自本书（第一版）2005年出版以来，卫星通信与网络领域已取得重大进展。许多为宽带因特网、电视广播和宽带通信研制的卫星系统，通信容量大、数据传输质量高，已经能够与地面网络系统相媲美。因特网和移动通信网络领域众多新兴技术正在改变着人们的学习、工作和生活方式，以及整个商业和社会的运作模式。而且，当前一个显著的趋势是包括电信网络、移动通信网络、因特网和电视广播网络在内的所有网络系统都在朝着统一IP化的方向演进。在完善这些网络系统并支持当前和未来的各种业务与应用方面，卫星始终扮演着重要的角色。与近些年发展起来的其他新型组网技术一样，卫星组网是一个特殊而又十分重要的专题。由于同地面链路尤其是光纤链路相比，卫星链路传播时延长、误码率高且带宽有限，所以必须深入理解卫星对标准网络协议和网络设计的影响，以及其职能和优势。自第一颗通信卫星发射至今，从支持电话和电视广播到支持宽带网络和因特网，卫星组网的方式已经发生了深刻的变化。这种变化同样也反映在研究和开发领域，例如目前对星上处理、星上交换和星载IP路由的研究。另一方面，传统卫星通信和网络领域的研究也在持续发展，如资源管理、安全与服务质量、组播、视频会议，以及宽带卫星接入因特网等。与此同时，我们见证了DVB-S2、DVB-RCS2、IPv6和4G移动网络等新一代标准的诞生和发展，而卫星将会与这些新型网络和业务互联。为了得到一个优化的卫星系统解决方案，必须在多种现实约束之间进行折中，这些约束包括地面段和空间段在设计、实现和运行中的造价、复杂程度、技术工艺和效率等。因此，本书(第二版)对以上这些问题展开广泛的讨论。但是由于涉及信息太多、相关领域技术发展迅速以及书籍出版的要求和个人知识的局限，要想在一本书中包含以上所有内容的细节是不可能的。所以，本书还是把焦点放在卫星组网的基本原理和协议层面，然后根据最新技术发展对相关内容进行了更新。除正文外，本书还尽力更新了所有的参考文献，以反映最新的技术进展和最新公布的标准。
1概述
1.1卫星网络的应用与业务
1.1.1卫星网络扮演的角色
1.1.2网络软硬件
1.1.3卫星网络接口
1.1.4网络业务
1.1.5应用
1.2ITU对卫星业务的定义
1.2.1固定卫星业务
1.2.2移动卫星业务
1.2.3广播卫星业务
1.2.4其他卫星业务
1.3ITU-T对网络业务的定义
1.3.1交互型业务
1.3.2分配型业务
1.4因特网业务和应用
1.4.1万维网
1.4.2文件传输协议FTP
1.4.3Telnet
1.4.4电子邮件
1.4.5组播和内容分发
1.4.6IP电话
1.4.7域名系统
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1.5电路交换网
1.5.1建立连接
1.5.2信令
1.5.3基于频分复用的复用传输分层体系
1.5.4基于时分复用的复用传输分层体系
1.5.5空分交换和时分交换
1.5.6前向纠错的编码增益
1.6包交换网络
1.6.1面向连接的方法
1.6.2无连接的方法
1.6.3电路交换和包交换的关系
1.6.4包网络设计要考虑的因素
1.6.5包头和净荷
1.6.6复杂性和异构网络
1.6.7包传输的性能
1.6.8比特级错误与包错误的关系
1.7OSI/ISO参考模型
1.7.1协议领域的术语
1.7.2分层原则
1.7.37层功能
1.7.4OSI/ISO参考模型的衰落
1.8ATM协议参考模型
1.8.1窄带ISDN（N-ISDN）
1.8.2宽带ISDN（B-ISDN）
1.8.3ATM技术
1.8.4参考模型
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1.8.5问题：业务和应用缺乏
1.9因特网协议参考模型
1.9.1网络层：IP协议
1.9.2网络技术
1.9.3传输层：TCP和UDP
1.9.4应用层
1.9.5QoS和资源控制
1.10卫星网络
1.10.1接入网
1.10.2传输网
1.10.3广播式网络
1.10.4空间段
1.10.5地面段
1.10.6卫星轨道
1.10.7卫星传输频段
1.11卫星网络的特点
1.11.1传播时延
1.11.2传播损耗和功率受限
1.11.3轨位和带宽的限制
1.11.4LEO的运管复杂性
1.12数字传输的信道容量
1.12.1无噪声信道的奈奎斯特公式
1.12.2噪声信道的香农定理
1.12.3信道容量的边界
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1.12.4香农功率极限（-1.6dB）
