太空网络计划发展分析范文

《上海信息化杂志》2014年第十二期

与传统模式相比，太空路由器提高5倍的信息传输量，能消除每一次转发产生的1/4秒延时误差。用户使用网络浏览、VoIP或其他基于IP应用时，可以在卫星之间直接通信，不需要地面站数据双跳传输，从而大幅减少通信延迟。此外，太空路由器能有效减少卫星转发器成本，通过路由器内建的软件，以及软件定义无线电可以增加卫星数据吞吐量、减少延迟、实现地面不同区域用户间按需灵活分配通信带宽。目前，在太空互联网路由计划的关键技术上，美国已开发出太空路由器技术，将IP路由器安装到地球同步卫星或相关航天器上，使互联网能力延展到太空。另外，借助太空路由器，建立太空IP网络，能够实现融合服务，使人们不再需要为卫星电视、电话服务等独立的专用硬件。太空互联网路由计划资金投入巨大。美国空军转型卫星（TSAT）通信系统被淘汰之后，此项计划的作用被逐渐放大，美国国防部因此成为了该项目最有力的支持者。在军事运用前景被广泛看好之外，太空互联网路由计划也蕴含了强大的民用技术空间，用户利用太空路由器不仅可以上传或下载更大流量的信息，而且在电缆和光纤均难以达到的地区能够以更低的成本和更便捷的方式接入高速互联网。

美国非营利性组织媒体发展投资基金（MediaDevelopmentInvestmentFund，MDIF）提出一项名为外联网（Outernet）的计划，旨在借助于微型卫星（CubeSat）提供WiFi服务。据统计，世界上只有60%的人能够通过互联网获取信息，在不少农村和偏远地区，手机信号和互联网服务很难顾及。外联网的主要目的就是弥合这种全球不同地区间的信息鸿沟。据MDIF规划，这个计划将提供四个方面的服务：一是新闻服务及市场价格信息；二是应用程序及内容服务，如地图服务、维基百科、电影、音乐、游戏等；三是提供教学课件，比如引入可汗学院（KhanAcademy）和Coursera等开放课程网站；四是应急通信，如当现有移动通信网络崩溃时，外联网可以用于救灾协调。

外联网的工作原理为：每颗CubeSats卫星都可以接收来自地面基站网络的数据流，并将这些数据转换成无线网络传送到地球上的接收方。为了覆盖尽可能多的受众，外联网的整个卫星体系采用全球公认的、基于标准的协议，比如数字视频广播（DVB）、数字调幅广播（DRM）和基于UDP（UserDatagramProtocol）的多任务处理技术。从实施部署方式看，按照MDIF的规划，将在2015年6月之前向地轨道发射150颗CubeSat微型卫星，并在地面建立多个基站，利用地面站的高增益天线和大功率设备进行通信，地面站将把所接收的信息传送至CubeSat，这些卫星使用基于UDP的WiFi多播技术，将解析后的数据转换成无线网络。

外联网初期目标仅仅是提供单向的信息广播，传统的卫星通信系统的工作原理是从地面基站发出无线电信号，卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后由卫星的通信天线把放大后的无线电信号重新发向地面基站，再转接到用户。以卫星电话为例，它采用的是双工通信方式，而外联网则是单工通信方式，单工通信意味着信息只能在一个方向传送，发送方不能接收，接受方不能发送，信道的全部带宽都用于由发送方到接收方的数据传送。电视广播、收音机都是单工传送的例子，对应的双工通信，则可以同时进行双向信息传递，因此，单工通信是最简单的，也是通信效率最低的。不过，MDIF表示，在募集足够资金以后，后续计划向全球用户提供免费的双向互联网接入服务。

对于该计划，专家分析认为，受制于目前的技术，发送如此多卫星恐怕就比较困难。在为期一年的时间内要密集发射150颗卫星，相当于隔天要发送一颗，如此频繁的操作，并要调整到其稳定可靠地运行，还是有一定的难度。因此，这项计划在今后仍需调整和完善。尽管美国参与太空网络探索的目的更多是从政治、军事特别是国家安全战略角度出发实施的，但客观上却极大地推动了世界互联网使用环境的发展。在太空网络计划取得进步的同时，相关技术衍生出的民用产品和服务也将影响和改变着人类的生活方式。

作者：陈骞