CN103338480B - 卫星通信地面站、地面接收系统和通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星通信地面站、地面接收系统和用于卫星地面站的通信方法，涉及通信领域，既可避免信道崩溃，提高带宽利用率，又可大大降低卫星地面站及整个卫星通信网的运行费用。本发明所述卫星通信地面站，包括：通信分系统和通信监控分系统，所述通信分系统包括：值班通讯机和多个辅助通讯机，所述通信监控系统包括：带宽监控模块；所述带宽监控模块用于判断通信数据流量是否超过所述值班通讯机的带宽，并在所述通信数据流量超过所述值班通讯机的带宽时，逐一开启所述辅助通讯机，直至所述值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于所述通信数据流量。

Description

卫星通信地面站、地面接收系统和通信方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种卫星通信地面站、地面接收系统和用于卫星地面站的通信方法。

背景技术

卫星通信就是利用卫星作为中继而进行的通信，由于卫星通信具有通信范围大，不易受陆地灾害的影响可靠性高，开通迅速以及设置灵活等优点，近年来发展十分迅速。

卫星通信系统一般包括通信卫星和地面站两部分，通信卫星在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站；地面站则是卫星系统与地面公众网、用户端的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路。

卫星通信的带宽受卫星上转发器的带宽和所租用的信道带宽，以及地面站的带宽限制，通信量突然暴增时极易造成通信信道的壅塞，导致通信失败，但增加地面站的带宽设计又会增加地面站的成本及运行费用，而且卫星通信网的信道租赁费昂贵，但通信内容相同或重复部分多，利用效率低。

发明内容

本发明的实施例提供一种卫星通信地面站、地面接收系统和用于卫星地面站的通信方法，既可避免信道崩溃，提高带宽利用率，又可大大降低卫星地面站及整个卫星通信网的运行费用。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种卫星通信地面站，包括：通信分系统和通信监控分系统，所述通信分系统包括：值班通讯机和多个辅助通讯机，所述通信监控系统包括：带宽监控模块；

所述带宽监控模块用于判断通信数据流量是否超过所述值班通讯机的带宽，并在所述通信数据流量超过所述值班通讯机的带宽时，逐一开启所述辅助通讯机，直至所述值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于所述通信数据流量。

所述带宽监控模块还用于，在所述值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，生成请求分流的消息，以便将通信数据流中的待接收数据流的部分数据流分流到其它空闲地面站进行接收并储存。

在所述地面站具有空闲带宽时，所述带宽监控模块还用于生成请求分流数据的消息，以便将分流到其它空闲地面站的部分数据流再回传至所述地面站。

进一步地，所述的卫星通信地面站，还包括：

数据处理中心，用于响应用户要求，完成本地及所述通信分系统接收到的数据处理任务。

所述的卫星通信地面站，还包括：

数据处理控制模块，用于判断所述数据处理任务是否超过所述数据处理中心的容量限度，并在所述数据处理任务超过所述数据处理中心的容量限度时，

将超出容量限度的部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者将所述数据处理任务中的部分数据处理任务转发到其它地面站的数据处理中心进行处理。

优选地，所述数据处理控制模块，还用于在所述数据处理中心处于空闲状态时，生成请求数据处理任务的消息，以便分担其它卫星地面站的部分数据处理任务。

优选地，所述数据处理控制模块，还用于在所述数据处理中心无法完成某一数据处理任务时，将该数据处理任务转发其它地面站进行处理。

所述数据处理中心由若干台个人计算机构成；

所述数据处理控制模块还用于将所述数据处理中心接收到数据处理任务在所述若干台个人计算机中进行均衡分配，使各所述个人计算机上的数据处理任务的任务量分布均衡。

一种卫星通信地面接收系统，包括：多个所述的地面站，所述地面站划分为：主站，所述主站下属的多个中心站，以及所述中心站下属的多个小站，所述主站的基本通信带宽为N1，所述中心站的基本通信带宽为N2，所述小站的基本通信带宽为N3，且N1＞N2＞N3。

具体地，所述小站在值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，请求上级中心站将超出部分的待接收数据先发送到空闲的中心站或小站上进行接收并储存，

所述小站在具有空闲带宽时，请求上级中心站将储存在所述空闲的中心站或小站上的所述待接收数据再回传至所述小站；

所述中心站在值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，请求上级主站或其它中心站将超出部分的待接收数据先发送到空闲中心站上进行接收并储存，

