學習英文與了解天下事，為什麼要讀時代雜誌呢？
閱讀世界新鮮事的人所擁有的國際觀是非常驚人的
當你開始閱讀time時代雜誌增加英文閱讀能力，同時也可以提昇世界觀
因此無論出社會還是在學時，推薦學英文的其中一種方法就是大量閱讀time時代雜誌
藉此提高外文的閱讀理解能力，提高英文文章與新聞的理解力，time時代雜誌是一個非常好的讀物!
因為這本雜誌所囊括世界各地最新的奇人異事，可以讓眼界變得更寬廣
而且許多最新片語詞彙，不見得你在字典可以找到，很多都是新創名詞
讓你的頭腦可以跟著世界的巨輪一起前進
只要閱讀1-2個月，你會發現你看原文的速度至少快上2-3倍。
除了TIME雜誌外，經濟學人，科學人，國家地理中文都很推薦
下面的介紹，可以讓你快速了解雜誌的特色
↓↓↓TIME雜誌限量特惠的優惠按鈕↓↓↓
PTT鄉民限量,團購,限時,週年慶,小衛星通信與網絡發展綜述禮物,優惠,特價,開箱,比價小衛星通信與網絡發展綜述,活動,好評,推薦
小衛星通信與網絡發展綜述01網友哪裡便宜,採購,優缺點,試用,小衛星通信與網絡發展綜述好用,小衛星通信與網絡發展綜述CP值,經驗,好康,集購,下殺,免比價,去哪買？,
名人推薦介紹,小衛星通信與網絡發展綜述部落客,排行,體驗,精選,限定,折扣,小衛星通信與網絡發展綜述折價卷,ptt,蝦皮拍賣,Dcard推薦評比開箱
選購指南!小衛星通信與網絡發展綜述這新知
如何選購小衛星通信與網絡發展綜述這新知
新手選購有技巧！部落客大推小衛星通信與網絡發展綜述這新知
小衛星通信與網絡發展綜述好用
這個這新知小衛星通信與網絡發展綜述你不能錯過
熱門的小衛星通信與網絡發展綜述好用？如何選購
↓↓↓下方有其他推薦產品與服務讓你選喔↓↓↓
熱點新知搶先報
在過去20年中，衛星系統領域發生了翻天覆地的變革：經濟實惠的創新商業現貨技術解決方案層出不窮，微電子和微系統技術不斷進步，使衛星組件尺寸不斷減小，讓人們能夠設計尺寸越來越小的衛星，如小衛星（重量小於或等於1000千克）、微衛星（重量為10~100千克）、納衛星（重量為1~10千克）和皮衛星（重量為0.1~0.99千克）。 迄今為止，小衛星開發的主要動力是地球觀測和遙感領域，它們極大程度彌合了許多垂直行業（例如，農業、災害控制、林業和野生動植物）「數據匱乏」的鴻溝。然而，隨著開發提供全球通信的巨型皮/納衛星星座的新投資增長，衛星在機器對機器（M2M）通信中發揮的作用越來越重要，業界對利用小衛星發展互連衛星分布式系統的興趣越來越濃，研究關注點轉向了電信領域。本文概述了小衛星領域的近期進展和發展趨勢，同時特別聚焦電信領域，例如使用更高頻段和光通信、協議和架構。 01、小衛星發展歷程簡述 從太空時代伊始到其最新發展，衛星通信一直都是技術和社會進步的最可靠指標之一：實際上，在最近幾十年內，許多領域都發生了令人驚嘆、不可思議的成就和變革，包括廣播、移動通信、地球觀測和遙感、星際探索、傳輸和遠程監測等等，包括商業、民用和軍事應用。然而，值得強調的是，二戰結束至今，衛星系統經歷了根本性和系統性的變革，其性能完美適應了社會和市場需求的不斷變化；特別是雖然在戰後最初十年，政府和國家機構是太空競賽開始階段衛星任務設計和衛星系統開發的主要參與者，但近年來，私企也在這一戰略性行業中發揮了越來越重要的作用。 主要國際衛星組織在上世紀末的私有化進程也推動了這一趨勢的發展，並產生了大量收入，如圖1所示。就甚小孔徑終端（VSAT）和寬頻衛星系統而言，從衛星發射直到其最終成功推廣，都經歷了同樣的市場力量激勵和放鬆管制趨勢，如圖1所示。 ... 圖1 INTELSAT、EUTELSAT和INMARSAT的年收入（左）VSAT終端的年銷量（右） 另一方面，二十世紀末也是探索基於所謂小衛星（其尺寸和重量遠小於巨型地球靜止軌道（GEO）或大型中地球軌道（MEO）以及低地球軌道（LEO）衛星）新範式的開端。這些新系統根據其尺寸大小，被定義為微（micro）、納（nano）和皮（pico）衛星。早期小衛星任務主要是由高校研究組織和研究機構組織和執行，旨在實現某項技術演示或應用驗證。 這些早期嘗試為實現和利用極低成本衛星奠定了基礎。有研究顯示，單顆小衛星的預估生產和發射成本在10萬到20萬美元間：如果是共享小衛星，每千克單位發射成本可降至小幾千歐元。 因此，小衛星這些前所未有的特徵受到了市場力量的極大歡迎，這些市場力量在過去三十年內激增並開啟了太空探索新熱潮，最初目標和針對性明確的應用包括民用、軍事和商業領域的地球觀測和通信等。圖2顯示了一些大致數據，以印證新太空探索競賽的激烈程度。 ... 圖2 過去15年小衛星數量 2010至2015年間總共發射了551顆衛星（<400千克），後續五年的預期目標是再進行1380次發射。圖2展示了小衛星發射數量趨勢。 此外，三大衛星通信和地球觀測星座占比38%，未來5年在幾個大項目推動下，這一比例將增至68%。