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本书主要介绍卫星通信网络的基础知识、体系结构、与网络互联相关的各种问题、资源管理、安全机制，以及天地一体化信息网络和下一代卫星网络的发展等内容。全书重点围绕卫星通信网络与地面网络的差异，力求涵盖网络互联的各个方面，并结合卫星系统实例进行了较为全面的阐述。本书可作为国内高等院校通信学科各专业本科高年级和研究生的教材或参考书。对于从事卫星通信工作或希望了解卫星通信网络的工程技术人员，本书同样具有参考价值。

第1章　卫星通信系统与网络1

1.1 概述1

1.2 卫星通信的发展历史3

1.3 卫星通信系统的组成4

1.3.1 空间段4

1.3.2　地面段5

1.4 通信卫星的轨道和频率6

1.5 卫星通信的特点8

1.6 卫星网络的业务与应用9

1.7 卫星网络的分类10

1.7.1 按形成的拓扑结构分类10

1.7.2 按提供的通信服务分类11

1.8 卫星网络的发展12

第2章 卫星通信网络体系结构13

2.1 概述13

2.2 宽带多媒体卫星通信系统13

2.2.1 基本概念13

2.2.2 系统组成14

2.2.3 BSM网络类型和拓扑结构15

2.2.4　网络参考模型18

2.2.5　协议体系结构22

2.2.6　网络实例26

2.3　卫星移动通信系统27

2.3.1　基本概念27

2.3.2　卫星移动通信系统的网络结构及特点27

2.3.3　卫星移动通信系统的组网形式29

2.3.4　网络实例30

2.4　广播卫星通信系统35

2.4.1　基本概念35

2.4.2　广播卫星通信网的分类和系统体系结构36

2.5　VSAT卫星通信系统39

2.5.1　基本概念39

2.5.2　VSAT卫星通信网的组成39

2.5.3　VSAT卫星通信网的拓扑结构和组网形式40

第3章　卫星网络中的IP44

3.1　概述44

3.2　IP在卫星网络中存在的主要问题45

3.3　卫星IP网络承载的业务需求46

3.3.1　网络层业务需求46

3.3.2　高层业务需求47

3.4　卫星IP网络的QoS47

3.4.1　卫星IP网络QoS目标48

3.4.2　卫星IP网络的QoS体系结构49

3.5　卫星IP网络59

3.5.1　卫星网络中IP报文的封装59

3.5.2　卫星IP组网60

3.5.3　卫星IP网络交换和路由60

3.6　卫星IP多播技术66

3.6.1　IP多播66

3.6.2　IP多播路由68

3.6.3　卫星网络中的IGMP69

3.6.4　卫星网络中的多播路由协议70

3.6.5　卫星上的可靠多播协议71

3.7　卫星网络中的IP移动性72

3.8　主要的卫星IP标准和系统73

3.8.1　IPoS标准74

3.8.2　欧洲SATSIX卫星通信系统80

第4章 卫星信道对传输层协议的影响89

4.1 概述89

4.2 TCP性能分析89

4.2.1 TCP和卫星信道特点89

4.2.2 TCP流量控制、拥塞控制和误码恢复90

4.3 卫星网络中对TCP机制的改进91

4.3.1 慢启动91

4.3.2 丢包恢复策略的改进93

4.3.3 拥塞避免策略的改进96

4.4 非端到端解决方法97

4.4.1 分段方法97

4.4.2 性能增强代理（PEP）98

4.5 端到端解决方法—卫星网络环境中的传输层协议108

4.5.1 TCP协议在卫星网络环境中的不同版本109

4.5.2 卫星网络传输层协议114

4.6 PEP技术的新发展116

4.6.1 利用DTN框架替代PEP116

4.6.2 IP-ERN框架方法117

4.6.3 基于网络编码的方法120

4.6.4 移动PEP122

第5章　卫星网络的资源管理125

5.1　卫星网络中的资源管理框架125

5.1.1 频率/时间/空间资源分配策略126

5.1.2 功率分配和控制策略127

5.1.3　CAC和切换算法127

5.2　资源管理中的跨层方法128

5.2.1　跨层方法概述128

5.2.2　基于跨层方法的空中接口设计129

5.2.3　卫星网络资源管理的跨层设计需求131

5.3　接入策略和报文调度技术133

5.3.1　上行链路接入策略133

5.3.2　下行链路调度技术134

5.4　呼叫接入控制136

5.4.1　概述136

5.4.2　呼叫接入控制（CAC）和QoS管理137

5.4.3　非GEO卫星系统中的切换和呼叫接入控制（CAC）138

5.5　动态带宽分配140

5.5.1　分配方法概述140

5.5.2　DVB-RCS系统中的动态带宽分配142

5.5.3　MF-TDMA系统中的动态带宽分配144

第6章 卫星通信网络管理148

6.1　概述148

6.1.1　网络管理148

6.1.2　卫星通信网络管理简介148

6.2　现有网管体系结构149

6.2.1　OSI网管系统150

6.2.2 SNMP网管框架（IETF）152

6.2.3 TMN154

6.3 卫星通信网络管理系统156

6.3.1 BSM卫星网管系统规范158

6.3.2 典型的卫星通信网管系统164

第7章 卫星通信网络安全机制177

7.1 概述177

7.1.1 卫星网络面临的主要安全威胁177

7.1.2 安全目标178

7.1.3 卫星链路特性对安全机制的影响179

7.2 网络模型中的安全策略179

7.2.1 链路层安全179

7.2.2 网络层安全181

7.2.3 传输层安全181

7.2.4 应用层安全182