所述中心站在具有空闲带宽时，请求上级主站或其它中心站将储存在所述空闲中心站的所述待接收数据再回传至所述中心站。

所述主站、中心站、小站均包括数据处理中心，所述主站的数据处理中心的容量限度为M1，所述中心站的数据处理中心的容量限度为M2，所述小站的数据处理中心的容量限度为M3，且M1＞M2＞M3。

优选地，所述小站判断待处理的数据处理任务是否超出自己的数据处理中心的容量限度，并在超出容量限度时将超出部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，

请求上级中心站将超出部分转发到其它空闲中心站或小站进行处理，待处理完毕，再将超出部分的处理结果进行回传；

所述中心站判断待处理的数据处理任务是否超出自己的数据处理中心的容量限度，并在超出容量限度时将超出部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，

请求上级主站或中心站将超出部分转发到其它空闲中心站进行处理，待处理完毕，再将超出部分的处理结果进行回传；

所述主站判断待处理的数据处理任务是否超出自己的数据处理中心的容量限度，并在超出容量限度时将超出部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，

将超出部分转发到公有数据处理中心进行处理，待处理完毕，再将超出部分的处理结果进行回传。

优选地，所述主站还将接收到数据处理任务在所述主站、所述主站下属的中心站、所述中心站下属的小站的数据处理中心进行均衡分配，使各数据处理中心的数据处理任务的任务量分布均衡；

所述中心站还将接收到数据处理任务在所述中心站、所述中心站下属的小站的数据处理中心进行均衡分配，使各数据处理中心的数据处理任务的任务量分布均衡。

优选地，所述主站、中心站将接收到数据处理任务进行均衡分配时，按照通信的优先规则顺序进行。

优选地，在所述小站无法完成某一数据处理任务时，所述小站将该数据处理任务上报上级中心站；

在所述中心站、中心站下属小站均无法完成某一数据处理任务时，所述中心站将该数据处理任务上报至主站或上级中心站；

在所述主站、主站下属中心站、中心站下属小站均无法完成某一数据处理任务时，所述主站将该数据处理任务转发至公有数据处理中心进行处理。

优选地，所述主站在空闲时段，通过广播不断刷新所述主站、中心站、小站的数据处理中心的公有数据。

本实施例还提供一种用于卫星地面站的通信方法，包括：

判断通信数据流量是否超过卫星地面站的值班通讯机的带宽；

在所述待通信数据流量超过所述值班通讯机的带宽时，逐一开启卫星地面站的辅助通讯机，直至所述值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于所述通信数据流量。

所述通信方法，还包括：

在所述值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，生成请求分流的消息，以便将所述通信数据流中的待接收数据流的部分数据流分流到其它空闲地面站进行接收并储存。

所述通信方法，还包括：

在所述地面站具有空闲带宽时，生成请求分流数据的消息，以便将分流到其它空闲地面站的部分数据流再回传至所述地面站。

本发明实施例提供的卫星通信地面站、地面接收系统和用于卫星地面站的通信方法，卫星通信地面站在一般情况下值班通讯机开启，值班通讯机的带宽为地面站的基本带宽，在通信数据流量超过值班通讯机的带宽时，逐一开启辅助通讯机，直至值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于通信数据流量，从而使卫星通信地面站可随通信数据流量自动调节带宽，这样既可避免信道崩溃，提高带宽利用率，又可大大降低卫星通信地面站及整个卫星通信网的运行费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种卫星通信地面站的结构框图一；

图2为本发明实施例一提供的一种卫星通信地面站的结构框图二；

图3为本发明实施例二提供的一种卫星通信接收系统一；

图4为本发明实施例二提供的一种卫星通信接收系统二；

图5为本实施例三提供的一种用于卫星地面站的通信方法流程图。

附图标记

10-通信分系统，20-通信监控分系统，11-值班通讯机，12-辅助通讯机，21-带宽监控模块，31-数据处理中心，32-数据处理控制模块，100-主站，200-中心站，300-小站，201-第一级中心站，202-第二级中心站。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种卫星通信地面站、地面接收系统和用于卫星地面站的通信方法，既可避免信道崩溃，提高带宽利用率，又可大大降低卫星地面站及整个卫星通信网的运行费用。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