本文的分析揭示了小衛星大規模發展的主要推動力：星座建設相對容易。後文將對此進行探討，並重點關注衛星間通信。 最後，有必要介紹小衛星數量大規模增長的主要貢獻者：「立方星」。立方星是史丹福大學1999年啟動的一個項目的目標，旨在獲得能夠快速開發並用於教育目的的極低成本/重量衛星。史丹福大學與加州理工大學合作，開發了立方星規範，目的在於獲得具有標準形狀和重量卻可定製的衛星，以簡化發射和部署操作。眾所周知，一個立方星是由一個（1U）或多個（nU）10cm´10cm´10cm單元構成，每個單元質量最多1.33千克。鑒於立方星的特質，子系統可實現標準化生產，甚至可作為商業現貨產品從網店購買，從而保證了極低任務成本。 立方星解決方案的獨有特徵對於小衛星任務的迅速增長以及以新興太空市場為主要核心的公司（例如Terra Bella，Spire，Planet Labs和OneWeb這些開發低軌小太空飛行器巨型星座的公司）的重大發展十分重要。 02、小衛星服務、應用與發展趨勢概述 2000年左右，小衛星已能適當利用創新商業現貨（COTS）技術解決方案（硬體和軟體）實現有效競爭和盈利能力。現代小衛星服務的成功增長涵蓋了大量應用背景，因此需要基於小衛星組織開始採用的一種新管理方式——敏捷方法——進行分析。這一範式源於IT行業，是一種基於高度疊代的設計方法，即具有明確定義的目標、任務和需求；對設計進行增量修改，實現系統性能持續提高；時間短，成本低。敏捷方法和利用最新現貨技術代表了新太空時代的兩大主要推動力。 本節簡要介紹了小衛星的主要應用和服務。 （1）地球觀測和遙感。迄今為止，微/納衛星的首要用途就是地球觀測和遙感。通過大型衛星星座可同時執行許多分布式測量或觀測（地球資源監測、氣象監測和災難監測），所收集的數據時間解析度更高（即，重訪時間更短）。 小衛星在地球觀測和遙感方面的應用更加廣泛，需要數據傳輸率越來越高的鏈路，以便可以在短時間內下載所獲取的信息。 （2）科技演示任務。微衛星和納衛星可實現到太空的更廣泛接入，是一種證明原型系統並體驗未來衛星理念的經濟實惠的測試方式。為實現這一目標，NASA創建了NASA納衛星教育發射（ELaNa）這一面向多學科（科學、技術、工程和數學）學生的計劃。大量歐洲航天局（ESA）立方星任務曾經得到「通用支持技術計劃」（GSTP）「在軌演示」部分的資助，其中包括：用於演示納衛星新能力的GOMX-3和GOMX-4B；演示再入技術的QARMAN（用於再入大氣層時燒蝕空氣熱力學研究和測量的QubeSat）；用於分析平流層臭氧分布、上至中間層的溫度曲線圖以及電離層中電子等離子體特徵的PICASSO（用於大氣和空間科學觀測的皮衛星）；實時監控宇宙輻射和太空天氣環境的RadCube；以及測量和記錄冰川或極地冰層厚度和海洋波浪運動的納衛星PRETTY（Passive Reflec Tome TrY）。 （3）星際探測任務。小衛星平臺開啟了太空探索的新領域，尤其是新興使能技術和高性能運載火箭的出現，為未來月球和行星探測開闢了許多機遇。NASA和歐洲航天局（ESA）採用了星際立方星模型，為一系列任務和研究（包括從火星和月球觀測到流星體和小行星研究）提供支持。其中一些研究包括：MarCO（火星立方星1號）、NEA Scout（「近地小行星哨兵」）、LUCE（月球探索立方星），LUMIO（月球小行星撞擊觀測器），VMMO（揮發物與礦物測繪軌道器），Lunar Flashlight（「月球手電筒」）和Arkyd系列小衛星。 （4）通信服務。組成星座的小型微衛星和納衛星可用於提供數據分發（廣播應用）和數據交換（物聯網和M2M範式），並將網際網路訪問擴展到全球。據Space Works Market公司展望，未來幾年內，目前正處於技術演示階段的微衛星和納衛星通信星座將會用於服務和支持快速增長的物聯網和M2M市場。提供物聯網/M2M和數據中繼服務的主要通信運營商包括Sky&Space Global、Kepler通信、Hiber、Helios Wire、Astrocast、Blink Astro、Fleet Space和Myriota。 圖3展示了近期微/納衛星應用趨勢。雖然分析強調微/納衛星的首要用途仍是地球觀測和遙感，但通信星座也有望增長。據Space Works預測，未來5年內大約會有700顆通信微/納衛星發射。 ... 圖3 納衛星市場預測（2018） （5）商業、民用和軍事應用。運輸、智能環境（包括遠程監控）、生活質量、安全是小衛星、微衛星和納衛星的主要應用場景。作為商用納衛星星座的例子，Aerial&Maritime和Sky&Space Global是GomSpace公司的兩個商業任務：前者面向用於態勢感知的飛機和艦船跟蹤，後者則將在太空提供全球通信基礎設施。此外，Astrocast公司還有一項提供全球M2M服務的計劃，用於遠程監控、定位、智能數據收集和預測性維修。 