1.12.5大Eb/N0下的香农带宽效率
1.13与地面网络互联
1.13.1物理层的中继器
1.13.2链路层的网桥
1.13.3物理层、链路层和网络层交换机
1.13.4用于异构网络互联的路由器
1.13.5协议转换、堆叠和隧道
1.13.6服务质量（QoS）
1.13.7端用户QoS类别和需求
1.13.8网络性能（NP）
1.13.9卫星网络的QoS和NP
1.14数字视频广播
1.14.1DVB标准
1.14.2传输系统
1.14.3对卫星转发器特性的适配
1.14.4信道编码
1.14.5RS外码编码、交织和成帧
1.14.6内码
1.14.7基带成形和调制
1.14.8误码性能要求
1.15DVB-S
1.15.1MPEG-2基带处理
1.15.2传送流
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1.15.3业务目标
1.15.4卫星信道适配
1.15.5卫星DVB回传信道（DVB-RCS）
1.15.6DVB承载TCP/IP
1.16DVB-S2
1.16.1DVB-S2的技术创新
1.16.2传输系统体系结构
1.16.3误码性能
1.17手持设备DVB卫星业务（DVB-SH）
1.17.1传输系统体系结构
1.17.2OFDM和TDM模式通用的功能
1.17.3单载波（TDM）模式的功能
1.17.4多载波（OFDM）模式的功能
1.17.5DVB-RCS2
1.18计算机和数据网络发展的历史
1.18.1计算机与数据通信时代的黎明
1.18.2局域网的发展
1.18.3WAN和ISO／OSI的发展
1.18.4因特网的诞生
1.18.5电话与数据网络的融合
1.18.6宽带综合网络的发展
1.18.7杀手级应用WWW和因特网演化
1.19卫星通信的发展历史
1.19.1卫星和太空时代的开始
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1.19.2早期的卫星通信：电视和电话
1.19.3卫星数字传输的发展
1.19.4直接到户（DTH）广播的发展
1.19.5海事卫星通信的发展
1.19.6地区和国家的卫星通信
1.19.7卫星宽带网络和移动网络
1.19.8卫星网络上的因特网
1.20网络技术和协议的融合
1.20.1用户终端业务和应用的融合
1.20.2网络技术的融合
1.20.3网络协议的融合
1.20.4卫星网络的演变
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练习
2卫星轨道和组网的概念
2.1物理定律
2.1.1开普勒三大定律
2.1.2牛顿三大运动定律和万有引力定律
2.1.3开普勒第一定律：卫星轨道
2.1.4开普勒第二定律：卫星矢量扫过的面积
2.1.5开普勒第三定律：轨道周期
2.1.6卫星速度
2.2卫星轨道参数
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2.2.1半长轴
2.2.2偏心率
2.2.3轨道倾角
2.2.4交点赤经和近地点幅角
2.3常用轨道
2.3.1同步地球轨道
2.3.2地球静止轨道
2.3.3大椭圆轨道
2.3.4低轨卫星星座的概念
2.3.5轨道摄动
2.3.6卫星高度和覆盖
2.3.7天线增益和波束宽度角
2.3.8覆盖计算
2.3.9从地面站到卫星的距离和传播时延
2.4卫星链路特性和调制传输
2.4.1卫星链路特性
2.4.2调制技术
2.4.3卫星传输的相移键控方案
2.4.4二进制相移键控
2.4.5正交相移键控
2.4.6高斯滤波最小频移键控
2.4.7误比特率（BER）：调制模式的质量参数
2.4.8卫星网络的物理层
2.5前向纠错
2.5.1线性分组码
2.5.2循环码
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2.5.3网格编码和卷积码
2.5.4级联码
2.5.5Turbo码
2.5.6FEC的性能
2.6多址技术
2.6.1频分多址（FDMA）
2.6.2时分多址（TDMA）
2.6.3码分多址（CDMA）
2.6.4FDMA、TDMA和CDMA的比较
2.7带宽分配
2.7.1固定分配
2.7.2按需分配
2.7.3随机接入
2.8卫星组网的关键问题
2.8.1单跳卫星连接
2.8.2多跳卫星连接
2.8.3星间链路
2.8.4切换
2.8.5卫星波束内切换和波束间切换
