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TCP协议在卫星通信中的应用

东北大学王浩

随着空间通信系统的不断发展，卫星通信以其独有的优势逐渐成为internet

的重要组成部分，卫星宽带接入技术成为卫星通信系统发展的一个重要趋势。目

前应用于地面数据传输控制的TCP/IP协议由于具有使用范围广泛、算法成熟、

可移植性好等特点，使得其在与空间数据传输系统的结合应用方面具有独特的优

势。

一、卫星通信概述

自上世纪第一颗通信卫星问世以来，卫星通信以覆盖广、通信距离远、不受

地理条件限制、数据传输费用低廉、组网灵活等特点，在全球数据通信领域发挥

着重要的作用。

卫星通信作为数据通信网络的重要形式，传统上是作为“通信子网”，即只支

持网络层以下的功能，是数据包传输的透明通道。为更有效地提供数据传输业务，

减少与其他网络协议的接口转换，TCP/IP在卫星通信网中的应用已受到关注。

我们将讨论TCP/IP协议在卫星通信网中应用产生的问题和相应的解决办

法，我们也认为TCP/IP协议在卫星通信网中的应用是完全可行的，通过对一些

TCP/IP协议工作模式和参数的调整，能实现卫星通信网对TCP/IP协议和其他

基于TCP/IP协议的数据传输业务的高效、可靠的支持。

二、TCP/IP协议

首先对TCP/IP的定义和主要功能作一个简要的总结。描述数据通信协议的

最通用和清晰的方式是参照OSI七层协议的标准。图1是TCP/IP协议结构与

OSI七层协议结构的相关定位。

[1]

图1TCP/IP协议结构与OSI七层协议结构的对比

如图1中所述，TCP/IP协议是一个包含了主要的网络层功能，全部传输层

功能和一部分会话层功能的协议集；它向下依靠低层的数据链路层和物理层协议

提供的点对点数据包传输能力；它向上通过标准的服务接口向上层应用协议提供

端到端的数据块传输业务，这一数据块传输可以是面向联接的可靠传输（TCP），

也可以是面向报文的非可靠传输（UDP）。TCP也完成会话层的一部分功能，支

持端到端连接的建立、维持和拆除。总之，TCP/IP协议遮掩了不同类型网络间

数据转接的细节和不同数据终端设备的系统软硬件的差异。

利用OSI中对各层协议的定义，可以较简明的说明TCP/IP的主要功能：（1）

IP层协议，它实现网络层的寻址、路由和转接功能，将数据报文从源数据设备

转发到目的设备，只面对独立报文，不面向联接，它支持报文的分解与重组，不

保证报文传输的可靠和报文间的先后次序；（2）TCP层协议，它实现源数据设

备和目的数据设备间的可靠的数据块传送，支持数据拆、打包（PAD）、差错控

制（检错纠错）、顺序控制、流量与拥塞控制等。

卫星通信主要是传送数据的通信子网，而不是产生数据源的业务子网。卫星

通信网的主要功能是支持网络层以下各层的数据包传送业务，与IP层协议直接

相关并可以支持IP层协议形成端到端连接。

但由此形成的端到端联接的延迟、速率、误码率等信道特性会对终端设备上

的TCP协议产生实质性影响，是TCP协议在卫星通信网中应用必须考虑的问题。

三、TCP/IP协议在卫星网中的应用

由于卫星通信是经过天上卫星转发器这一固有的特点，卫星通信网基本上有

两种网络结构：星状网和网状网。这样的网络结构相对于地面的数据网络来说要

简单的多，因此，路由选择、拥塞控制、多路径传输冲突等网络层协议控制的主

要功能在卫星网中都没有真正的体现，而这些正是IP协议的强项，所以很少有

卫星通信网使用复杂的IP协议来实现网络层功能。

正如IPoverATM（异步传输模式），IPoverFrameRelay（帧中继）等IP

应用环境一样，卫星通信网支持IP协议的最简单方式也是IPoverSatNet。这

里，SatNet是卫星网内部网络层以下各层数据传输协议组成的协议栈，通常会

有一个能完成卫星网内数据包目的寻址和路由转接的网络层。在一些使用DAMA

（按需分配多址）等频道资源复用技术的卫星网中，还需要有一个动态分配资源

的介质访问层（MAC）。这两部分统一称为Net/MAC层，建立于其下层