圖4為SpaceWorks對納/微衛星運營商的趨勢分析，包括軍事運營商（旨在為國防活動提供支持），商業運營商（旨在進行盈利性活動），以及民用運營商（非軍事或非盈利性活動）。 ... 圖4 納/微衛星市場預測（2018） 03、小衛星通信有效載荷發展 小衛星早期主要用作高校和技術研發項目的平臺，其有效載荷設想的是用於執行十分簡單的工作，比如傳輸信標、存儲或以極低數據率（1~9.6kbps）傳輸簡易傳感器收集的數據。主要通過標準AX.25協議，使用和運行UHF業餘無線電頻率。在如此低的頻率上，由於波長很長，並且很難在小體積設備內實現較好的輻射效率，因此通常採用線天線（偶極天線、單極天線和螺旋天線）。目前太空中大量立方星都使用線天線來簡化實現。另外，偶極天線由於具有全向性，是衛星間通信的可行備選方案。而新興應用的興起要求小衛星能以更高數據率進行傳輸或執行更複雜任務，同時還要保持體積小、重量輕，因而需要更大帶寬和更高頻段，對數字化實現和軟體控制的需求也越來越高。 3.1、小衛星通信有效載荷在頻段和天線方面的發展 近年來，由於商業可用微波單片集成電路（MMIC）的出現，業界越來越多使用更高頻率而非通常的VHF/UHF波段（比如主要用於遙測的S波段和用於數據傳輸的X波段）。向更高頻段的遷移意味著在太空飛行器設計上產生了其他需求，主要是在電源系統和天線方面。例如，在高於S波段的頻率上，固態高功率放大器的效率從80%（在UHF波段）降至30%。在此頻率，最常用的天線仍是線天線或平面天線，比如貼片天線和縫隙天線。貼片天線由於製作相對容易，尤其適用於立方星。研究人員曾研究了許多S波段貼片天線設計。S波段下行鏈路預期能夠實現100kbps到1Mbps的數據率。要實現更高數據率則需要使用更高頻段，比如Ku、K和Ka波段，這些波段在大型太空飛行器中應用已經很成熟了，但在小衛星領域中仍是新興技術。立方星Ka波段發射機2015年開始在軌運行。在較高頻率上，也可以採用能滿足小衛星嚴格尺寸和重量要求的高增益反射面天線。反射陣天線能夠提供高增益，並且很容易與立方星結構集成，因此也很適用。反射陣列天線由能夠摺疊和收藏在立方星上的平板組成。 事實上，小衛星還是一種經濟可行的衛星通信（包括硬體組件和傳播信道）新頻段（比如W波段）測試方式。對此類高頻段進行研究的動因主要是為了滿足高通量衛星的帶寬需求。另一方面，這些頻段也可能用於小衛星星間鏈路。在Q/V和W波段，喇叭天線是小衛星的一個可行選項，它能夠提供高增益。 對更高數據率、低成本和小尺寸的需求還引發了研究人員對自由空間光（FSO）通信的關注，特別是用於星間鏈路。 3.2、小衛星和立方星雷射通信終端的發展 近年來，自由空間光通信已成為傳統射頻通信系統的一個成熟替代方案。隨著諸如歐洲數據中繼系統（EDRS）之類的系統開始在其星間鏈路中採用雷射通信終端，該技術已經從研究階段邁向了運行應用階段。關於從衛星到地球的下行鏈路，近年來也進行了許多演示，比如美國國家信息與通信技術研究所的小型光轉發器（SOTA）試驗；還有NASA噴氣推進實驗室（NASA-JPL）的雷射通信科學光有效載荷（OPALS）試驗，該試驗驗證了國際空間站的光下行鏈路。另外，Aerospace公司演示了一個1.5U立方星的光下行鏈路。甚至還有研究演示了從月球到地球的光學鏈路。 近期，一些更進一步的演示任務正在規劃之中，比如NASA的太字節紅外傳輸（TBIRD）任務，旨在演示從立方星到地面的100Gbps鏈路，以及德國宇航中心（DLR）的光學空間紅外下行鏈路（OSIRIS）項目，旨在演示從小衛星和立方星到地球的光下行鏈路。 當前用於小衛星應用的實際光通信系統使用重量約5千克、功耗約50W的終端，數據率能達到約10Gbps。就立方星應用而言，圖5以OSIRIS4立方星的實現為例進行了展示。該終端重約300克，功耗約8W，僅需占用立方星內部0.3U的空間，能夠實現100Mbps的數據率。 ... 圖5 OSIRIS4立方星終端的CAD模型（左圖）和1U立方星內終端集成設想（右圖） 衛星-地面光通信的一個重要挑戰是雲層會影響其可用性。可以採用全球範圍的光地面站網絡克服這一缺陷。利用衛星上充足的緩存，可以克服由星-地鏈路可用性有限而引發的問題。雖然當前大多數可用光地面站主要是出於研究目的建立的，但新建和既有地面段運營商們都表示願意建設上述所需的基礎設施。因此，光鏈路的運行使用（甚至是在小衛星中的應用）也僅僅是時間問題。 3.3、向軟體定義無線電（SDR）有效載荷發展 自小衛星最初發展以來，有效載荷設計方面的一個趨勢就是：特許使用低成本商業現貨，且一般是硬體部件，並向數字化實現方向發展。得利於現代高速低功率數位訊號處理器以及高速內存的可用性，硬體/軟體實現之間的天平越來越向軟體實現和SDR概念傾斜。SDR是靈活可重構有效載荷的一種演進。早期在太空應用採用可重構技術的一個實例是2002年發射的澳大利亞FedSat微衛星通信有效載荷。