獨(dú)的一對(duì)全雙工衛(wèi)星通信信道。如果有大量主機(jī)同時(shí)希望獲得數(shù)據(jù)包的同一份拷貝時(shí)，則需要使用多路全雙工的衛(wèi)星通信信道來完成，這就需要增加硬件和帶寬等珍貴的資源。使用廣播（Broadcast）傳輸時(shí)，只能在IP子網(wǎng)內(nèi)廣播數(shù)據(jù)包，所有在子網(wǎng)內(nèi)部的主機(jī)都將收到這些數(shù)據(jù)包。廣播意味著網(wǎng)絡(luò)向子網(wǎng)主機(jī)都投遞一份數(shù)據(jù)包，不論這些主機(jī)是否樂于接收該數(shù)據(jù)包。

廣播的使用范圍非常小，只在本地子網(wǎng)內(nèi)有效，因?yàn)槁酚善鲿?huì)封鎖廣播通信，也就是廣播不能跨越不同的網(wǎng)段傳輸，現(xiàn)實(shí)中不跨越網(wǎng)段的傳輸模式應(yīng)用很少。在目前流行的單向信息流量較大（業(yè)務(wù)信息）而反方向信息流量小（主要是路由協(xié)議和管理信息）的多種IP組播業(yè)務(wù)中，單播和廣播存在的缺陷根本不能實(shí)現(xiàn)這些需求，而組播則可以滿足需求。衛(wèi)星通信信道為全雙工的通道，對(duì)于信息量大的方向，可以使用高帶寬、高速率的資源，而信息量小的方向使用低帶寬、低速率的資源。

衛(wèi)星通信中典型的IP組播傳輸模型如圖1所示。關(guān)鍵設(shè)備寬帶調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)信息的調(diào)制和解調(diào)功能；IP加速器對(duì)空間傳輸鏈路上的IP報(bào)文進(jìn)行加速，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量；保密機(jī)實(shí)現(xiàn)IP報(bào)文的加密和解密；路由器實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)在IP網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián)互通。由于寬帶信道、IP加速器、IP加密機(jī)都工作在TCP/IP協(xié)議族的物理層或數(shù)據(jù)鏈路層，在IP業(yè)務(wù)傳輸過程中只做比特流的透明傳輸或者簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制，不具備IP報(bào)文的具體尋路工作，因此，可以將圖1的模型簡(jiǎn)化為圖2的模型。在衛(wèi)星組播發(fā)送站和接收站中接入不同的IP組播業(yè)務(wù)終端，通過路由器生成的多播路由表來尋路，實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的組播傳輸。各衛(wèi)星地球站使用支持組播功能的路由器（以Cisco2801系列為例）作為接入點(diǎn)。

2衛(wèi)星通信中IP組播的規(guī)劃

根據(jù)圖1進(jìn)行通信資源的規(guī)劃，建立好衛(wèi)星通信傳輸鏈路。根據(jù)圖2進(jìn)行IP地址的規(guī)劃。研究工作以音視頻業(yè)務(wù)組播為例（其他組播業(yè)務(wù)與之雷同），其傳輸方案為：音視頻信號(hào)通過IP編碼器接入衛(wèi)星組播發(fā)送站，以IP組播報(bào)文的形式途徑衛(wèi)星通信鏈路傳輸，衛(wèi)星組播接收站1和2同步接收組播報(bào)文，經(jīng)過IP解碼器還原出音頻信號(hào)。

2.1通信資源規(guī)劃配置衛(wèi)星組播發(fā)送站的衛(wèi)星通道1和2的寬帶調(diào)制解調(diào)器發(fā)送帶寬2Mb/s，接收帶寬8kb/s；配置衛(wèi)星組播接收站1和2的衛(wèi)星通道的寬帶調(diào)制解調(diào)器發(fā)送帶寬8kb/s，接收帶寬2Mb/s。建立衛(wèi)星發(fā)送站的衛(wèi)星通道1和衛(wèi)星接收站1衛(wèi)星通道的通信傳輸鏈路；建立衛(wèi)星發(fā)送站的衛(wèi)星通道2和衛(wèi)星接收站2衛(wèi)星通道的通信傳輸鏈路。