7.3 与卫星网络安全相关的场景183

7.3.1 端到端安全183

7.3.2 安全网关（网关/终端）之间的安全184

7.3.3 联合主机和网关的安全184

7.3.4 远端主机到网关的安全185

7.4 卫星网络安全需求185

7.5 卫星网络安全体系结构186

7.6 卫星网络安全的相关问题187

7.6.1 卫星网络中的IPSec187

7.6.2 构建卫星VPN网络190

7.6.3 卫星IP网络的多播安全191

7.7 卫星网络安全体系结构实例192

7.7.1 SATSIX系统安全体系结构192

7.7.2 IPoS安全体系结构194

第8章 卫星通信网与地面网的互联196

8.1 概述196

8.2 卫星网络与异构网络的互联196

8.2.1 业务互通197

8.2.2 编址方式197

8.2.3 路由问题197

8.3 卫星网络与IP网络的互联198

8.3.1 物理层互联198

8.3.2 链路层互联198

8.3.3 网络层互联199

8.3.4 通过网关实现互联199

8.4 卫星网络中的SDH——Intelsat200

8.5 卫星网络中的ISDN200

8.5.1 ITU-T ISDN假设参考连接（IRX）201

8.5.2 ITU-R的卫星假设参考数字路径（HRDP）201

8.5.3 卫星网络与ISDN互联202

第9章 天地一体化信息网络204

9.1　概述204

9.2　天地一体化信息网络基本结构206

9.3　天地一体化网络的系统需求208

9.4　天地一体化信息网络体系结构208

9.4.1　软件定义网络（SDN）208

9.4.2　现有卫星网络的特点209

9.4.3　基于SDN的天地一体化网络体系结构211

9.5　天地一体化信息网络协议体系结构215

9.5.1　基于IP协议的体系结构215

9.5.2　CCSDS体系结构216

9.5.3　DTN219

9.5.4　IP、CCSDS和DTN并存221

第10章 基于卫星网络的下一代互联网223

10.1 概述223

10.2 新业务与新应用223

10.3 卫星IPv6网络224

10.3.1 IPv6概述224

10.3.2 卫星上的IPv6网络226

10.3.3 通过卫星网络建立IPv6隧道227

10.3.4 卫星网络中IPv6到IPv4的转换228

10.4 卫星网络与5G的融合229

10.5 卫星网络未来的发展231

参考文献232

 续欣博士，解放军理工大学副教授，主讲卫星通信网络技术、数字通信系统等课程。主要从事卫星网络方面的多项科研项目的研制，多次获得省部级科技进步奖。 

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编辑推荐

天地一体化信息网络和下一代卫星网络前沿探索；结合卫星系统实例，深入浅出阐述卫星系统各层问题。

前言

前    言

自颗通信卫星诞生以来，卫星通信就得到了令人瞩目的发展。作为20世纪三大通信方式之一，卫星通信不仅能够承载传统的电话和电视广播业务，还能够提供宽带、互联网和数字卫星广播业务。卫星通信具有覆盖范围广、通信距离远、带宽容量大、多址连接方便等优点，在解决通信欠发达或边远地区的通信问题方面具有极大的优势。随着用户对带宽和移动性需求的不断增长，卫星通信将在未来显示出越来越重要的作用。

长期以来，卫星通信始终作为对地面其他通信方式的补充，通过单颗GEO卫星就能够提供所需的远距离通信连接，因此，由卫星和地球站组成的卫星通信网络不仅拓扑结构简单，而且主要在网络层以下承载数据传输业务。也正因如此，卫星通信网络作为一种特殊的网络并未受到人们特别的关注。近年来，空间技术迅猛发展，星上处理能力大大增强，催生了各类天基通信系统；另一方面，地面终端数量不断增多，卫星通信网络规模越来越大，承载的业务也越来越丰富。卫星通信网络从仅需提供传输功能的网络逐渐演变为需要为用户提供各类承载服务并能与其他异构网络互联的独立网络，未来还将与地面网络共同构建天地一体化信息系统。这就需要卫星网络在与其他网络互联的过程中，在系统体系架构、网络传输协议体系架构、传输和资源管理技术，以及空间安全防护技术等方面提供充分的技术支撑，充分发挥网络应用效能，为未来的天地一体化信息系统的构建提供重要的技术支撑。

本书立足于网络分层体系结构，以卫星网络与地面网络的差异为重点，论述了卫星通信网络的体系结构、网络层、传输层、资源管理、网络管理、安全机制、网络互联等内容，并对天地一体化信息网络和下一代卫星网络的发展进行了阐述。全书力求涵盖卫星通信网络的各个方面，并结合卫星系统实例进行了较为全面的阐述。本书可作为国内高等院校通信学科各专业本科高年级和研究生的教材或参考书。对于从事卫星通信工作的工程技术人员而言，本书同样具有参考价值。

本书分为10章，其中第3、4、5、6、9章由续欣编写；第1、2章由刘爱军编写；第7章由汤凯编写；第8章由潘小飞编写；第10章由王向东编写。全书由续欣审核、统稿。

在本书的编写过程中，我们得到了张更新教授、张杭教授、童新海教授、郭道省教授等的关心和支持，在此表示衷心的感谢。

本书作者均在卫星通信领域长期从事教学和科研工作，有着深厚的领域知识积累，希望本书既是我们前期部分教学和研究工作的小结，又能为近年来投身于天基系统建设的广大科技工作者提供必要的参考，希望有机会与他们展开广泛的交流，在该领域中共同探索。在编写本书的过程中，作者始终力求系统化地全面阐述，并跟踪卫星通信网络的发展。然而技术发展日新月异，即使我们不断因扩展内容而延误出版，但仍然无法面面俱到。由于水平有限，文中的错误也在所难免，敬请读者批评指正。