卫星通信在大数据时代的应用

卫星通信在大数据时代的应用

王美丽

国网山西省电力公司信息通信分公司，山西 太原 030021

摘要：在信息呈现出爆炸性需求的大数据时代，常规通信技术已不能满足采集、集成和传输海量数据的要求，如何有效利用卫星通信技术，值得我们深思。文章介绍了卫星通信技术的特点及卫星通信技术与大数据的相关性，分析了卫星通信应用现状，探讨了大数据时代卫星通信与大数据技术、互联网技术、云计算等先进技术相结合的应用模式，为卫星通信的发展提供了新思路。

关键词：卫星通信；大数据时代；互联网；融合平台；云计算

引言：

近几年来，科学技术飞速发展，人们的生活已经离不开信息化技术，伴随着信息化技术而产生的海量数据信息，即大数据。因大数据海量、复杂、非结构性等特点，为快速传输海量数据，需要研发新型通信技术，有效地处理零散、杂乱的海量数据，调节数据传输方向，优化数据传输质量，提高传输通道的利用率。在大数据时代，卫星通信技术以绝对的优势能够使大数据传输过程变得无界化、扁平化，推动科技的进步和工业智能化、生活便利化等社会变革的产生。

1卫星通信技术

1.1概念

无线电波是当前数据传输的主要手段，但由于受地表环境的影响，其传输距离被限制。为解决这一问题，人们利用卫星作为中继站进行无线电波传输，不受地理环境、气候条件和时间的限制。相对于其他通信技术，卫星通信具有通信覆盖广、通信容量大、信号质量高等优点，特别是在全球范围内构建通信网络，卫星通信具有绝对优势。但是卫星通信也存在传输时延大、卫星数量和寿命受限等缺点。

1.2卫星通信技术与大数据的关系

大数据环境下的基础环节是数据传输。在大数据时代，提高数据传输网络质量和卫星存储能力是当前卫星通信技术应用需要考虑的关键因素。毫无疑问，大数据和卫星通信技术之间存在着互补关系。大数据辅助增加卫星存储量，提高数据传输质量和数据处理效率，卫星通信技术使大数据传输过程变得无界化、扁平化，所以在大数据时代背景下探讨卫星通信技术的应用具有一定价值。

2卫星通信应用现状

2.1北斗卫星

北斗卫星系统（BDS）与俄罗斯的格洛纳斯卫星系统（GLONASS）、欧盟的伽利略卫星系统（GALILEO）、美国的全球定位系统（GPS）并称全球四大卫星导航系统，其中BDS系统是由我国自主研发的，误码率低、数据容量大、时效快、可靠性高，应用时不需要申请专用信道。目前，BDS系统广泛应用于应急救援、气象监测、交通运输以及路线导航等领域，我国很多航海用船舶、汽车以及国产手机都支持北斗导航系统。BDS系统由数据收发终端、网管中心、中心站和通信卫星组成，具体通信过程为中心站将已加密的询问信号同时向两个北斗卫星发送，发送频率为L波段，调制方式为CDMA。北斗卫星接收到询问信号后，利用转发器将广播转发给服务区用户，转发前需将其转换为C波段，网管中心可对接收到的询问信号进行解密，然后利用转发器将其广播转发给服务区用户。使用者响应一个询问信号，向北斗卫星发送响应信号，然后北斗卫星将响应信号转发到中心站，S波段的传输速率约为30kbps,L波段约15kbps。

2.2 VSAT卫星

VSAT指的是甚小口径卫星终端站。VSAT系统能够传输图像、数据、语音等多业务信息，智能化程度较高，天线口径在1.2m至3m之间，采用FDMA、TDMA、CDMA和SDMA等多址联接技术。卫星通道分配制度主要有预分配和按需分配，还可以根据通信服务等级、业务种类等动态调整频带分配，灵活性强，且可直接在用户端安装VSAT系统终端。VSAT系统由主站、转发站和小站组成。主站包括监控中心、圈套口径天线等，负责控制数据端口、连接用户、检测和管理全网运行状态；小站为终端收发系统；通信卫星作为转发站，接收主站信号，对信号进行去噪和加强处理后送到小站。现有的VSAT系统能支持UDP/IP、TCP/IP等传输协议，卫星链路以SCPC/DAMA体制为主，VSAT系统直连计算机时多采用PCVSAT或Direct to PC等系统架构，有利于扩展数据通信功能，满足大数据通信的需要。VSAT系统主要应用于应急救援、交通导航、广电传媒、医疗服务、远程教育等领域。比如，将VSAT通信应用于交通导航中，当卫星天线出现偏移现象时不会造成定位终止问题，可以在自动对准通信卫星的基础上获得信号的极大值，保证快速准确定位；将VSAT通信应用于带宽领域，可使文件传输速率提升到Mbps级别等。