2.2IP地址的規(guī)劃（1）衛(wèi)星發(fā)送站。路由器A網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)口F0/0IP地址為192.168.1.1/24，本地互聯(lián)口FA0/1的IP地址為192.168.11.1/24。音視頻編碼器IP地址為192.168.11.2/24，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為路由器A的FA0/1口IP地址。（2）衛(wèi)星接收站1。路由器B網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)口F0/0IP地址為192.168.1.2/24，本地互聯(lián)口FA0/1的IP地址為192.168.21.1/24。音視頻編碼器IP地址為192.168.21.2/24，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為路由器B的FA0/1口IP地址。（3）衛(wèi)星接收站2。路由器C網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)口F0/0IP地址為192.168.1.3/24，本地互聯(lián)口FA0/1的IP地址為192.168.31.1/24。音視頻編碼器IP地址為192.168.31.2/24，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為路由器C的FA0/1口IP地址。（4）組播套接字。組播需要用組播套接字進(jìn)行通信傳輸，組播套接字是組地址和端口號(hào)的組合序列，規(guī)劃衛(wèi)星地球站之間使用組播地址224.10.10.10，端口號(hào)2009進(jìn)行IP組播傳輸（可以使用任意的合法組播地址和端口號(hào)），在衛(wèi)星發(fā)送站或接收站各音視頻編碼/解碼器中配置組播套接字。

3衛(wèi)星通信中IP組播的實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)星通信中IP組播可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)，筆者根據(jù)實(shí)際的研究結(jié)果詳細(xì)介紹3種模式，包括動(dòng)態(tài)路由協(xié)議（RIP，OSPF，BGP）+PIM協(xié)議模式、RP（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）模式和混合模式。

3.1動(dòng)態(tài)路由協(xié)議+PIM協(xié)議模式動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是指運(yùn)行同一種路由協(xié)議的路由器之間動(dòng)態(tài)相互交互信息，形成路由表的過程，包括內(nèi)部路由協(xié)議（典型的有RIP，OSPF）和外部路由協(xié)議（典型的有BGP）。PIM使用PIM-SDM（SDM是SM和DM兩種方式的結(jié)合體），任何一種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議配合PIM協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)組播。

3.1.1RIP+PIM模式路由器配置RIP動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，組播發(fā)送端配置互聯(lián)網(wǎng)段和業(yè)務(wù)終端網(wǎng)段，組播接收端配置互聯(lián)網(wǎng)段，而業(yè)務(wù)終端網(wǎng)段可選配（可配置也可不配置），本實(shí)現(xiàn)方式全部配置，路由器各接口配置PIM模式。

3.1.2OSPF+PIM模式路由器配置OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。組播發(fā)送端配置互聯(lián)網(wǎng)段和業(yè)務(wù)終端網(wǎng)段；組播接收端配置互聯(lián)網(wǎng)段，而業(yè)務(wù)終端網(wǎng)段可選配。本實(shí)現(xiàn)方式全部配置。將互聯(lián)網(wǎng)段劃分到域序號(hào)0中，IP終端網(wǎng)段分別劃分到域序號(hào)1，2，3中，路由器各接口配置PIM模式。

3.1.3BGP+PIM模式路由器配置BGP動(dòng)態(tài)路由。組播發(fā)送端互聯(lián)網(wǎng)段的鄰居需要配置，同時(shí)配置業(yè)務(wù)終端網(wǎng)段；組播接收端配置互聯(lián)網(wǎng)段的鄰居，而業(yè)務(wù)終端網(wǎng)段可選配。本實(shí)現(xiàn)方式全部配置。將路由器A，B，C分別劃分到域100，200，300中，路由器各接口配置PIM模式。

3.2RP模式所有的組播業(yè)務(wù)信息先發(fā)送到帶RP功能的路由器，然后再根據(jù)策略發(fā)送到相應(yīng)的路由器。RP模式包括手工配置的靜態(tài)選定RP和自動(dòng)選擇的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)RP。動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)RP有包括Auto-RP和PIMV2BSR兩種方式。

