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卫星互联网的无线通信链路包括微波和激光两大类，本书仅涉及采用微波通信链路构建的卫星互联网，不涉及其中的激光通信链路部分。
卫星互联网是基于卫星通信系统、以IP为信息承载方式、以互联网应用为服务对象，能够实现全球范围内互联网无缝链接，随时随地向用户提供宽带互联网接入和业务服务的网络系统。
卫星互联网一般由空间段、地面段和用户段3部分组成，如图1-3所示。空间段是指提供信息中继服务的卫星星座，少则只有一颗卫星，多则可以有成千上万颗卫星，这些卫星可以工作在GEO、MEO或LEO，也可以同时包括2种或2种以上轨道类型的卫星，卫星之间可以有或没有星间链路。用户段是指供用户使用的手持机、便携站、机（船、车）载站等各种陆海空天通信终端。地面段一般包括卫星测控中心及相应的卫星测控网络、系统控制中心及各类信关站等；地面段中的卫星测控中心及相应的测控网络负责保持、监视和管理卫星的轨道位置、姿态，控制卫星的星历表等；系统控制中心负责处理用户登记、身份确认、计费和其他的网络管理功能等；信关站负责呼叫处理、交换及与地面通信网的接口等。其他通信系统是指地面互联网、移动通信网或其他各种专用网络，用户信息通过卫星中继，经馈电链路连接到地面信关站，然后接入地面互联网。不同地面互联网要求信关站具有不同的网关功能 ［1］ 。
卫星互联网的空间段是一个混合异构的卫星网络，概括其特点就是高、中、低轨道卫星结合，通信、导航、遥感卫星协同。
图1-3 卫星互联网的一般组成
卫星互联网涵盖高、中、低各类轨道卫星，形成一个高中低轨道相配合的混合卫星网络，以解决以往单纯某一轨道卫星系统各自存在的不足。其中，高轨通信卫星一般采用对地静止轨道，其时延大，无法覆盖两极地区；中低轨通信卫星相对地面运动，其通信链路不够稳定，组网控制复杂。如果把高中低轨卫星综合在一个系统中，比如利用高轨卫星实现广域稳定覆盖，用中低轨卫星实现大容量全球覆盖，打破3种通信卫星网络各自独立的体系，实现高中低轨卫星联合组网，是卫星网络的一种可能发展趋势。
除了实现不同轨道高度通信卫星的联合组网，还有可能将各类应用卫星（包括其他系统的通信、导航和遥感卫星）融入卫星互联网空间段，实现通（信）导（航）遥（感）一体化。
此外，受到空间传播环境与网络部署等因素的影响，卫星互联网与地面互联网相比有显著差别。首先，卫星之间距离遥远且存在轨道运动，导致卫星互联网存在信号传播损耗大、传输时延长、拓扑具有动态性、星间和星地链路存在频繁通断现象等缺点；其次，卫星互联网由大量专用系统和专用网络构成，各自长期发展过程中缺乏统一标准，网络的管理实体、应用需求和操作习惯大相径庭，不同管理域异构网络互联互通困难，节点资源协同困难。因此，地面互联网中的一些成熟技术难以直接应用于卫星互联网。
根据网络中完成组网功能的主体是在卫星还是地面，可把卫星互联网的组网方式分为三大类：天星地网、天基网络、天网地网 ［3］ 。
（1）天星地网：这是目前卫星通信中经常采用的一种组网方式，如 Inmarsat、Intelsat、宽带全球卫星（WGS）等系统均采用这种方式，其特点是天上卫星之间不组网，而是通过全球分布的地球站组网工作来实现整个系统的全球服务能力。在这种网络结构中，卫星只是透明转发通道，大部分的处理在地面完成，所以星上设备比较简单，系统建设的复杂度低，升级维护比较方便。