FedSat微衛星通信有效載荷利用FPGA組件進行基帶數位訊號處理，並且採用了一種能夠進行在軌重編程的代碼上傳模式。對支持軍用和公共安全運行的靈活可重構無線電通信的需求推動了從可重構和可重編程設備到SDR的演進，同時，相關實現技術的進步，如模數轉換器（ADC）、通用處理器（GPP）、數位訊號處理器（DSP）和FPGA，也促進了這一演進。在傳統衛星系統中，SDR有效載荷被認為是可確保衛星具有更長壽命期和資源利用更加高效的一個必要技術措施，然而即使如此，至今也很少有大型衛星採用SDR有效載荷。 對設計壽命只有幾年的小衛星而言，其向SDR有效載荷發展的主要原因是：SDR有效載荷所提供的靈活性有利於適應新的科學機遇，並有可能通過重用通用空間平臺來滿足特定任務需求，從而降低研發費用和風險。SDR可用於支持多種信號，提高可靠星間和對地鏈路的數據傳輸率，也有助於解決更為擁擠的頻段中可用通信頻率不足的問題。事實上，使用SDR時還能採用動態頻譜接入（DSA）技術，進而更加有效地利用頻譜。截至目前，雖然像Tethers Unlimited（美國）之類的公司正在NASA資助下著手利用先進的認知無線電升級SDR平臺，但並沒有在用的DSA衛星應用。 這一更加數字化方式所面臨的難題與小衛星的一個重大限制有關，即功耗。鑒於此，FPGA至今一直是首選，尤其是對X和Ka波段的更高數據率，因為FPGA允許並行執行計算密集型任務，且每個時鐘周期的使用效率更高。另外，現代FPGA有內部集成的嵌入式處理系統，比如ARM核心。目前還沒有小衛星在應用SDR，還有一些SDR技術則正處於開發中，例如AstroSDR、NanoDockSDR、GAMALINK和STI-PRX-01。該技術明顯是個研發熱點，越來越多的研究人員在研發和測試新解決方案。有研究在小衛星系統中利用SDR來設計一種星間通信模型，這一模型易重構，支持任意編碼/解碼、調製和其他信號處理模式。另一項研究中，研究人員提出了一種新穎的嵌入式系統SDR架構，這一架構的潛在應用是多星通信地面站、可部署移動地面站網絡，並且能夠進一步擴展到分布式衛星系統中。 空間通信與導航試驗臺（SCAN Testbed）是一個安裝在國際空間站中的先進綜合通信系統和實驗室設施。為在太空環境中開發、測試和演示通信、組網和導航新能力，SCAN試驗臺中集成了新一代SDR技術。SCAN試驗臺包括運行在S波段、Ka波段和L波段的可重構、可重編程SDR收發信機/轉發器，以及通信所需的射頻/天線系統。 04、新電信架構 小衛星正在電信架構中發揮著越來越重要的作用，主要體現在兩方面：（1）小衛星越來越多的用於構成支持現有通信架構（特別是網際網路）的基礎設施聚焦應用段。（2）小衛星也構成和/或利用了全新的不同通信架構。 4.1、作為支撐性基礎設施 使用地球軌道衛星執行網際網路業務並不新奇。從1962年的TELSTAR到Iridium、Globalstar、Viasat和EchoStar，利用衛星無線鏈路的數據中繼市場迅速增長。然而歷史上，這些衛星，無論是LEO還是GEO衛星，都體積大、價格高。在這一領域應用大量小衛星是新趨勢。隨著新概念的提出，該領域近幾年發展迅速，其中許多計劃雄心勃勃，包括： （1）OneWeb星座最初預期由位於LEO軌道的882顆小型網際網路服務衛星構成，之後很可能增長到2620顆衛星。 （2）三星公司提出建設一個擁有4600顆衛星的星座，計劃每月可傳輸10億TB網際網路數據。 （3）SpaceX公司的「星鏈」星座，設想由多達12000顆LEO小衛星構成，其容量可承載人口稠密地區高達10%的本地網際網路業務。 4.2、採用新架構 然而，除了支持網際網路內的業務傳輸之外，小衛星還需要能力更強的新興電信架構來維持其自身運行。LEO軌道衛星間的協調依賴於衛星間交鏈、地面站（一般通過地面網際網路）提供的中繼服務，或是二者的結合。這種能力對於像GRACE（重力反演與氣候試驗）任務和QB-50計劃這樣的星座至關重要。 進一步看，這一對伴隨著InSight太空飛行器執行火星任務的MARCO太空飛行器（每個均為6U立方星）將主要用於在InSight著陸器進入火星大氣層、向火星表面降落並著陸時將來自著陸器的信息中繼給其位於地球的任務運行中心。如圖6所示，InSight與每個MARCO軌道飛行器之間的鏈路都處於UHF頻段，而MARCO太空飛行器與地球的通信採用X波段。每個MARCO每次僅能使用其中一條鏈路，因此通信架構與以持續端到端連通為特徵的網際網路業務迥異。 ... 圖6 MARCO通信架構 將與網際網路業務模型的偏差投射回高容量地面通信中，研究人員提出了一種旨在大規模容忍端到端通信中相關延遲的衛星通信架構。「環路（Ring Road）」架構基於容遲組網（DTN）協議。「環路（Ring Road）」的基本原理是一次一顆衛星，逐步在LEO軌道部署DTN束協議（BP）路由器星座。