学术论文：宽带多媒体卫星网络管理系统的研究与设计(可编辑文本).pdf

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1、国防科学技术大学研究生院丁程硕十学位论文摘要随着网络和卫星通信技术的快速发展，信息全球化的进程不断推进。宽带多媒体卫星网络作为能够提供宽带、高速传输、多媒体业务，实现全球无缝隙覆盖的互联手段，越来越为人们所重视。多年实践表明，网络管理在网络运行过程中发挥着重要作用。相对于地面网络而言，宽带多媒体卫星网络规模庞大，组成设备复杂多样，网络本身所特有的动态性、高时延特性、异构性以及资源的有限性决定了卫星网络管理系统的作用更为突出。在宽带多媒体卫星网络的设计和实施阶段，我们应该把网络管理系统的设计放在十分重要的位置上加以考虑。本文在对宽带多媒体卫星网络进行详细的分析，研究A T M 技术在宽带多媒体卫

2、星网络中应用的基础上，重点对宽带多媒体卫星网络管理系统进行研究与设计。主要包括网络管理系统模型，通信链路的设计；网络管理中心与其他组成部分之间的通信方式以及卫星网络管理协议的研究；网络管理各功能模块的设计；并对宽带多媒体卫星网络管理系统各功能模块和管理信息数据库进行实现。在具体的协议应用中，把整个网络管理系统分成两个部分：星载网络管理代理与地面网络管理中心之间采用特定的卫星管理协议实现收集网络数据和执行网络管理控制命令的功能；而地面网络管理系统之间采用S N M P 协议进行网络管理信息的交互。在详细分析网络管理系统的软件结构和各功能模块星一地功能划分、模块间关系的基础上对网络管理系统五个基本

3、功能模块进行了实现。根据网络管理系统功能以及管理应用需求(包含现有的管理协议栈、接口需求)，同时兼顾现有地面A T M网络对于M I B 的定义标准，为宽带多媒体卫星网络管理系统构造了一个S M I B。课题的研究为宽带多媒体卫星的网络管理提供了有效的技术和方法。主题词：卫星网络管理，S N M P，卫星管理协议S M P，卫星管理信息数据库第i 页国防科学技术大学研究生院T 程硕+学位论文A B S T R A C TW i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r ka n dt h es a t e l l i t e c o m

4、m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h eg l o b a l i z a t i o no ft h ei n f o r m a t i o ni sp r o c e e d i n gs t e a d i l y 1 1 1 eb r o a d b a n dm u l t i-m e d i as a t e l l i t en e t w o r ki Sg e t t i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o na si tc a l lp r o v i d eb r o a d b a

5、 n d，h i 曲一s p e e dc o m m u n i c a t i o n，m u l t i m e d i af u n c t i o n sa n dr e a l i z eg l o b a ln o n s e a mc o v e r a g e Y e a r so fp r a c t i c ei n d i c a t e st h a tt h en e t w o r km a n a g e m e n tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h eo p e r a t i o no ft h en e

6、 t w o r k C o m p a r e dw i t ht h eg r o u n dn e t w o r k，t h eb r o a d b a n dm u l t i m e d i as a t e l l i t en e t w o r ki sc h a r a c t e r i z e db yi t sh u g es c a l ea n di t sc o m p l i c a t e da n dv a r i o u sd e v i c e s I t su n i q u ed y n a m i c s，h i g h d e l a y，h

7、 e t e r o g e n e i t ya n dl i m i t m i o ni ns o u r c em a k et h eu s a g eo ft h es a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mm o r ep r e d o m i n a n t S ow es h o u l dc o n s i d e rt h ed e s i g no ft h es a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e n th i g h l yd u r

8、i n gt h ed e s i g na n dt h ei m p l e m e n t a t i o np e r i o do ft h eb r o a d b a n dm u l t i m e d i as a t e l l i t en e t w o r k O nt h eb a s i so fa n a l y s i st ot h eb r o a d b a n dm u l t i m e d i as a t e l l i t en e t w o r ka n dt h er e s e a r c ho nt h ea p p l i c a