本发明实施例提供一种卫星通信地面站(以下简称地面站)，如图1所示，该地面站包括：通信分系统10和通信监控分系统20，通信分系统10包括：值班通讯机11和多个辅助通讯机12，通信监控系统包括20：带宽监控模块21；带宽监控模块21用于判断通信数据流量是否超过值班通讯机11的带宽，并在通信数据流量超过值班通讯机11的带宽时，逐一开启辅助通讯机12，直至值班通讯机11和开启的辅助通讯机12的总带宽不小于通信数据流量。

当通过卫星通信时，每个地面站由值班通讯机11完成通信任务。当通信流量急剧上升(例如发生重大灾害时)，超过了值班通讯机11的带宽时，地面站的监控和管理机制使辅助通讯机12立即投入运行，以确保本站的通信不会崩溃。而且，当值班通讯机发生故障时，可以将辅助通讯机中的一台重新设置成值班通讯机顶替，因此提高了卫星通信网的可靠性。

本实施例地面站采用多台一般(1M～5M)带宽的通讯机构成地面站的通信执行网络，通信流量急剧上升时开启辅助通讯机增加带宽，替代了现有用大型宽带通讯机适应通信流量增大的做法，价格低廉、可靠性高。而且，辅助通讯机可以根据具体通信情况进行增减数目以及更换，带宽易扩展。

进一步地，带宽监控模块21还用于，在值班通讯机11和多个辅助通讯机12全部开启，通信数据流量仍然超过值班通讯机11和多个辅助通讯机12的总带宽时，生成请求分流的消息，以便将通信数据流中的待接收数据流的部分数据流分流到其它空闲地面站进行接收并储存，以降低地面站的通信压力。其中，需要注意的是：分流时，是将通信数据流中的待接收数据流的部分数据流进行分流，且分流出去的这部分数据流的流量等于(或者稍大于)通信数据流量超出总带宽的超出部分。

并且，在该地面站具有空闲带宽时，所述带宽监控模块21还用于生成请求分流数据的消息，以便将分流到其它空闲地面站的部分数据流再回传至该地面站。

本实施例中的地面站具有空闲带宽，具体实施时可以定义为待传输的通信数据流量小于值班通讯机11的带宽，或者待传输的通信数据流量小于值班通讯机11的带宽且二者差值超过某一设定值；当然也可以定义为待传输的通信数据流量小于值班通讯机11和(一个或多个)辅助通讯机12的总带宽，或者小于总带宽且二者差值超过某一设定值，而所述空闲地面站指具有空闲带宽的地面站。

如果通信流量继续增加，这时带宽监控模块21的通信监控和管理机制将发挥作用，它将这个地面站难以承受的宏大通信数据流量，分流到其它空闲的地面站的通讯机(值班通讯机和辅助通讯机的总称)上，等通信高峰过后，再发还给应该接收的地面站，各个地面站都有高速存储器，因此不会丢失任何信息，从而降低某一地面站的通信压力，提高了卫星通信网的可靠性。而且，宽监控模块21还能判别通信流中各个通信包的级别标志，分流时会自动将需要紧急处理的通信包直接分给应该接收的地面站，将可暂缓处理的通信包暂时分流到空闲的地面站，所以除了卫星通信固有的时延外，不会因为分流而延误关键信息的处理。

进一步地，如图2所示，本实施例所述的地面站，还包括：

数据处理中心31，用于响应用户要求，完成本地及所述通信分系统接收到的数据处理任务。可选地，数据处理中心31由若干台个人计算机构成，一般选用去除显示器和键盘等外接设备的普通台式计算机形成地面站的数据处理中心31，既具有一定的存储空间(可形成资源池)，又具有数据处理能力。

代通信中不论是话音通信，还是视频通信和各类文件传递，各类信息最终都会转换成数据流，在信道上传输。而且为了通信的保密，为了抗干扰加强通信的可靠性，人们还需要对数据进行压缩或解压，扩频或解扩，加扰或去扰等称为“数据处理”的操作。如果使用单台高速的，高性能的，昂贵的计算机来完成，这就需要随着通信量和通信水平的发展对这台计算机不断进行硬件和软件升级。但本实施例采用“云计算”的方法，用最普通的，最廉价的计算机联成网络，构成称为“资源池”的数据处理中心来承担，成本低廉，易实现，而且部分可在数据处理中心完成的数据处理任务(如查询某一新闻，而本地资源池已有该新闻的同步数据)，无需通过地面站进行通讯，从而降低地面站的通信压力。

