CN102378406B - 一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法 - Google Patents
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Abstract
一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法，在网状卫星通信网中，没有固定的中心站来提供网络服务与系统维护。在进行系统组网时，每个终端站都可通过竞争方式成为临时中心站，从而负责网络的信道资源分配和系统性能维护。本发明一方面是通过自定义协议数据的收发，测量确定端到端链路延时，从而辅助管理终端站在网络中与其他被管理终端站通信交互时的时延动态修正，另一方面是通过协议数据的收发，记录其他终端站的IP地址、MAC地址、地理位置坐标和角色信息等终端站信息，维护卫星网络各终端信息表，便于信息发送与转发，提供必要的网络管理功能。本发明增强了系统终端站在网络中通信的性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法。
背景技术
网状通信网的网络分布是网状而非星状，即在网络中没有固定的中心节点，所有的节点都可以通过竞争作为中心节点，这些节点作为同等实体相互连接，实现信息的转发。地面的无线自组网中的节点可随时组成一个多跳的临时性自治系统，通过路由协议查找路径从而交互信息。
在网状卫星通信网中因为有卫星的存在，网中节点连接仅需要两跳，即节点-卫星-节点，而且卫星通信网的资源需要统一调配，这就需要在组网时有一个节点需通过竞争机制成为临时性的中心节点，进行网络维护。不同于星状卫星通信网的是，在网状卫星通信网中所有节点都可能成为中心节点，即没有固定的中心节点，中心节点出现问题时，其他节点依然可以进行重新组网，保证数据信息传输，临时性、抗毁性强。
长时延是卫星网络的特点之一。由于使用卫星进行数据的转发，星地之间的链路延时不可避免，时延的抖动对于时间要求严格的通信系统会带来一定的不稳定因素。
目前，卫星网络中时延的获取与调整主要是通过TCP协议实现，但是TCP的连接建立需要握手机制，而且成熟、复杂、功能齐备的协议带来了不小的协议开销，不利于维护和方便需要的功能扩展。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法，利用时间戳信息的收发计算链路延时，从而动态修正终端站在网络中通信的时间与时延，提高网络运行的性能稳定。
本发明的技术解决方案是：
一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法，所述网状卫星通信网中包含管理终端站和被管理终端站，步骤如下：
(1)由网状卫星通信网中的被管理终端站按照如下形式进行组帧形成请求信息，之后将请求信息发送给网状卫星通信网中的管理终端站，
其中：
帧类型表示该帧信息类型，0x01表示请求信息，0x02表示回复信息；
帧长度表示该帧信息中在帧长度之后的数据信息长度；
IP地址表示发送该信息的终端站的IP地址信息；
MAC地址信息表示发送该信息的终端站的MAC地址信息；
角色表示发送该信息的终端站在网状卫星通信网中的角色信息，0x01表示该终端站是管理控制终端站，0x02表示该终端站是被管理终端站；
地理位置表示发送该信息的终端站的经纬度地理位置信息；
时间戳表示发送请求信息的终端站所加入的当时时间信息，请求信息与回复信息时间戳相同；
(2)所述管理终端站接收到被管理终端站发送的请求信息之后，将时间戳信息提取出来，再根据管理终端站自身的帧类型、IP地址、MAC地址、角色和地理位置，按照步骤(1)中定义的组帧格式进行组帧，形成回复信息，其中，时间戳保持不变，即为提取出来的时间戳；
(3)若被管理终端站未收到管理终端站的回复信息，则等待3s之后，返回步骤(1)从新发送请求信息；若收到了回复信息，则从回复信息中提取出管理终端站的IP地址、MAC地址、角色、地理位置和时间戳，之后进入步骤(4)；