9、t i o no ft h eA T Mt e c h n o l o g yi nt h en e t，t h i se s s a ye m p h a s i z e so nt h er e s e a r c ha n dt h ed e s i g no ft h eb r o a d b a n dm u l t i m e d i as a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m I ti n c l u d e st h em o d e lo ft h eN M Sa n dt h ed e s i

10、g no ft h ec o m m u n i c a t i o nl i n k：t h ec o m m u n i c a t i o ns t y l eb e t w e e nt h en e t w o r km a n a g e m e n tc e n t e ra n do t h e rc o m p o s i t i o n sa n dt h er e s e a r c ho nt h ep r o t o c o l so ft h es a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e n t；t h ed e s

11、i g no ft h en e t w o r km a n a g e m e n tf u n c t i o nm o d u l e sa n dr e a l i z e st h ed a t a b a s ef u n c t i o n so ft h eb r o a d b a n dm u l t i m e d i as a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m T h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mi sd i v i d e di

12、 n t ot w op a r t si nt h es p e c i f i ca p p l i c a t i o no ft h ep r o t o c o l s T h eS M Pp r o t o c o li sa p p l i e db e t w e e nt h es a t e l l i t e-b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n ta n dt h en e t w o r kc o n t r o lc e n t e rt oc o l l e c tt h ed a t aa n de x e c u t

13、et h en e t w o r kc o n t r o lc o m m a n d s T h eS N M Pp r o t o c o li sa p p l i e db e t w e e nt h eg r o u n dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m st oe x c h a n g et h ei n f o r m a t i o n E l a b o r a t e l ya n a l y z et h es o f t w a r es t r u c t u r eo ft h en e t w o r

14、 km a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h ef u n c t i o nd i v i s i o no ft h em o d u l e，t h er e l a t i o n sb e t w e e nt h em o d u l ea n dt h ew o r kp r o c e s so ft h em o d u l e AS M I Bi sc o n s t r u c t e df o rt h em u l t i m e d i as a t e l l i t en e t w o r km a n a g e m e

15、n ts y s t e ma c c o r d i n gt h ef u n c t i o no ft h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h en e e d so ft h ea p p l i c a t i o n(i n c l u d i n gt h ee x i s t i n gm a n a g e m e n tp r o t o c o ls t a c ka n dt h ei n t e r f a c ed e m a n d)a l o n gw i t ht h ee x i s t

16、 i n gd e f i n i t i o ns t a n d a r dt ot h eM I Bb yt h eg r o u n dA T Mn e t w o r k T h er e s e a r c ho nt h es u b j e c tp r o v i d e se f f e c t i v et e c h n o l o g ya n dm e t h o d sf o rt h en e t w o r km a n a g e m e n to ft h eb r o a d b a n dm u l t i m e d i as a t e l l i

17、 t e K e yW o r d s：S a t e l l i t eN e t w o r kM a n g e m e n t，S N M P，S a t e l l i t eM a n a g eP r o t o c o l，S a t e l l i t eM a n a g e m e n tI n f o r m a t i o nB a s e第i i 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文图2 1图2 2图2 3图2 4图3 1图3 2图3 3图3 4图3 5图3 6图3 7图3 8图3 9图3 1 0图3 1 1图3 1 2图4 1图4 2图4 3图4 4图4 5

18、图4 6图图图图图图图图0图4 1 5图4 1 6图目录宽带多媒体卫星网络结构图9第1 -3 2 波束上下行信道结构1 2第3 3 波束上下行信道结构1 3A T M 信元基本结构1 4宽带多媒体卫星网络管理系统的结构示意图1 9网络管理的通信链路。2 0C M I P 协议结构图2 4S N M P 协议的管理模型2 5采用S N M P 通信部分2 8S M P 通信部分2 9G e tP D U 结构3 0S e tP D U 结构3 0I n f o r mP D U 结构3 0管理进程间的通信模型31处理层模型3 2网络管理功能图3 2展现系统3 7卫星网络管理系统软件结构3 7配置