（2）天基网络：这是具备星上处理能力的卫星采用的一种组网方式，如铱系统（Iridium）、美国先进极高频（AEHF）和后期的星链等系统均采用这种方式，其特点是采用星间组网的方式构成独立的卫星网络，整个系统可以不依赖地面网络独立运行。这种网络结构强化了对通信卫星的要求，把处理、交换、网络控制等功能都放在星上完成，提高了系统的覆盖能力和抗毁能力，但由此造成了星上设备的复杂化，导致整个系统建设和维护的成本较高。因此，这种组网方式比较适合需要提供全球无缝覆盖的卫星通信系统和对网络抗毁性要求比较高的卫星通信系统。
（3）天网地网：介于上述两种组网方式之间，美国计划的转型卫星通信系统（TSAT）就采用这种组网方式，其特点是天网和地网两张网络相互配合共同构成卫星互联网。在这种网络结构下，天基网络利用其高、远、广的优势实现全球覆盖，地面网络可以不用全球布站，但可以把大部分的网络管理和控制功能放在地面完成，简化整个系统的技术复杂度。表1-1给出了这3种组网方式的简要对比。
表1-1 3种不同组网方式的比较 ［3］
续表
卫星互联网融合了多种轨道类型和多种应用，导致其网络规模庞大、组成结构复杂，具备以下特点 ［4］ 。
（1）一星多用，兼顾其他。卫星互联网通过通信、导航、遥感等载荷与平台高效集成，进行协同观测、在轨处理和一体化组网传输，实现网络资源按需配置和灵活服务。
（2）结构复杂，技术难度大。由于时空跨度大，信息维度高，卫星互联网面临海量数据传输、信息实时处理等难题，特别是在资源受限、时空约束条件下，网络的负载能力与可靠性成为突出的瓶颈问题。
（3）网络多源异构，节点动态变化。卫星互联网涉及星间、星地和地面网络，对网络的拓展性和兼容性提出了更高的要求；且由于卫星在轨运动，网络拓扑具有高动态性。
（4）覆盖范围大，应用前景广阔。卫星互联网的覆盖范围从陆地拓展到全球乃至太空，其应用涵盖空间观测、信息传输、处理及应用等多个领域，是人类认识空间、利用空间、进入空间的支撑手段，也是孕育战略性新兴产业的重要载体。
就卫星互联网中的卫星星座部分而言，可根据其轨道构成进一步划分为单层卫星网和多层卫星网。
（1）单层卫星网是指网络中的通信卫星都部署在相同类型、相同高度的轨道上，其网络结构比较简单，当前大部分卫星通信系统是单层卫星网，包括地球静止轨道卫星通信系统（如：Intelsat、Inmarsat等）、MEO卫星通信系统（如O3b等）、LEO卫星通信系统（如Iridium、Globalstar等）。
（2）多层卫星网是指在双层或多层轨道平面内同时布星，利用层间星间链路（Inter-Satellite Link,ISL）建立的立体交叉卫星网络。与单层卫星网络相比，多层卫星网络具有空间频谱利用率高、组网灵活、抗毁性强等优点，能够实现各种轨道高度卫星星座的优势互补，是一种较好的卫星网络组网模式，如星链系统、美军天基红外系统（SBIRS）、我国的北斗卫星导航系统等采用的就是多层卫星组网方式。早在20世纪90年代末期，研究者就提出多层卫星组网的设想，可分为两类：基于 MEO/LEO 或 GEO/LEO 的双层卫星网络和由 LEO/MEO/GEO共同构成的3层卫星网络。在基于MEO/LEO的双层卫星网络中，MEO卫星间用ISL相连，并且MEO卫星可以通过ISL和在自己“视距”内的LEO卫星相连，LEO卫星间没有ISL相连，通过MEO和LEO星座联合为地面移动终端提供卫星移动通信系统服务。对于由GEO、MEO和LEO卫星构成的3层卫星网络，GEO卫星是网络路由算法的决策中枢，MEO卫星完成对地球表面完全覆盖，而LEO卫星主要实现对地面移动终端的接入，在这个星座中，MEO卫星与MEO卫星、GEO卫星与MEO卫星、MEO卫星与LEO卫星、LEO卫星与LEO卫星间都存在星间链路。
