太空路由器，将互联网带向星空
企业观察
前不久思科公司宣布，在太空互联网路由（Internet Routing in Space，IRIS）计划中，首台安装在卫星上的IP（Internet Protocol，互联网协议）路由器已经成功进行了在轨测试，这标志着互联网路由器终于走出了地球，走向了太空，星际互联网的序幕正式拉开……
近看太空路由器
IRIS路由器（也称太空路由器，图1）是一个为卫星及相关航天器建造的耐辐射IP路由器，它是美国国防部联合能力技术验证（JCTD）项目的一部分，由美国思科系统公司和国际通信卫星公司的子公司IntelsatGeneral联合开发，其支撑技术综合了思科公司的“因特网运行系统”网络软件和耐辐射IP路由器，可以支持音频、视频和数据通信。
IRIS路由器是一个重约90kg的路由器，与其他的思科高端路由器一样是可以被遥控的。由于路由器被发射升空后无法进行维护，因此实际上IRIS路由器上安装了两套路由系统，其中一套作为备份，同时IRIS路由器上还安装了两个独立的调制解调设备，以作为备份。IRIS路由器与三组转发器相连，每组由60余个转发器组成，IRIS路由器的最终目标是让电缆和光纤无法到达的地方能够以低廉的价格和更加方便的方式接入高速互联网。
太空路由器改变卫星通信模式
卫星服务提供商已看到地面服务提供商在向基于IP的融合网络过渡，他们开始对在太空中使用IP网络技术表现出浓厚兴趣。毕竟太空因特网路由器技术可以消除传统卫星通信传输模式下数据传输所要求的“双跳”，缩短了反应时间，提高了转发器的利用率。路由器和调制解调软件可以在轨升级，提高了灵活性并降低了成本。
小提示：数据信息从送话方传输到卫星，又从卫星传输到地面站，这是“第一跳”，然后从地面站传输到另一颗卫星，再从卫星传输到受话方，这称为“第二跳”，总的来说就是所谓的“双跳”。
1.传统的卫星通信模式
传统的卫星通信系统通过设在地面的硬件设备进行大部分的信号处理和数据发送工作。在这种所谓的“弯管”结构中，卫星不过是传送数据的渠道。目前借助卫星进行信息传输，用的是“接力赛”形式，即信息从一个远程终端发送到另一个终端，需要由不同的卫星进行转发。如果将卫星比作接力选手，那么信息就是“接力棒”了。由于卫星无法智能判断数据路径，无法直接将“接力棒”递给下一个“接力选手”，而只能通过地面基站将数据反射回下一颗“接力”卫星——即送话方与受话方（都可称为小站）之间不能直接进行通信，必须经过地面基站转接，按“小站→卫星→地面基站→卫星→小站”方式构成通信链路（图2）。
由此可见，在传统的卫星通信模式下，小站之间的通信要两次通过卫星，经过“双跳”连通，同样，即使是同一颗卫星上不同转发器之间的信息数据流也要在地面上进行交换。和信息数据直接从发送者到卫星再到接收者相比，“双跳”每次传输将占用两倍于传输信息量的带宽，卫星处理的唯一事情就是转发信号。
举一个简单的例子：如北京市某用户要与美国一用户通电话，由于两国电话业务运营商都用自己国家的专用卫星进行通信。因此先要通过长途电话处理中心，由它把用户电话线路与中国卫星通信系统北京地面站连通，穿过一个洲际链路，通过地面基站再传达到美国专用卫星，最后再转发到美国的地面站，由地面站把电话信号再送到受话人所在的城市长途电话处理中心转接用户。
2.采用太空路由器的卫星通信模式
如果在卫星上实现了路由和交换功能，而且卫星具备了标准化的“卫星间链路”（ISL）接口，那么这种“IP语音”（VoIP）流就可以很方便地从太空中的一颗卫星直接传输给另一颗卫星（图3）。这个过程不再需要“双跳”，更重要的是将通信独占带宽的时间砍去了一半，这样省出来的宽带可用于其他通信途径。要知道目前要想出于不同的目的重新分配或使用卫星带宽是一件困难的事，而IRIS路由器可以处理这个问题，如果条件允许就会向特定的用户提供更多的带宽，并可以将交换延伸到真正的第三层星载IP路由，甚至在卫星之间进行路由。