19、管理模块工作过程3 9性能管理模块工作过程3 9故障管理模块工作过程4 0安全管理模块工作过程一4 0记费管理模块工作过程4 1系统配置管理界面4 1S e t 操作基本流程图4 2系统性能管理界面4 3G e t 操作基本流程图4 4系统故障管理界面4 4T r a p 操作基本流程图4 5系统安全管理界面4 6系统计费管理界面4 6系统认证和计费流程图4 7第1 V 页国防科学技术大学研究生院工程硕十学位论文图4 1 7图4 1 8图4 1 9图4 2 0图4 2 1图4 2 2图4 2 3卫星网络管理信息模型4 9地面终端M I B 库结构5 0地面终端M I B 库A T M m i

20、b 分支结构结构一51星上管理信息库5 2s y s t e m 组管理型消息5 3终端鉴权过程6 0卫星网络管理仿真平台6 1第V 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文表表表表表4 5表4 6表4 7表4。8表4 9表4 1 0表4 1 1表4 1 2表4 1 3表4 1 4表4 1 5表4 1 6表目录模块的星一地功能划分表3 8S M P 和S N M P 协议提供服务的对应表4 2地面终端s y s t e m T e r m i n a l 组m i b 定义5 0终端i n t e r f a c e 组定义部分5 1终端A T M 管理对象组信息5 2星载交换机管理参数表结

21、构5 3卫星管理参数表结构5 3星载计算机系统表结构5 4星载电源类表结构5 4星载太阳能电池表结构5 4星载蓄电池表结构5 4推进系统表结构5 4卫星天线表结构5 4星载转发器表结构5 5卫星接口M I B 信息5 5卫星A T MM I B 5 5第1 l l 页独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位

22、论文题目：童堂垒搓签里星圆终篁堡歪统鳆盟究生遮进学位论文作者鼢堕单z p p 纤占月日学位论文版权使用授权书本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密学位论文在解密后适用本授权书。)学位论文作者签名：作者指导教师签名：呈蝎日期：p 彦年月，日日期：z。-寥年 月f f 日国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文第一章绪论当前，地面宽带网络建设迅猛发展，各种通信手段

23、都在与宽带进行融合，尤其是地面光纤通信网络，更是在宽带领域中大显身手，巨大的通信能力是其它任何通信手段都无法相比的。但是它只能让经济发达、人口密集的城市地区的人们享受到宽带服务，而对农村、人烟稀少地区和经济落后的地区，仅靠地面网络是无法经济有效地提供宽带服务的。1 1 宽带多媒体卫星网络1 9 5 7 年1 0 月，前苏联成功发射了第一颗人造卫星，1 9 6 5 年第一颗商用国际通信卫星被送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫星的商业通信，此后世界上许多国家相继发射了自己的卫星。根据卫星所在的轨道高度，可分为同步轨道(G E O-G e o s y n c h r o n o u sO r

24、b i t)卫星和非同步卫星，其中非同步卫星又可分为中轨(M E O：M i d d l eE a r t h0 r b i t)卫星和低轨(L E O：L o wE a r t hO r b i t)卫星。目前同步轨道卫星移动通信技术已经成熟，能以少量的卫星实现全球覆盖，而且星间切换次数少，但同时又存在着时延大、衰减大、延时长等缺点。中轨卫星的轨道高度约为1 0 0 0 0 1 4 0 0 0 k m，覆盖全球的中轨卫星星座中卫星数量较少，卫星重量为吨级，它通常采用网状星座，卫星轨道为倾斜轨道。低轨卫星系统的轨道高度较低，约为7 0 0 -,1 5 0 0 k m，单颗卫星对地覆盖面积较小(