2.8.6地球固定覆盖和卫星固定覆盖
2.8.7卫星网络星座内的路由
2.8.8网络互联
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2.8.9卫星可用度和分集
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3B-ISDN ATM和因特网协议
3.1ATM协议和基本概念
3.1.1包化时延
3.1.2排队时延
3.1.3北美和欧洲间的折中方案
3.2ATM层
3.2.1GFC字段
3.2.2VPI和VCI字段
3.2.3CLP字段
3.2.4PT字段
3.2.5HEC字段
3.3ATM适配层
3.3.1A类的AAL1
3.3.2B类的AAL2
3.3.3C类和D类的AAL3/4
3.3.4面向IP的AAL5
3.4物理层
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3.4.1物理介质子层
3.4.2传输会聚子层
3.4.3ATM信元传输
3.5ATM接口与ATM组网
3.5.1用户－网络接入
3.5.2网络节点互连
3.5.3ATM DXI
3.5.4B-ICI
3.5.5永久虚连接与交换虚连接
3.5.6ATM信令
3.5.7ATM寻址
3.5.8地址注册
3.6网络流量、服务质量和性能方面的问题
3.6.1流量描述符
3.6.2QoS参数
3.6.3性能问题
3.7网络资源管理
3.7.1连接许可控制（CAC）
3.7.2UPC和NPC
3.7.3优先级控制和拥塞控制
3.7.4流量整形
3.7.5通用信元速率算法
3.7.6漏桶算法（LBA）
3.7.7虚拟调度算法（VSA）
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3.8因特网协议
3.8.1因特网组网基础
3.8.2协议体系
3.8.3无连接的网络层
3.8.4IP包格式
3.8.5IP地址
3.8.6因特网地址和物理网络地址之间的映射
3.8.7ARP、RARP和HDCP
3.9因特网路由协议
3.9.1内部网关路由协议（IGRP）
3.9.2外部网关路由协议（EGRP）
3.10传输层协议：TCP和UDP
3.10.1传输控制协议（TCP）
3.10.2TCP段头部格式
3.10.3连接建立和数据传输
3.10.4拥塞和流控
3.10.5用户数据报协议（UDP）
3.11IP和ATM网络互联
3.11.1数据包封装
3.11.2IP和ATM地址解析
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练习
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4卫星与地面网络的网络互联
4.1组网的概念
4.2组网术语
4.2.1专用网络
4.2.2公用网络
4.2.3电话业务质量
4.2.4基于IP的网络
4.3网络组件和连接
4.3.1网络终端
4.3.2网络节点
4.3.3网络连接
4.3.4端到端路径
4.3.5参考配置
4.4网络流量和信令
4.4.1用户流量和网络业务
4.4.2信令系统和信令流量
4.4.3带内信令
4.4.4带外信令
4.4.5随路和非随路信令
4.4.6网络管理
4.4.7网络操作系统和仲裁功能
4.5接入网和传输网
4.5.1模拟电话网络
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4.5.2电话网络流量工程的概念
4.5.3频域上的卫星网络接入
4.5.4星上电路交换
4.6数字电话网
4.6.1数字多路复用分层体系
4.6.2卫星数字传输和星上交换
4.6.3准同步数字系列（PDH）
4.6.4PDH的局限性
4.7同步数字系列（SDH）
4.7.1SDH的发展
4.7.2SDH标准
4.7.3PDH到SDH的映射
4.7.4SDH的优点
4.7.5同步操作
4.7.6同步光纤网（SONET）
4.7.7卫星承载SDH——Intelsat的场景
4.8卫星网络的假设参考
4.8.1ITU-T假设参考连接（HRX）
4.8.2针对卫星的ITU-R假设参考数字通路（HRDP）
4.8.3性能目标
4.9卫星和MANET
4.9.1网络场景
4.10与异构网络的互联
4.10.1业务
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4.10.2寻址