2.3 Ka频段卫星

Ka波段的频率范围为26.5-40GHz，通常用于卫星通信。Ka频段最重要的一个特点是频带较宽，大波束宽度为0.5°~1.5°，可以实现空间复用，增加可用频谱资源，可以有效提高通信卫星的吞吐量，一般可提高1~2个数量级，系统容量可达到200Gbps，有助于降低单位带宽成本。Ka频段波长短，频率高，可支持小口径终端，在提供B2C服务方面有明显优势。因此，Ka频段卫星通信系统可用于高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视等新业务，应用领域包括宽带接入、军事通信、应急通信、野外作业等。例如，Ka频段卫星应用于军事通信，可为空军指挥和野外作战等提供有效的通信保障；Ka频段卫星应用于煤矿、钻井等野外作业，可避免复杂地形对通信质量的影响，保证野外作业人员的实时沟通；Ka频段卫星应用于突发性灾害，可提供应急通信保障，减少灾害造成的影响；Ka频段卫星应用于民航通信，不仅可提供空中Wi-Fi服务和电视服务，同时可避免高空飞机陷入信息孤岛或失联问题，保障民航安全。

3卫星通信在大数据时代的主要应用途径

3.1与互联网宽带技术结合

随着互联网技术的不断发展和进步，用户对宽带性能的要求越来越高，这就要求卫星系统必须适应时代的发展和要求，把各种通信手段与技术结合起来，朝着宽带卫星互联网的方向发展。20世纪90年代，涌现出提供通信和网络服务的卫星星座，包括美国铱星、全球星、轨道通信等都曾试图建立一个天基网络，提供独立的卫星电话或互联网服务。2020年，国家发改委给出了新基建的说法，卫星互联网被纳入新型基础设施建设。

3.2与大数据分析技术结合

卫星通信不受地理环境、气候条件和时间的限制，通信距离远，通信容量大，可实现无缝覆盖且安全可靠性高，适用多种业务传输。常见的业务类型有全球性的移动信号覆盖，地理信息、时间信息和空间信息的采集等。通过大数据分析技术，可以扩展卫星通信的应用领域，拓展新型业务。大数据分析技术与卫星通信相结合，不仅可以完善卫星通信业务流程处理，而且可以深度挖掘卫星数据潜在价值，通过设置关键词等，建立模型分析发展规律，提高决策的多样性和科学性。

3.3与云计算技术结合

有关云计算在卫星通信领域的应用，目前已经成为前沿科学研究的一个热点问题。通过云计算技术，可以在数秒内达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。目前有通过云计算对卫星误差进行补偿的方法，简单地说，通过云计算的应用，用户可以访问系统维数和用户终端维数等数据，并将数据存储在云中，通过共享方式为用户提供定位误差补偿服务，在航天航空方面有一定应用。

3.4多业务融合平台

传统的卫星通信单独建网时代已经成为过去，现如今应该将多种业务在卫星通信系统中有效融合。目前大多数卫星通信网络中存在多个数据业务系统，每个系统具有一定的独立性，但相互之间又存在紧密的联系，这样不但增加了管理成本，而且还降低了用户的体验满意度。因此建立多业务融合平台，通过卫星通信实现不同业务平台互联互通，具有一定发展前景。

结束语：

综上所述，在大数据时代，卫星通信技术应用于海量信息数据的传输，具有精确性、实效性和多样性等优势。要传输海量数据，就必须不断地改进现有的卫星通信技术，以便更好地保证通信技术能够准确提取不均匀、难以识别的大数据，优化传输网络质量，提高传输网络的利用率，以适应时代需求。

参考文献：

[1]陈涛，张嘉元，高晓辉.卫星通信在大视频、大数据时代的应用发展探讨[J].数字通信世界，2018(01)：21-22.

[2]陈张耀.卫星通信在大数据时代的应用微探[J].建筑工程技术与设计，2017（17）

[3]廖希.移动卫星通信中基于马尔可夫链的两状态信道模型研究[J].信息网络安全，2015（4）

[4]梁伟.卫星通信在应急通信中的应用及发展[J].科技风，2018（24）：109-110.

[5]水兴丰.卫星通信在应急通信中的应用[J].通讯世界，2019（9）：123-124.

[6]徐海强,华丹,黄康宇,朱斌豪.轻量化消防救援卫星通信系统设计[J].中国公共安全,2019(12):140-143.