(4)将步骤(3)中提取出的时间戳与被管理终端站的当前时间进行比对求差，从而得到被管理终端站和管理终端站之间的传输链路往返时延，减半即是单向链路实际时延；
(5)管理终端站和被管理终端站在基于时间的信令信息交互中，管理终端站根据预计到达时间和信令信息实际到达时间进行比对求差，从而得到时间微小调整值即是信令接收调整值，之后形成信令回复给发送该信令的被管理终端站，被管理终端站根据不断得到的单向链路实际时延和信令接收调整值，进行动态时间调整；
所述预计到达时间为被管理终端站发送信令信息的本地时间、单向链路实际时延、中间软硬件处理过程时间补偿值和信令接收调整值的四者之和，其中，中间软硬件处理过程时间补偿值为预设值。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明中协议数据自行设计，功能可自行设计与扩展，相对于成熟全面的协议，其开销甚小。
(2)本发明中收发的协议数据携带时间戳信息，利用此可动态修正链路时延和网络系统时间，增强网络运行的性能和稳定性。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的协议数据格式示意图；
图3为本发明的时延动态调整方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法，利用自行设计的协议数据的收发，动态修正终端站在网络中基于时间的数据处理的延时，实现各终端站的信息更新与维护，增强终端站在网络中的通信性能和稳定性，方便网络管理。
如图1所示，本发明中整个网状卫星通信网由接入终端和卫星组成，没有固定的中心节点来提供服务。为了保证网络运行的管理和资源的调配，在组网阶段，所有的节点终端都可通过竞争成为中心节点。竞争成功的终端成为中心节点(管理终端站)，从而对于网络资源进行统一的分配，竞争失败的终端成为从属节点(被管理终端站)，接受资源调配。组网入网成功后，各终端即可发送数据，进行信息交互。
如图3所示，本发明方法的步骤如下：
(1)由网状卫星通信网中的被管理终端站按照如下形式进行组帧形成请求信息，如图2所示，之后将请求信息发送给网状卫星通信网中的管理终端站，发送后被管理终端站开始等待回应。
其中：帧类型和帧长度统称为帧头，后面数据统称为帧体；
帧类型表示该帧信息类型，0x01表示请求信息，0x02表示回复信息；
帧长度表示该帧信息中在帧长度之后的数据信息长度，即帧体的长度，单位是字节(Byte)，
帧体中IP地址、MAC地址、地理位置、角色信息等都是发送终端站(被管理终端站)的相关信息，时间戳即是发送终端站发送此请求信息时的当时时间信息(本地时间信息)；
IP地址表示发送该信息的终端站的IP地址信息；
MAC地址信息表示发送该信息的终端站的MAC地址信息；
角色表示发送该信息的终端站在网状卫星通信网中的角色信息，0x01表示该终端站是管理控制终端站，0x02表示该终端站是被管理终端站；
地理位置表示发送该信息的终端站的经纬度地理位置信息；
(2)所述管理终端站接收到被管理终端站发送的请求信息之后，将时间戳信息提取出来，再根据管理终端站自身的帧类型、IP地址、MAC地址、角色和地理位置，按照步骤(1)中定义的组帧格式进行组帧，形成回复信息，其中，时间戳保持不变，即为提取出来的时间戳；
(3)若被管理终端站未收到管理终端站的回复信息，则等待3s之后，返回步骤(1)从新发送请求信息；若收到了回复信息，则从回复信息中提取出管理终端站的IP地址、MAC地址、角色、地理位置和时间戳，之后进入步骤(4)；
(4)管理终端站的信息(IP地址、MAC地址、角色、地理位置)保存进入被管理终端站的信息表中进行信息更新维护，并将步骤(3)中提取出的时间戳与被管理终端站的当前时间进行比对求差，从而得到被管理终端站和管理终端站之间的传输链路往返时延，减半即是单向链路实际时延；