4.10.3路由
4.10.4演进
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练习
5卫星网络承载B-ISDN ATM
5.1背景
5.1.1组网问题
5.1.2B-ISDN组网环境中的卫星业务
5.2卫星B-ISDN ATM系统的设计问题
5.2.1传播时延
5.2.2衰减和约束
5.3GEO卫星B-ISDN ATM 组网结构
5.3.1地面段
5.3.2空间段
5.3.3卫星带宽资源管理
5.3.4连接许可控制
5.3.5网络监控功能
5.3.6被动拥塞控制
5.4先进卫星B-ISDN ATM网络
5.4.1无线接入层
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5.4.2星上处理（OBP）的特点
5.4.3B-ISDN ATM星上交换
5.4.4多波束卫星
5.4.5LEO/MEO卫星星座
5.4.6星间链路
5.4.7移动管理
5.4.8使用更高的频段
5.5B-ISDN ATM性能
5.5.1B-ISDN性能的分层模型
5.5.2网络性能参数
5.5.3卫星突发错误对ATM层的影响
5.5.4突发错误对AAL协议的影响
5.5.5差错控制机制
5.5.6宽带卫星网络的增强技术
5.6宽带卫星系统的演变
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练习
6卫星网络承载IP
6.1卫星组网的不同视角
6.1.1以协议为中心看卫星IP网络
6.1.2以卫星为中心看全球网络和因特网
6.1.3以网络为中心看卫星网络
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6.2IP包封装
6.2.1基本概念
6.2.2高级数据链路控制（HDLC）协议
6.2.3点到点协议（PPP）
6.2.4介质访问控制
6.2.5卫星承载IP
6.3卫星IP组网
6.3.1星载路由
6.3.2卫星网络中的移动IP
6.3.3地址解析
6.4卫星IP组播
6.4.1IP组播的概念
6.4.2IP组播编址
6.4.3组播组管理
6.4.4IP组播路由
6.4.5IP组播范围
6.4.6卫星环境中IGMP的行为
6.4.7卫星环境中的组播路由协议
6.4.8星上可靠组播协议
6.5基本网络安全机制
6.5.1安全方法
6.5.2单向哈希函数
6.5.3对称密码（带密钥）
6.5.4非对称密码（带公钥／私钥）
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6.6卫星网络安全
6.6.1IP安全（IPsec）
6.6.2防火墙和VPN
6.6.3IP组播安全
6.7IP服务质量（IP QoS）
6.7.1IP业务性能的分层模型
6.7.2IP包传输性能参数
6.7.3不同QoS等级的IP网络性能指标
6.7.4IP QoS等级使用指南
6.8QoS的综合服务（Intserv）架构
6.8.1综合服务架构（ISA）的原理
6.8.2资源预留协议（RSVP）
6.8.3综合服务等级
6.9QoS的区分服务（Diffserv）
6.9.1区分服务架构
6.9.2流量分类
6.9.3流量调整
6.9.4区分服务的每跳行为（PHB）
6.9.5跨卫星网络区分服务域支持综合服务
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6.10卫星数字视频广播
6.10.1MPEG-2信源编码和复用DVB-S流
6.10.2DVB-S系统
6.10.3DVB安全
6.10.4DVB-S的条件接收
6.10.5DVB-RCS交互和DVB承载IP
6.10.6DVB-RCS安全
6.10.7IP组播安全
6.11DVB-S和DVB-RCS网络体系结构
6.11.1星上处理器（OBP）
6.11.2管理站（MS）
6.11.3再生卫星网关（RSGW）
6.11.4回传信道卫星终端（RCST）
6.11.5网络接口
6.11.6网络系统特点
6.12网络协议栈结构
6.13物理层（PHY）
6.13.1上行链路（遵循DVB-RCS标准）
6.13.2时隙
6.13.3帧
6.13.4超帧
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6.13.5载波类型和帧的构成
6.13.6上行链路MF TDMA 信道频率计划
6.13.7下行链路（遵循DVB-S标准）