如圖7所示，網絡包含三類DTN節點： （1）路由器衛星，稱作「信使」節點，位於極軌； （2）位於連接網際網路計算機內部的節點，稱作 「熱點」； （3）位於高度隔離計算機內部的節點，沒有任何電子連接，稱作「冷點」。 ... 圖7 「環路（Ring Road）」網絡架構 星座的運行方式如下： （1）位於冷點節點的用戶在束（例如電子郵件或HTTP代理接觸查詢）中發布數據。節點將束排列好以便傳輸給下一過頂「信使」。 （2）最終，「信使」會飛過冷節點。由於「信使」的軌道已知，因此「信使」和冷節點之間的接觸可以提前很久安排。「信使」和冷點可在任何可用無線電頻率中使用基於LTP（Licklider傳輸協議）的束協議進行通信。從其他地方傳來且目的地是此冷點的束稱作「前向業務」，將從「信使」傳送到冷點節點，實現區域網內部轉發。從冷點發出的束稱作「返向業務」，被傳送到「信使」節點並排隊用於後續傳輸。 （3）「信使」為從冷點接收到的每個束計算一條路由。「信使」知道其自身的未來接觸計劃，因此如果任意束是去往束生存時間（TTL）結束前「信使」將會到達的某一其他冷點，則該束會排隊，以備後續傳給該冷點。。所有其他束都要排隊以便傳送給「信使」將飛過的下一個熱點。 （4）當「信使」飛過某一熱點時，排隊的束被傳送到該熱點，同時，「信使」也接收熱點節點排隊發送給該「信使」的束。 （5）當熱點節點從某個「信使」接收束時，節點會為每個束計算路由。如果束的目的地端點通過網際網路（例如，位於蒙特婁的資料庫伺服器）直接可達，那麼熱點就使用BP over TCP/IP將束立刻傳送到該端點。否則，熱點則詢問接觸時間表，確定哪個「信使」與目的地冷點的計劃接觸時間最早，然後再次詢問接觸計劃，確定哪個熱點與該「信使」的計劃接觸時間最早。如果將第一個看到該「信使」的熱點是本地熱點自己，那麼該熱點只需在本地將束進行簡單排隊，以便後續傳輸給該「信使」；否則，該熱點則使用BP over TCP/IP將束立刻發送給計算出的最優轉發路徑熱點。 （6）當某一熱點從網際網路中的某一節點（可能是另一熱點）接收到束後，該熱點會像上一步那樣為每個束計算出一條路由。當一個「信使」過頂時，該熱點與「信使」交換束。當該「信使」隨後飛越某一冷點時，便以同樣方式與該冷點交換束，以此類推。 新通信架構的優勢： （1）與基於交叉鏈路的路由結構星座不同，不需要整個星座一次性全部入軌才能讓數據流動起來。網絡可以從一個熱點、一個冷點和一個「信使」開始。此時，冷點的往返時間將會很長，因為每N個衛星軌道僅有一次接觸，而N是指將冷點放回衛星地面軌跡中需要的軌道數。儘管如此，冷點和網際網路中任意點之間的雙向數據流將得到可靠支持，雖然有效數據率極低。隨著衛星數量的增加，任意給定冷點的覆蓋頻率會增加，軌道數量N會下降，從而可整體上增加網絡承載能力（全部「信使」的總存儲能力），這樣支持的冷點數量就會增加。在地面添加更多熱點也會增量式增強網絡承載能力，增加熱點可更早將返向業務束從「信使」的星載存儲中排出，為更多束騰出空間，從而進一步增加可支撐冷點數量。 （2）路由問題有些複雜，路由在熱點處的潛在強大地基計算機中進行，而不是在「信使」衛星中。這意味著大規模生產的小型衛星適用於「信使」衛星。 （3）因此，這一架構中的所有元素價格都相對便宜。 綜上所述，這一基於小衛星的架構初始投資很少，能夠以低成本實現十分廣泛可用的網絡數據服務。 4.3、與地面架構的集成 要考量不同利益相關方的數據可用性，必須以更廣視角分析小衛星和立方星星座帶來的服務潛力。當處理中心位於控制中心附近，或者在任一情況下都能通過專用地面基礎設施與它們直連時，架構設計或許基本上就是前文所述示範性架構的擴展。可以通過直接在處理中心終接所提出的DTN架構，或者通過使用能夠讓原生DTN架構和非DTN架構接口的專用網關實現，即採用以純TCP/IP協議架構為基礎構建的傳統網絡時。 另一方面，小衛星星座提供的服務引發了越來越多的關注，因此數據可能會分發到企業、高校、學校、公共機構和單個用戶的不同應用中（例如，空間數據挖掘、教育用途、監視和監控等等）。在這一背景下，數據檢索很可能在網際網路地面基礎設施上進行，因此需要部署小衛星系統地面段和核心地面網絡之間恰當的集成策略。這一集成任務包含於融合衛星與5G網絡的更廣泛計劃中，這些計劃也是近期衛星行業的熱點話題。提供靈活的集成架構至關重要，這裡不討論為滿足這一目標而精心編制的架構建議的細節。要確保現有網際網路信息流和小衛星數據檢索的恰當共存（它們可看做是有不同QoS/QoE特徵的不同網絡切片），網絡靈活性毫無疑問值得關注。鑒於此，需要實施恰當的軟體定義組網（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）解決方案，以實現衛星網絡的「軟體化」。然而人們對衛星網絡軟體化的理解並不完善，仍需針對小衛星星座進行更多研究。 