25、占全球表面积的3 -5)，并相对于地面高速移动(超过2 5 0 0 0 k r n h)，平均过项时间仅有1 0 分钟左右，因此L E O 卫星星座的网络拓扑随时间不断变化。覆盖全球的L E O 卫星星座往往需要由较多的卫星组成，卫星数目多达数十颗至数百颗。低轨卫星系统相对同步静止轨道卫星提供了更短的传输时延以及更小的路径损耗。作为个人通信的重要补充方式，低轨卫星系统可实现真J 下的全球覆盖，以其低时延和地面移动终端低消耗的特点，正成为未来移动通信的一个重要发展方向。目前卫星通信普遍使用的是C、K u 和K a 频段：C 频段的一般可用单向带宽为5 0 0 -8 0 0 M H z；K u 频

26、段的可用单向带宽为5 0 0 -1 0 0 0 M H z；而K a 频段的可用单向带宽可达3 5 0 0 M H z。由于K a 频段可用带宽要比C 和K u 频段宽得多，因此宽带卫星通信首选K a 频段来构筑信息高速公路。考虑到技术、成本等方面的因素，使用K u K a 混合频段方式较为适合近期宽带卫星的发展【i j【2 j。卫星由于其自身通信距离远、覆盖范围广、机动灵活、通信线路稳定可靠等优势被逐渐应用到军事、经济、通信、导航、预警、气象、资源探测等各个领域。2 0 世纪9 0 年代末期，由于I n t e r n e t 的空前繁荣和卫星通信技术自身的快速发展，第1 页国防科学技术大学

27、研究生院工程硕十学位论文出现了以卫星为主要通信实体组建的通信网络。新一代宽带多媒体通信卫星系统区别于以往的通信卫星或系统，在系统中卫星不再是“弯管式”，而有了星上处理功能，覆盖方式也不再是简单的区域覆盖而是点波束合成区域覆盖。卫星业务从单纯的广播、话音业务向话音、数据、文本、图像、视频等多媒体业务发展。卫星宽带接入、卫星远程教育、卫星远程医疗等逐步兴起，使卫星通信又有了一片新的、更广阔的用武之地。宽带多媒体卫星网络作为能够提供宽带、高速传输、多媒体业务及实现全球无缝隙覆盖的互联手段，越来越为人们所重视。现在，全球超过1 1 的因特网服务商(I S P：I n t e r n e tS e r

28、v e rP r o v i d e r)使用卫星做因特网骨干网，成为I S P 关注的焦点，在未来宽带网络市场占有重要份额。从全球多媒体卫星通信市场收入看，据D T T 提供的研究报告称，全球卫星因特网的业务收入1 9 9 9 年为2 1 0 4 亿美元，2 0 0 0 年为7 4 6 亿美元，到2 0 0 8 年将增加到4 4 0 亿美元。只就亚洲来说，2 0 0 1 年卫星网络收入为1 3 3 8 亿美元，2 0 0 4 年多达1 0 7 亿美元。宽带多媒体卫星网络具有以下优势：一广播和覆盖范围广：一颗卫星的波束覆盖范围可达几十公里，因此可以实现I P 视频流多点传送；-可快速部署：宽带

29、卫星系统可以和地面系统相结合，例如可以和C A T V 相结合；也可以绕开复杂的地面网络建立独立的卫星网络，且实现快速部署，特别是移动卫星终端可实现即插即用，迅速实现全球通；-低成本、高带宽：卫星系统的成本与距离无关，它能以较低的成本，提供较宽的带宽，随着使用宽带卫星多媒体业务的扩大，其接入价格将会进一步降低；_ 带宽利用率高：卫星系统可以配置成按需提供带宽，而且可以动态分配接入容量，以满足广播、多点传送和多媒体通信需求；_ 对终端用户可实现地址化管理；从而能为用户及时提供所需的信息；_ 可提供一体化网络：卫星网络因其覆盖面广、可快速部署、价格与距离无关、价格低、高带宽，又可与地面各种局域网、