3.2.1靜態(tài)選定RP。靜態(tài)RP需要在所有的路由器上進(jìn)行配置。所有的路由器配置的RP必須是一致的，是同一臺(tái)路由器。通常將組播發(fā)送方路由器配置為靜態(tài)RP。

3.2.2動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)RP相對(duì)于靜態(tài)選定RP模式，動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)RP模式配置更加簡(jiǎn)便。只需要在組播發(fā)送方路由器上全局配置，組接收路由器不需要作任何的全局配置，雙方通過信息傳遞發(fā)現(xiàn)RP。動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)RP又分為Auto-RP和PIMV2BSR兩種方式。（1）Auto-RP方式。Auto-RP是Cisco的私有解決方案。需要配置候選RP（C-RP,candidate-rp）和動(dòng)態(tài)影射MA（MappingAgents）。C-RP會(huì)利用管理組地址發(fā)送一個(gè)自己是RP的通告，MA監(jiān)聽判決，然后向所有的路由器發(fā)送RP的地址。（2）PIMV2BSR。PIMV2BSR是PIM自帶的一種RP選舉機(jī)制。在域內(nèi)BSR選定后，向所有設(shè)備發(fā)送自己是BSR的通告，RP向BSR發(fā)送注冊(cè)信息，BSR將此信息發(fā)送給所有的路由器，所有路由器都使用這些信息，根據(jù)自己的算法計(jì)算出誰是RP。

3.2.3混合模式對(duì)于以上兩種應(yīng)用模式，使用的都是域內(nèi)PIM組播路由協(xié)議。而在域間則是使用組播源發(fā)現(xiàn)協(xié)議（MSDP）。MSDP通過各PIM域的RP之間建立MSDP對(duì)等關(guān)系，使它們能在域間轉(zhuǎn)發(fā)信源有效信息。共享組播信息源。此時(shí)既需要在本域內(nèi)路由器各個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口配置PIM協(xié)議，又需要在域之間配置MSDP協(xié)議。將路由器A，B，C分別劃分到域100，200，300中。首先配置BGP路由協(xié)議。通過不同的配置方法，上面所描述的三種模式都可以在衛(wèi)星通信中實(shí)現(xiàn)IP組播傳輸。在三種模式中，采用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議和PIM協(xié)議實(shí)現(xiàn)IP組播的模式應(yīng)用最為廣泛。因?yàn)樵谛l(wèi)星通信中，需要配置動(dòng)態(tài)路由協(xié)議來實(shí)現(xiàn)不同物理網(wǎng)絡(luò)IP單播業(yè)務(wù)的傳輸。因此只需要增加相應(yīng)的PIM配置就可以實(shí)現(xiàn)IP組播業(yè)務(wù)的傳輸。而且組播業(yè)務(wù)和單播業(yè)務(wù)不會(huì)互相影響，它們可以同時(shí)進(jìn)行傳輸。

3.2.4后序在完成上述的研究后，筆者還進(jìn)行了下列研究：⊙多個(gè)音視頻組播同時(shí)發(fā)送和接收。⊙多個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)組播同時(shí)發(fā)送和接收。⊙單個(gè)音視頻組播和單個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)組播同時(shí)混合發(fā)送和接收。⊙多個(gè)音視頻組播和多個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)組播同時(shí)混合發(fā)送和接收。這些研究都取得了成功，對(duì)今后組播業(yè)務(wù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的應(yīng)用具有相當(dāng)大的參考價(jià)值。

4結(jié)束語

本文提出了基于衛(wèi)星通信的IP組播模型，并給出了該模型下實(shí)現(xiàn)組播的條件、組播的地址分配、Internet組管理協(xié)議、組播轉(zhuǎn)發(fā)、組播路由協(xié)議，該模型在衛(wèi)星通信系統(tǒng)下能較好地實(shí)現(xiàn)IP業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通。隨著衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面有線IP網(wǎng)絡(luò)的逐漸融合，本文所提的IP組播模型將在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的應(yīng)用得越來越廣泛，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和推廣型。

作者：楊飛 陳濤 李晴飛 包少彬 單位：南京熊貓電子股份有限公司