為網絡架構提供面向內容的功能也與在網際網路中分發小衛星數據這一目標相關，以區分應用到小衛星系統數據對象的QoS管理和路由功能。這也許意味著要應用現有信息中心網絡（ICN）架構，但為滿足從衛星系統檢索到的數據對象的內容特徵，並且與針對衛星網絡（如前一小節所述）提出的網絡架構（例如，基於DTN）接口，其基線概念也應改造。 具體而言，基於ICN的架構建立在發布-訂閱範式上，用戶可訂閱內容分發服務，相應地，內容按接受的請求分發。ICN網絡的主要特性之一是內容與對象名稱顯式映射，從而可實現更加先進的內容感知路由和安全方案。此外，這種方式還幫助實現了一種內容中心組網方式，取代了典型採用的主機中心方式（即IP系統中實現的方式）。在主機中心方式中，位置和內容描述映射到一個唯一的標識符（例如，IP位址），一定程度上限制了基於內容的組網功能的實現。ICN網絡的另一個內在關鍵優勢是在整個網絡中實現了分布式緩存功能，從而簡化了MEC（多址邊緣計算）與雲計算功能的整合，而它們是現代通信網絡中的重要構件。 ICN功能由專用網元支持，例如，它不僅可在地面網絡中部署，而且如果衛星能夠提供必需的存儲和計算能力，還可在空間網中部署。事實上，為利用二者在中斷彈性和緩存方面的主要優勢，基於DTN和ICN協議的架構有可能共存於同一網絡部署中，但需要對協議接口進行具體修改。 ... 圖8 用於內容傳輸的基於ICN/DTN概念的集成衛星-5G網絡 整體上看，圖8展示了包含5G和衛星段的總體網絡架構，描繪了衛星星座作為5G接入網的補充，推動內容傳輸的情境。該架構建立在ICN/DTN架構基礎之上，與MEC和雲計算網元交互。 05、通信與網絡協議的進步 過去十年中，與小衛星以及用於小衛星之間通信的新協議迅速出現。新能力在協議棧的多個層都有所體現。 5.1、物理層 最初，支持立方星衛星的僅有通信鏈路是運行AX.25協議的UHF鏈路。由於最初主要是科學任務，大多數數據率需求很低，因而使用的是二進位FSK（BPSK）這樣的簡單調製方案。值得注意的是，AX.25協議能夠檢錯卻不能糾錯。更高數據傳輸率同時保持低質量和重量的新興傳輸需求正在推動更大帶寬和更高頻段的使用（如第4節所述），也推動了通過更先進的調製方案更加高效地使用可用帶寬。此外，數字電子技術的快速發展也使得向SDR有效載荷和地面站轉型成為可能，為實施更加先進的通信協議和調製方案提供了機遇，包括糾錯能力以及根據當前鏈路條件的調製參數動態自適應。然而，已經出現了一些為立方星和小衛星設計的創新型收發信機，它們使用更高頻段（例如從X波段上至Ka波段），實現了可變和自適應編碼調製（VCM，ACM）能力。例如，RADIOSAT是ESA開發的一種創新收發信機，運行於Ka頻段並與一臺DVB-S2數據機集成，整體特徵是低功耗。關於星間鏈路設計，近期在研究可見光通信，可見光通信能夠用更小、更輕的節點提供更高數據率，同時避免RF通信常見的干擾問題以及6GHz頻段以下無線電頻譜明顯稀缺問題。另外，還可避免實現雷射通信系統精確瞄準精度所需的電子設備問題。可見光通信有近300THz的免費可用帶寬，能夠使用LED陣列提供短程高容量數據傳輸率。 5.2、鏈路層 雖然地球軌道立方星運營商最初除了AX.25外幾乎別無選擇，但是適於地球軌道和地球軌道外航天運行的能力更強的新興協議正逐漸可用。新興CCSDS統一空間鏈路協議（USLP）是為適應多種空間數據傳輸條件設計的，它包含一個「虛擬信道」概念，讓更高層的多個數據流能夠透明共享一條物理鏈路，同時還可對多個復接器接入點進一步復接，讓多個數據業務共享同一虛擬信道。該協議還提供小型服務數據單元聚合以及聚合分段機制，用於各種長度協議數據單元的廣泛控制。CCSDS還在鏈路層定義了一種安全服務，稱作空間數據鏈路安全（SDLS）。由於通過網際網路提供服務的地面站和任務運行中心的安全問題愈演愈烈，因此安全迅速成為航天任務設計者迫切需要考慮的問題。SDLS為單艘太空飛行器通過地面站與其控制中心聯繫的簡單航天任務提供了一種安全標準。SDLS包括數據源認證、連接和無連接機密性、具有和不具有恢復能力的連接完整性，以及無連接完整性。 5.3、網絡層 DTN概念可追溯到早期網際網路研究任務組（IRTF）的行星間組網研究小組。DTN是一種旨在儘可能彌補不利網絡數據通信問題的網絡架構，特別是重大鏈路中斷（不論是否在預期內）頻繁出現，和/或信號傳播延遲很高的網絡。事實上，高延遲和連接中斷的影響在許多方面相似，針對DNT開發的網絡架構就是為了減輕二者的影響。兩種環境的核心問題都是各網絡節點在任意給定時刻，無論出於任何目的，都無法及時向其他節點請求援助。DTN特徵設計的統一原則就是認識到這一本質。鑒於全局信息很可能過時或不完整，節點必須能在本地自己作出自身運行決策，即使當這些決策有缺陷時，網絡在一些有用層也必須能夠繼續運行。DTN的核心協議是BP（束協議），一個功能類似於IP的DTN網絡層協議。