30、城域网相连共同接入I n t e r n e t，构成空中、地面、立体交叉、无缝连接的全球网，卫星网当之无愧的将成为全球宽带主干网。一可作为多信道广播业务的平台：卫星是一种有效的广播媒体，它具有从单个轨道位“看到”全球1 3 覆盖面的特点。多信道广播将是未来I n t e r n e t 的一项新业务。1。2 宽带多媒体卫星网络的网络管理I n t e r n e t 的发展初期并没有考虑过网络管理问题，这使得其网络管理不可避免第2 页国防科学技术大学研究生院T 程硕士学位论文的具有某些先天彳i 足。任何网络的建设中，控制网络、使网络具有最高效率和可靠工作的网络管理都将是一个必需内容，尤其是对

31、于复杂而庞大的卫星网络系统。宽带多媒体卫星网络的网络管理不同于地面的计算机网络管理系统，也不同于卫星的地面监控系统，它是多媒体信息利用卫星进行传播的管理系统，必须要在系统所在的各个层面上提供强大而高效的管理和控制。然而，系统独有的网元节点和运行特性以及未来星间联网的发展趋势却给网络管理技术带来了新的挑战，成为网络管理的难点所在。为了使宽带多媒体卫星网络系统达到相对自主、高效运行，并保证信息的安全和可靠传输，单靠目前的网络管理技术是难以实现的，因此，迫切需要开展有针对性的网络管理技术的研究【3】【4】【5 1。宽带多媒体卫星网络系统的设备复杂多样，由卫星通信设备、计算机网络设备以及其它辅助设备和

32、业务系统等部分组成，各种设备有不同格式的控制参数、状态和故障信息，要想了解系统的运行状况、有效发挥系统功能，就必须对大量的监控信息进行处理。对这种高度复杂、高度集成的卫星信息系统进行管理是一个非常具有挑战性的课题，传统的通信卫星测控体制和业务管理体制很难有效的解决网络管理问题。目前的卫星网络管理系统其侧重点更多的是对星载通信设备如基带设备、中频设备、射频设备等进行状态监视，本质上属于设备级的管理。在已经投入运营的卫星网络中，网络管理的主要功能是对构成网络的各种设备进行监控，包括卫星通信设备、计算机网络设备、其它辅助设备和业务系统等。美国的M&C 系统公司推出了虚拟载波监视系统(V C M S)

33、；D i r e c t T V 公司通过M&C系统软件的支持，来遥控卫星上的2 2 0 0 个零部件，以及位于洛杉矶的广播中心管辖的5 条独立的D B S 上行链路系统、一条H D T V 上行链路设备和下行链路设备；I n t e g r a lS y s t e m 公司开发了对卫星和地面设备进行监视和控制的软件模块E P o c h 2 0 0 0，该软件能够用来管理多种类型的卫星，可对1 0 0 颗卫星进行跟踪、监视和控制；I n t e g r a lS y s 公司近几年来采用含S M N P 的软件模块为用户安装G E O 卫星控制中心，能够大大提高工程交付时间；O r a c

34、 o m 公司推出了O r a V i e w 地球站和网络管理软件，该软件系统具有很强的功能，它全部基于I n t e r n e t 标准，是开放式的，可靠且易于使用，摆脱了专用的监控产品所具有的用户接口不灵活的缺陷；具备可伸缩性，能够利用W e b 浏览器来观察和管理设备，观察系统的动态资源配置；显示状态、告警及系统中每一设备的详情；显示设备和信号路径的部位概观图；显示网络拓扑，支持用户附加设备、产生图形；支持多用户安全保密和通信鉴别等。对于上述各厂商所推出的卫星管理模式而言，最大的问题在于其通信载荷监控系统、网络管理系统和卫星测控系统是由设备提供厂商独立开发的，每种监控系统都运行在不同