6.13.8RCS终端（RCST）传输
6.14卫星介质访问控制（SMAC）层
6.14.1传送机制
6.14.2MPEG-2、DVB-S和DVB-RCS表
6.15多协议封装（MPE）
6.16卫星链路控制层
6.16.1会话控制
6.16.2资源控制
6.16.3容量请求的分类
6.16.4连接控制
6.17服务质量（QoS）
6.17.1业务类型
6.17.2流的分类
6.17.3链路层连接QoS适配器
6.18网络层
6.18.1IP路由和地址解析
6.18.2IP组播——星型和网状配置
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练习
7卫星网络对传输层协议的影响
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7.1简介
7.1.1应用的特点
7.1.2客户端和服务器端主机参数
7.1.3卫星网络配置
7.1.4TCP和卫星信道特性
7.1.5TCP流量控制、拥塞控制以及差错恢复
7.2TCP性能分析
7.2.1首个TCP段的传输
7.2.2慢启动阶段的TCP传输
7.2.3拥塞避免阶段的TCP传输
7.3用于卫星网络的慢启动增强
7.3.1事务TCP
7.3.2慢启动和延迟确认（ACK）
7.3.3更大的初始窗口
7.3.4结束慢启动
7.4丢包恢复增强策略
7.4.1快速重传和快速恢复
7.4.2选择确认（SACK）
7.4.3基于SACK的增强机制
7.4.4ACK拥塞控制
7.4.5ACK过滤
7.4.6显示拥塞通知
7.4.7检测由数据损坏引起的丢包
7.4.8拥塞避免的增强策略
7.5使用分段机制的卫星网络增强
7.5.1TCP 欺骗
7.5.2级联TCP或分裂TCP
7.5.3对卫星网络的其他考虑
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7.6对应用的影响
7.6.1批量数据传输
7.6.2交互式应用
7.6.3因特网服务和应用的分布式缓存
7.6.4卫星网络中的网页缓存
7.7实时传输协议（RTP）
7.7.1RTP基础
7.7.2RTP控制协议（RTCP）
7.7.3发送方报告（SR）数据包
7.7.4接收方报告（RR）数据包
7.7.5源描述（SDES）RTCP包
7.7.6用于会话发起的SAP和SIP协议
7.7.7会话目录服务（SDS）
7.8IP电话（VoIP）
7.8.1网关分解
7.8.2协议
7.8.3网守（Gatekeeper）
7.8.4多媒体会议（MMC）
7.8.5会议控制
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练习
8卫星承载下一代因特网
8.1简介
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8.2新的业务与应用
8.2.1因特网综合服务
8.2.2弹性和非弹性流量
8.2.3QoS保障和网络性能
8.3流量建模和特征描述
8.3.1流量工程
8.3.2流量建模
8.3.3流量建模的统计学方法
8.3.4更新模型
8.3.5马尔可夫模型
8.3.6流体模型
8.3.7自回归滑动平均模型
8.3.8自相似模型
8.4因特网流量的本质
8.4.1万维网（WWW）
8.4.2自相似流量的Pareto分布模型
8.4.3分形布朗运动（FBM）过程
8.4.4流量建模中对用户行为的考量
8.4.5话音流量建模
8.4.6话音流量的On－off模型
8.4.7视频流量建模
8.4.8WWW流量的多层建模
8.5流量工程
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8.5.1流量工程原理
8.5.2因特网流量工程
8.6多协议标签交换（MPLS）
8.6.1MPLS转发模式
8.6.2MPLS基本操作
8.6.3MPLS与Diffserv互通
8.6.4MPLS与ATM互通
8.6.5具有流量工程的MPLS（MPLS-TE）
8.7IPv6
8.7.1IPv6基础
8.7.2IPv6编址
8.7.3卫星IPv6网络
8.7.4IPv6的过渡
8.7.5经卫星网络的IPv6隧道
8.7.6经卫星网络的6 to 4转换
8.7.76 to 4的相关问题
8.7.8卫星组网的未来
进一步阅读
练习
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