不过，建立一个卫星链路不是那么简单的。我们在使用基于互联网的连接过程中，用户只需要从一家本地的ISP（互联网服务提供商）那里选择一个合适的连接速度。而要使卫星通信像地面上联网那么容易，必须解决一些关键性的难题。最大的障碍是在介质访问和频率方面没有共同的标准，各个公司必须共同努力，开发一项基于标准的技术，能够让多个不同的系统无缝协同工作。一旦实现了这种标准化，卫星用户将不必担心链路另一端的一个地面终端在访问机制方面是如何配置的，也不必担心其信息流将从哪里或怎样返回地球。IP分组甚至还可以在太空中被路由到正确的目的地，就像现在在地面上所实现的一样。
目前IRIS路由器需要面临的另一个问题是如何提高性能——目前它的吞吐量不大，比传统路由器性能逊色不少。目前已经有新技术可大幅提升卫星的交换容量，将其传输速率由2Gbps提升至150Gbps，这一提升得益于使卫星接入ka波段的技术，以及被称为“点波束”的新型天线技术。这些“点波束”天线可以同时使用相同的频率，这相当于提升了同一频率上的数据传输量。思科公司开发中的下一代太空路由器将拥有比第一代太空网际路由器更高的总处理能力——目前IRIS路由器只拥有3组转发器，每秒可以向最多300个用户提供大约90MB的总处理能力，而以后可以升级到使用10到12组转发器。思科的最终构想是建立起一个由带路由器的卫星组成的大型网络，在卫星之间就可以进行路由。
太空路由器的民用和军事价值
卫星参加互联网IP数据包的传输已经不是新技术，早在1970年就已经开始，不过之前卫星都只是作为一个被动的转发站。与信息通过目前的卫星转发器和地基网关系统相比，太空路由器能提供5倍的信息传输量。基于标准的通信是扩大卫星服务市场的一个重要构成部分。如果把IP作为空间通信的标准协议，用于承载卫星上的设备间通信以及卫星与地面站之间的通信，空间通信就可以逐渐具备地面通信的各种特性。现在，卫星服务提供商维持它们自己的服务和链路，每个链路可能只用于一项服务，如寻呼服务、座机电话、移动电话或电视服务等。
未来借助太空路由器，建立太空IP网络，就可以实现融合服务。运营商将能够用一种基于IP的连接来承载多项服务，支持多种不同的应用，例如，一个单独基于太空的互联网连接就有可能同时支持语音流服务、电话服务和数据服务，这就使得我们不再需要为卫星无线电广播、电视和电话服务提供单独的专用硬件。随着更多太空路由卫星的问世，将会出现卫星通信架构的新方法，它们以一群运行在地球静止轨道上的体积更小、成本更低的卫星为基础，直接利用“卫星间链路”进行通信。那时一群中的一个或多个“核心”卫星就有可能与另一群卫星实现互连。这些“核心”卫星可将各组卫星连接在一起，形成一个由高速的自由空间链路组成的地球静止轨道“骨干”网，与地面互联网中的光纤网络类似。
太空路由器有着如此高效的管理优势，对军事作战的益处是显而易见的。比如采用传统的卫星传输方式，旗舰和驱逐舰本来只相距几英里，但它们之间基于网际协议的网络信息交流也许需要在不同的卫星和地面网络之间传递数次才能到达目的地。特别是一些装备较差的小部队，每一个步骤都拖延了时间，以致增加了运行周期，降低了卫星的使用效率。另外无人机在高空侦察时或特殊作战部队一般会使用专门的频率，当不再需要这个频率时，需要人工取消才能将它分配给其他用户。而且不管是使用了90%还是10%的流通量，这个频率的所有信道都必须保留——如果此卫星通过租借方式的话，那么就意味着作战部队要为他们的服务支付巨额费用。而未来使用太空路由器都能解决以上问题。
美国太空与导弹司令部早已对太空路由器进行“军事效用评估”，如果火箭、卫星及路由器都能正常运行，将为美国国防部提供一套备选方案，可解决研发、建造军方太空资产过程中经常出现的速度慢、成本高的难题，而这个太空路由器还能大大扩充全球军事用户使用的带宽。因为美国军方需要在战区内进行低延时通信，而战区究竟在何处谁都难以预料。根据思科的构想，即使地面基站被摧毁，那么由卫星组成的路由网络仍然可以正常工作。
小结>>
太空路由器的出现无疑会改变目前卫星通信的格局，展望未来网络世界，每个载人或不载人的飞船/航天器都将承载着互联网上的有效节点。“同一个世界，同一个网络”不再是梦想，地面和太空通信将一起形成一个无缝的普遍服务体系。未来开发一个用在太空中的基于标准的基础设施，不仅可让用户和服务提供商改变地面设备利用卫星进行通信的方式，而且还能使数据存储、传输和使用的方式发生革命性变化。今后，用户将会享受到更便宜、到处都能得到的太空服务。