BP與IP類似，BP節點接收某個應用實體發送的數據，在某些媒介中存儲數據，並通過網絡將數據轉發到服務於應用實體（數據目的地）的節點。BP與IP的主要區別是，轉發節點不會立即丟棄數據項（稱為「束」），因為當前沒有可用前向通信鏈路；相反，節點可能將束存儲很長一段時間，等待可用鏈路。DTN中與網際網路TCP類似的協議是LTP（Licklider傳輸協議）。一個LTP「引擎」會將出站束分成多個小「段」，並將這些「段」發送給為BP已經確定是該束端對端路徑中下一步最佳BP緊鄰目的地的BP節點服務的LTP「引擎」。LTP和TCP都負責傳輸數據、檢測數據丟失並在必要時通過重傳「段」來自動恢復。LTP和TCP之間的主要區別在於： （1）在TCP中，發現和報告數據丟失的實體是服務於數據目的地應用實體的TCP實例，數據丟失報告給為數據源應用實體服務的TCP實例。也就是說，重傳是「端到端」的，並且在網際網路協議棧中，TCP層在IP層之上。 （2）在空間飛行任務場景中，由於數據源和目的地可能在相隔好幾光分鐘的不同行星上，端到端重傳可能導致極長的數據傳輸延遲。在LTP中，數據丟失則變為報告給位於鄰近數據源（端到端路徑上的前一直接BP節點）的LTP實例，LTP實例則會儘早重傳丟失的段。LTP重傳是網絡內的「點對點」傳輸，並且LTP在DTN協議棧中位於BP的下層。 對使用DTN協議解決方案的補充是利用網絡編碼（NC）來增強數據傳輸的魯棒性，同時優化可用網絡資源（即，帶寬）的使用。參考用於小衛星星座的「環路（Ring Road）」網絡模型，網絡編碼可施用於所有網絡節點（即，空間段和地面段節點）。在此情境中，網絡編碼功能實際上主要是在線（on fly）編碼和解碼功能。具體而言，每個具備NC能力的節點將負責收集給定數量的信息包，並對其編碼，生成特定數量的冗餘包，其中網絡總體編碼配置在具體輸入信息和輸出冗餘包數量以及採取的編碼策略方面發揮著重要作用。在這一點上，隨機線性網絡編碼在過去二十年很受歡迎，因此被認為是在實際網絡中部署中實現NC最具吸引力的方式。尤其是，對即將卸載到地面站的數據塊應用隨機線性網絡編碼有助於增加數據交換應對傳輸信道質量突發波動的可靠性。此外，網絡編碼也可用於傳輸數量減少的數據包，從而改善實際帶寬利用。如果利用多播數據通信，這一優勢則更加凸顯，能夠充分利用網絡編碼的性能優勢。 另一方面，儘管網絡編碼有上述優勢，但也要考慮在空間段實現網絡編碼帶來的複雜性問題。事實上，網絡編碼實現需要某些專用計算能力用於在線編碼功能，以及專用星上存儲來保存正經歷編碼或解碼過程的數據塊的臨時副本。此外，還需關注應用了網絡編碼的協議層，通常考慮分層或集成方式。前者中，網絡編碼作為現有協議層之間的專用中介層實現，總體系統實現的複雜性增加有限。後者相反，網絡編碼功能必須要納入到一個現有協議內，會增加整體實現的複雜度。另一問題與網絡編碼功能在協議棧中的實際位置相關，目前業界尚未達成共識。一方面，為實現可能數據丟失的更高效恢復，需要保持網絡編碼實現儘可能靠近協議棧低層（即數據鏈路層）。而另一方面，在協議棧較高層實現網絡編碼有助於更加精準匹配數據服務特徵，並最終滿足相應QoS需求。在這一點上，一個好的折中方案是在束協議內部直接實現網絡編碼功能，或者直接位於束協議下層，作為為該特定任務而設計的任意匯聚層（即UDP或LTP）的一部分。這樣，立即就會發現，所有這些需求都在整體系統設計中得到了恰當考慮，參照現有衛星有效載荷所提供的能力和所考慮系統提出的實際服務需求目標。 與在所提出的網絡架構內使用網絡編碼相關的另一個有趣之處是它們在另一項研究中用於減小丟包的使用形式。在這一案例中，網絡編碼不是在整個網絡實現，而是僅限於從通信可靠性角度看更有挑戰性的幾個網絡分支。這樣，就不再需要重編碼功能（就像通過隨機線性網絡編碼實現的那樣），相反，可以考慮經典的分組層前向糾錯（FEC）解決方案，即，基於LDPC或Reed-Solomon碼。在這一點上，空間數據系統諮詢委員會（CCSDS）已作出了一些有關應用糾刪碼的空間下行鏈路建議，建議中專門針對自由空間光鏈路通信情況利用了基於LDPC的糾刪碼。即使在這種情形中，網絡編碼也僅在特定鏈路實現，但根據空間節點典型的資源受限實現特點，節點能實現編碼/解碼功能以及能在處理功能之前存儲數據毫無疑問是系統設計階段的重要需求。雖然上述來自空間段的限制並未全部考慮，但考慮了其他針對星間鏈路實現網絡編碼的研究，因此需要進一步研究，更深入了解所有潛在意義和需求。 06、前景與挑戰 本文概述了小衛星系統的現狀，強調了實現創新應用的顯著特徵，並聚焦於電信服務。 在不久的將來，通過由皮/納衛星組成的巨型星座提供先進的網際網路服務將成為現實。然而，還有一些必須面對的挑戰。 （1）物理層 （a）如第4節所述，使用Ka波段以上頻段以及星-地鏈路（即，不僅僅用於星間鏈路）使用自由空間光（FSO）通信引發了一項重大挑戰：傳播信道會極大衰減。