本发明中的终端站信息收集，管理终端站在接收其他请求信息并进行回复的时候，将自身的管理终端站信息加在回复信息中传递给对方，供其更新和维护终端站信息表；被管理终端站在发送请求信息的时候，将自身被管理终端站信息加入其中，形成终端站信息交互对于中心终端节点(管理终端站)，可有效管理其他终端节点(被管理终端站)，对于网络的管理、维护和信息增加提供便利，重新进行组网时也方便新中心终端节点进行管理。
(5)网状卫星通信网在组网成功后，各终端站通过接收全网时间同步信息，本地时间表就已经保持一致。上述步骤管理终端站和被管理终端站之间发送的请求信息和回复信息，目的在于测量计算出单向链路实际时延，而在网状卫星通信网中，管理终端站和被管理终端站之间还在交互信令信息和数据信息，管理终端站和被管理终端站在基于时间的信令信息交互中，被管理终端站发送的信令信息中包含该信令信息的预计到达时间，预计到达时间即该被管理终端站发送该信令信息的本地时间、单向链路实际时延、中间软硬件处理过程时间补偿值和信令接收调整值的四者之和。管理终端站根据预计到达时间和信令信息实际到达时间进行比对求差，从而得到的时间微小调整值即是信令接收调整值，之后形成信令回复给发送该信令的被管理终端站，被管理终端站根据不断得到的单向链路实际时延和信令接收调整值，进行动态时间调整。
其中，中间软硬件处理过程时间补偿值为预设值，可使用仿真环境测定该数值并予以确定，且该数值是一个有符号的数值，即正数表示补偿增加，负数表示补偿减少。
在实际传输中，被管理终端站在第一次发送信令信息时并不清楚信令接收调整值大小，故在第一次发送中信令接收调整值设置为0，管理终端站在接收到被管理终端站第一次发送的信令信息后根据其预计到达时间和实际到达时间得出第一次的信令接收调整值并形成信令回复，在之后的每一次信令交互中，被管理终端站都有信令接收调整值可使用。
Claims (2)
1.一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法，所述网状卫星通信网中包含管理终端站和被管理终端站，其特征在于步骤如下：
(1)由网状卫星通信网中的被管理终端站按照如下形式进行组帧形成请求信息，之后将请求信息发送给网状卫星通信网中的管理终端站，
其中：
帧类型表示帧信息类型，0×01表示请求信息，0×02表示回复信息；
帧长度表示帧信息中在帧长度之后的数据信息长度；
IP地址表示发送该信息的终端站的IP地址信息；
MAC地址信息表示发送该信息的终端站的MAC地址信息；
角色表示发送该信息的终端站在网状卫星通信网中的角色信息，0×01表示该终端站是管理控制终端站，0×02表示该终端站是被管理终端站；
地理位置表示发送该信息的终端站的经纬度地理位置信息；
时间戳表示发送请求信息的终端站所加入的当时时间信息，请求信息与回复信息时间戳相同；
(2)所述管理终端站接收到被管理终端站发送的请求信息之后，将时间戳信息提取出来，再根据管理终端站自身的帧类型、IP地址、MAC地址、角色和地理位置，按照步骤(1)中定义的组帧格式进行组帧，形成回复信息，其中，时间戳保持不变，即为提取出来的时间戳；
(3)若被管理终端站未收到管理终端站的回复信息，则等待3s之后，返回步骤(1)从新发送请求信息；若收到了回复信息，则从回复信息中提取出管理终端站的IP地址、MAC地址、角色、地理位置和时间戳，之后进入步骤(4)；
(4)将步骤(3)中提取出的时间戳与被管理终端站的当前时间进行比对求差，从而得到被管理终端站和管理终端站之间的传输链路往返时延，减半即是单向链路实际时延；
(5)管理终端站和被管理终端站在基于时间的信令信息交互中，管理终端站根据预计到达时间和信令信息实际到达时间进行比对求差，从而得到时间微小调整值即是信令接收调整值，之后形成信令回复给发送该信令的被管理终端站，被管理终端站根据不断得到的单向链路实际时延和信令接收调整值，进行动态时间调整。
2.根据权利要求1所述的一种网状卫星通信网的终端站时延动态调整方法，其特征在于：所述预计到达时间为被管理终端站发送信令信息的本地时间、单向链路实际时延、中间软硬件处理过程时间补偿值和信令接收调整值的四者之和，其中，中间软硬件处理过程时间补偿值为预设值。
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