35、的操作系统之上，由专门的部门和专门的人员来操作这些监控系统。作为一个完整的卫星通信网，缺少统一的监控平台难以进行数据共享，第3 页国防科学技术大学研究生院T 程硕+学位论文难以实现多个刚络系统之问的融合与集成，为网络管理和业务调度带来了不便。从技术发展趋势来看，目前这种模式的网络业务管理不能满足未来卫星网络系统发展的需求，必须引入标准化的、能够适合宽带多媒体卫星网络特点的网络管理系统。1 3国内外卫星网络管理的研究现状及今后的发展趋势1 3 1 国9 1 柞1 关领域的研究国外在宽带多媒体卫星的研究工作方面起步较早，上世纪9 0 年代美国、欧洲涌现出了2 0 多个“宽带卫星”计划，其共同特点是

36、瞄准全球服务市场、采用多星座设计、使用K u 或K a 频段、具有星间链路，且投资规模都在数十亿美元或以上。比如：美国M o t o r o l a 承建的“T e l e d e s i c 系统【6 J，阿尔卡特公司的“天桥(S k y B r i d g e)系统【7】、休斯公司的“太空之路(S p a c e w a y)”系统【8 1、洛克希德马丁公司的“宇宙链路(A s t r o l i n k)”系统【9】等。这些系统应用于军事、经济各个领域，为不同用户提供各种各样的通信服务，包括互联网应用，宽带多媒体移动通信等。在宽带多媒体卫星的网络管理方面，国外已经存在一些相对较成熟的商业

37、网络管理系统：美国的休斯公司相关网络管理产品、加拿大的S E D、美国C o m t e c h公司的M I D A S 和德国的军事卫星管理系统N DS a t C o m 等，他们可以实现卫星设备的监视和控制、卫星的资源管理、监控远程节点的网络流量等功能，但是他们都属于针对专有网络开发的，具有很强的特定性。随着宽带卫星网络向着标准化的方向不断发展，现有独立运行和管理的卫星系统已经不能有效地适应各种应用的需求。卫星通信网是所有通信网组成的一部分，为能融合到“大系统”、“大网络 中去，网络管理统一标准的问题便显得十分必要而突出。使用广泛应用的商用网络管理标准来实施对卫星通信系统的网络管理是近年

38、来的一个研究热点。目前，美国马里兰大学的卫星与复合通信网络研究中心(C S H C N)正在进行卫星及地面复合网络通信协议及网络管理的研究，其研究项目有：卫星和混合通信系统、利用卫星进行A T M 网络互连、卫星网的T C P I P 应用、混合宽带网的自动监测和智能网络管理等。俄罗斯的多功能航天通信系统(M K T C)也正在建设和发展中，其中工作之一是进行星上网络管理的研究【l0 1。1 3 2 国内的发展现状中国是世界上最适合发展卫星通信的国度之一，有三分之二的国土面积不适宜铺设地面光缆，生活在那罩的人民要享受宽带多媒体信息服务，空中宽带可能是唯一途径。而在地面网比较发达或即将发达的地区

39、，虽然卫星通信有可能不是第4 页国防科学技术火学研究生院T 程硕士学位论文主要传输手段，但依然可能成为地面网很好的补充。我国的通信卫星发展起步较晚，1 9 8 4 年我国的第一颗实用通信卫星才投入使用。卫星因特网业务在我国的发展也是近几年的事，但发展速度相当快，到2 0 0 0 年4 月底，我国国际互联网的总带宽己达7 0 0 M H z，其中利用卫星的带宽为2 0 8 M H z。国内的因特网用户已达1 0 0 0万，按目前国际发展现状，如有1 0 的用户通过卫星接入因特网，则其用户可达1 0 0 万，可见其潜力巨大。目前，虽然我国还没有自己的宽带多媒体卫星通信系统，但利用现有的通信卫星进行

40、多媒体通信的应用却是方兴未艾。中国电信的中国公用计算机互联网(C h i n a N e t)，用国际通信卫星转发器开通了中国与美国因特网之间2 M b s 至4 5 M b s 不同速率的2 0 多条国际中继链路，2 0 0 0 年底还开通了全球第一条1 5 5 M b s对称因特网卫星链路。此外，中国金桥信息网(C l l i n a G B N)、中国教育和科研计算机网(C E I 埘e t)、中国科技网(C S T N e t)等互联网单位用国内通信卫星转发器开通了数十条I S P(或区域网络)与核心网络间中继链路，以C、K u 频段卫星传输链路起步，以后增加K a 频段卫星链路和地面