無論對高頻率RF傳輸還是自由空間光通信，這一問題可通過提供一個由分布在高度分集的不同站址的大量地面站組成的地面網絡來克服。站址分集概念在高通量衛星（HTS）領域得到了擴展研究，近期研究則強調了SDN範式能夠為實現智能分集（Smart Diversity）概念提供網關這一事實。智能分集是一種高級可重構能力，可在業務切換事件中實現高效資源分配。 （b）除了6.1中提到的少數理論研究，以及一些實現ACM技術的收發信機外，還需進行更多研究，設計能夠滿足嚴格質量、重量、尺寸和功耗需求的優化調製和編碼方案。 （2）MAC層 由於新興系統的限制，還需進一步研究在現有衛星網絡中實現小衛星調度和隨機訪問MAC協議。 （3）更高層 需要定義在底層衛星協議之上層採用的可互操作應用層協議，以便應對廣泛的應用場景和業務數據配置。 （4）路由隨時間變化 由於立方星網絡中頻繁的拓撲變化，成功的數據傳輸將需要在中間節點有充足的長期存儲能力，來應對衛星鏈路中斷問題。 （5）LEO衛星網絡中的安全問題 測控消息以及任務特定數據是通過無線電鏈路傳輸的。因此帶來了安全問題。立方星易受拒絕服務（DoS）攻擊和竊聽的影響，數據會被未授權用戶訪問。攻擊者會發送假指令，造成過多資源消耗、數據丟失或任務故障。SDR有效載荷的使用更是加劇了安全挑戰，它使得通過安裝在平臺上的未授權和潛在惡意軟體在SDR單元上放置新軟體成為可能。近期產生的另一安全問題與使用小衛星相關，這些小衛星有推進系統，可能被黑客攻擊並危害其他衛星。另如上一節所述，當前實現的立方星通信協議幾乎沒有任何安全功能。針對傳統地面網絡開發的安全機制，特點是握手過程時間長和計算工作量大，很難直接應用到小衛星網絡。而立方星相關的功率、空間和重量約束為實施複雜加密方案和計算量過大的機制帶來了挑戰。 挑戰仍在繼續。使用物理層方式來增強衛星通信安全的研究仍在進行中。目前還沒有針對立方星應用物理層安全性的具體研究；即使這類研究可能開啟克服小衛星框架中安全性挑戰的全新解決方案。 還有一項令人關注的研究是應用量子密碼學。已經設計和開發了一些任務，利用納衛星和立方星展示天-地量子密鑰分發（QKD）的可行性。QKD利用處於量子疊加態的個體光量子來保證兩方之間的無條件遠距離通信安全。基於衛星的QKD有望通過利用空曠外太空中可忽略不計的光子損失和非相干性建立全球規模的量子網絡。由於在地面和衛星之間採用糾纏光子分發是用來認證鏈路的量子性質，因此不會出現竊聽。通過將糾纏光子源放到地面上，而空間段「僅僅」包含不複雜的探測系統，可實現符合12U立方星標準的小體積。曾經有研究開發並發射了一顆實現誘騙態QKD的LEO衛星，在1200千米的星-地距離上，密鑰率超過kHz，比使用相同長度的光纖（具有損耗為0.2dB/km的）的預期效率高幾個數量級。還有研究演示了一顆4千克立方星能夠生成量子安全密鑰，而之前僅在一顆大得多的600千克衛星任務中演示過。 （6）採用SDN/NFV 顯然，SDN/NFV範式將在衛星系統和5G的集成中發揮重要作用。然而，SDN/NFV在小衛星網絡中的使用需要進一步研究。實際上，小衛星網絡部署可能會加速SDN概念向衛星系統的融合。例如，隨著路由器功能遷移到軟體中，可能能在小衛星上開發和運行星載SDN兼容路由器。 值得一提的是，3GPP服務和系統層面（SA）活動已經確定衛星系統既可作為獨立基礎設施可能解決方案，也可用作對地面網絡的補充。在此框架下，一高通量衛星系統能夠提供極高的數據率，就可在一些5G應用場景中發揮重要作用。 然而，在許多其他聚焦M2M通信或需要極低延遲的5G應用場景中，只有小衛星星座能夠真正為地面系統提供有效補充。想要把握5G生態系統帶來的機遇，有效應對以上探討的挑戰至關重要。 07、結語 本文回顧了小衛星運行特徵，旨在強調小衛星最近引發工業界業、高校和利益相關方關注的原因，並闡述了小衛星主要發展趨勢，特彆強調了小衛星在電信領域的發展，例如使用更高頻段、光通信、新協議和先進的架構。
| D15RF15FVFR5RR151EFE |
文章來源取自於：
每日頭條 https://kknews.cc/science/pbmvabe.html
如有侵權，請來信告知，我們會立刻下架。
DMCA：dmca(at)kubonews.com
聯絡我們：contact(at)kubonews.com
今周刊台北哪裡訂國際書展TIME時代雜誌台南哪裡訂遠見彰化哪裡訂社會人文雜誌南投哪裡訂
2020年雜誌收書時間苗栗哪裡訂 澳大利亞留學基本流程及常見問題解析國際書展Fortune優惠訂閱價格 語文學習不在技巧，而在讀書！（附方法）(1)國際書展美國商業週刊台北哪裡訂 換季送女生面霜好感度UPUPUP！親測12款教你怎麼選國際書展富比士雜誌彰化哪裡訂 國產作業系統之中標麒麟Neokylin Linux作業系統安裝體驗
留言列表