41、通信设施，组成覆盖全国的通信网络。还有中国通信广播卫星公司经营的“中星宽带”平台、东方家园信息公司使用的电子商务卫星网络系统、上海建华卫星网络公司等单位经营的“宽带之星”系统、广州南方卫星通信公司经营的“星网通”以及中国教育卫星宽带网等。这些系统视不同要求依托宽频多媒体卫星网络平台，可提供高速互联网接入、海量数据下载、远程医疗、远程教学、视频会议、多点广播等业务I I。在卫星网络管理方面，以上这些系统由于业务类型较为单一，并不提供多种服务，所以管理功能相对简单。宽带多媒体卫星网络管理系统是我国正在建设中的新一代宽带多媒体通信卫星系统的重要组成部分。在系统设计之初，就应该充分考虑网络管理系统的功

42、能和实现，以及与其他子系统的接口，以提高网络的使用效率、保证卫星系统的安全可靠和有效运行作为主要攻关方向。1 3 3 今后的发展趋势未来的宽带多媒体卫星网络将与地面的电话网、T V 网和计算机网融为一体，一旦实现全数字化，电视、通信、计算机这些迄今相互分离的技术将融为一体，使这些业务互相渗透、融合、会聚，形成一种广义上的网络。这是数字化、网络化发展的必然结果。而I P、A T M 等地面固定网络技术的蓬勃发展给宽带多媒体通信卫星行业带来了新机遇。卫星手段的广域连接能力和广播、多播优势，结合高速网络交换技术的特点，将实现大范围、无缝隙的高速网络互连及多媒体远距离传送。超大功率与容量的卫星制造技术

43、为高质量图像及数据压缩传输的实施提供了可行的途径，卫星直播和基于I n t e m e t 的宽带网络接入等宽带业务的实现具备了第5 页国防科学技术大学研究生院T 程硕士学位论文相当的条件。I 刊时，高频段资源的使用、多波束天线技术、星上交换、星上处理等多种技术的应用使得卫星通信系统的带宽、抗干扰能力提高到一个全新的水平。现有的网络管理体系结构已经不能满足新的卫星通信系统对管理和控制的要求，因此，必须研究新的网络管理与控制技术。未来的卫星网络管理发展趋势如下：_ 商用成熟的标准、算法和设备将越来越多的得到应用，从地面网络管理中产生的性能管理、资源管理、安全管理等概念将在对空间网络的管理中得到体

44、现和应用；_ 随着星上处理能力的增强，空间卫星节点将具有一定的自主管理能力，不再完成依赖于地面站的管理控制。这样可以减少星地间大范围、长距离网络管理信息传递以节省带宽；_ 空间环境和卫星通信链路的特性使得网络管理信息的获取过程具有时延的特点，因此网络管理协议的设计必须要考虑网络传输时延的影响。未来宽带多媒体卫星A T M 网络的协议主要有两种方案：(1)A T M 信元封装：使用A T M 信元封装和卫星专用协议建立和管理连接；(2)定义卫星A T M(S A T M)协议层：用A T M 协议栈提供高度综合的解决方案，定义了一个新的S A T M 协议层【1 2】；_ 网络管理系统必须具有良

45、好的分布性和可扩展性，以满足具有分布式、异构性、动态拓扑等特点的卫星网络在系统结构和系统规模上不断发展和完善的要求；一网络管理的实现模式和算法设计应该突破传统的事后处理方式，主动收集管理对象信息以监测网络状态和预测网络行为。_ 宽带多媒体卫星网络是天地一体的综合系统，网络管理系统必须提供与地面其他网络管理系统的互联互通能力。1 4 本文的主要工作及贡献本文在对宽带多媒体卫星网络进行详细的分析研究的基础上，卫星网络的网络管理系统进行研究与设计。主要工作及贡献包括：(1)设计了适合于宽带多媒体卫星网络的网络管理系统模型，的通信链路以及网络管理中心与其他组成部分之间的通信方式。对宽带多媒体网络管理系

46、统(2)对传统的S N M P 和C M I P 协议进行了分析、比较，引入专用于卫星网络管理的卫星管理协议(S M P)。在具体协议的应用上，把整个网络管理系统分成两个部分：星载网络管理代理与地面网络管理中心之间采用S M P 协议进行通信，而地面网络管理系统之间采用S N M P 协议进行网络管信息的交互。(3)对宽带多媒体卫星网络管理系统中的配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理这五个基本功能模块进行设计。第6 页国防科学技术大学研究生院丁程硕+学位论文(4)提出了宽带多媒体卫星网络管理系统的软件设计思想，详细分析了网络管理系统的软件结构和各功能模块星一地功能划分、模块间关系，

47、给出各功能模块的实现方法。根据网络管理系统功能以及管理应用需求(包含现有的管理协议栈、接口需求)，同时兼顾现有地面A T M 网络对于M I B 的定义标准，为宽带多媒体卫星网络管理系统构造了一个S M I B。对卫星网络管理信息数据库进行实现。1 5 论文结构第一章介绍了宽带多媒体卫星网络、卫星网络管理的发展以及国内外卫星网络管理的研究现状和今后的发展趋势。第二章对宽带多媒体卫星网络及其空间段子系统和地面段子系统的组成和各部分功能进行了详细的介绍，研究A T M 技术在宽带多媒体卫星网络中的应用。第三章对宽带多媒体卫星网络的网络管理系统进行设计，包括网络管理系统的模型、通信链路设计，网络管理

48、中心与其他组成部分之间的通信方式研究，网络管理系统中协议的选择及S N M P 协议和卫星管理协议的应用。宽带多媒体卫星网络管理系统中各功能模块的设计。第四章提出宽带多媒体卫星网络管理系统的的软件设计思想，在对网络管理系统的软件结构和各功能模块星地功能划分、模块间关系进行分析的基础上对网络管理系统的五大功能模块和管理信息数据库进行了实现。搭建用于项目测试的卫星网络管理系统仿真平台。第五章对全文进行总结并对下一步的工作进行展望。第7 页国防科学技术人学研究生院丁程硕+学位论文第二章宽带多媒体卫星网络目前发射的宽带多媒体卫星有对地静止轨道及中、低轨道卫星星座系统两类。从各自发展的现状看来，新一代K

49、 a 频段以宽带多媒体为市场目标的G E O 卫星系统如S p a c e w a y、A s t r o L i n k 及C y b e r s t a r 等，及最近若干年发射的新宽带卫星热鸟6、A N I K F Z、I P S T A R、M B S A T 等均在快速推进、拓展运营，这与由大量星座组成的L E O M E OG M P C S 系统由于巨大投资风险等原因在市场中屡遭失利的现状形成鲜明对比。因此，先发射一颗宽带G E O 卫星建立一个区域性宽带卫星通信系统来解决卫星宽带接入问题是一种明智的选择u 引。G E O 卫星通信系统由于其比较符合以市场驱动为主导及与地面业务互

50、补集成的原则，且研制周期较短、投资较小，是目前民用宽带多媒体通信卫星系统的发展趋势。2 1宽带多媒体卫星网络的体系结构根据星上有效载荷的配置情况，宽带多媒体通信卫星系统可以分为“透明转发的通信卫星系统和具有星上处理和交换能力的通信卫星系统。“透明”通信卫星对信号只进行频率变化和功率放大，并不对信息本身进行处理，所有的数据信息处理和通信协议处理都在通信卫星系统的用户终端、关口站和地面网络管理控制中心进行。“透明 转发卫星的系统灵活性受到了很大的限制，对于日益增长的地面终端用户数量及多种业务传送需求显得力不从心。新一代宽带多媒体通信卫星系统采用星上处理和交换机制，具有信道化处理、星上信号再生、信息