进一步，在由本实施例地面站构建的卫星通信网中，多个这样的数据处理中心31构成卫星通信网的私有云的物理基础，而购置、安装、调试云计算软件如Google的GFS、亚马逊的AWS、微软的Window Azure等可作为卫星通信网的私有云的控制、运行和管理的上层建筑。

以及，所述地面站还包括：数据处理控制模块32，还用于判断数据处理任务是否超过数据处理中心的容量限度，并在数据处理任务超过数据处理中心的容量限度时，将超出容量限度的部分通过高速存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，将所述数据处理任务中的部分数据处理任务转发到其它地面站的数据处理中心进行处理。待处理完毕再将在该空闲的中心站上进行处理的数据处理任务的处理结果进行回传。

数据处理中心的容量限度可以参考数据处理中心的处理速度(当前数据处理中心的数据流量)。数据处理中心的容量限度一般可认为等于数据处理中心的处理速度，当然，具体实施时也可将容量限度设置为稍小于数据处理中心的处理速度，留出一定的空余空间。

当数据处理任务在数据处理中心的容量限度内时，优选地，数据处理控制模块32还用于将数据处理中心接收到数据处理任务在若干台个人计算机(数据处理中心)中进行均衡分配，使各个人计算机上的数据处理任务的任务量分布均衡；当数据处理任务在数据处理中心的容量限度内时，数据处理任务超过数据处理中心的容量限度时，有两种处理方式。具体实施时，如果对时延要求不严格，可采用第一种方式：将超出容量限度的部分通过高速存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉；如果对时延要求严格，可采用第二种方式：将数据处理任务中的部分数据处理任务转发到其它地面站的数据处理中心进行处理，待处理完毕，再将这部分数据处理任务的处理结果进行回传。当然，也可以混合使用这两种方式，对时延要求不严格的数据处理任务采用第一种方式，对时延要求严格的数据处理任务采用第二种方式。

当然，地面站也可以主动要求分担其它地面站的部分数据处理任务。数据处理控制模块32还用于在数据处理中心处于空闲状态时，生成请求数据处理任务的消息，以便分担其它地面站的部分数据处理任务。

优选地，所述数据处理控制模块还用于在数据处理中心无法完成某一数据处理任务时，将该数据处理任务转发其它地面站进行处理。此处指将无法完成的该数据处理任务上报到具有公有数据处理中心访问权限的地面站进行处理，公有数据处理中心指“谷歌”、“亚马逊”和“微软”等大型数据处理中心(公有云)。

本发明实施例提供的卫星通信地面站在一般情况下值班通讯机开启，值班通讯机的带宽为卫星地面站的基本带宽，在通信数据流量超过值班通讯机的带宽时，逐一开启辅助通讯机，直至值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于通信数据流量，从而使卫星地面站可随通信数据流量自动调节带宽，这样既可避免信道崩溃，提高带宽利用率，又可大大降低卫星地面站及整个卫星通信网的运行费用。而且，本发明实施例提供的地面站，设置有数据处理中心，可降低地面站的通信压力。

实施例二

如图3所示，本实施例还提供一种卫星通信接收系统，包括：多个实施例一所述的地面站，所述地面站划分为：主站100，主站100下属的多个中心站200，以及中心站200下属的多个小站300，主站100的通信总带宽为N1，中心站200的通信总带宽为N2，小站300的通信总带宽为N3，且N1＞N2＞N3。

主站100的通信总带宽指主站100的值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启时的通信带宽，简言之，主站100的通信总带宽即主站100的值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽，而中心站200(或小站300)的通信总带宽即中心站200(或小站300)的值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽。

可选地，具体实施时，小站300可分布在地方(如小城镇、乡村、小城市等)，使用N个通讯机(值班通讯机和辅助通讯机的总称)；中心站200可设置在省会城市，使用N/2个通讯机；中心站200可设置在首都，使用N/4个通讯机。小站与中心站采用星型结构的连接，中心站和主站以及各中心站之间采用网状结构连接。

另外，需要说明的是，根据卫星通信网的具体覆盖范围，中心站也可以设置多级。如图4所示，设置有两级中心站，主站100下属多个第一级中心站201，第一级中心站201下属多个第二级中心站202，第二级中心站202下属多个小站。

本实施例的卫星通信接收系统采用多台一般(1M～5M)带宽的通讯机构成地面站的通信执行网络，通信流量急剧上升时开启辅助通讯机增加带宽，替代了现有用大型宽带通讯机适应通信流量增大的做法，价格低廉、可靠性高。而且，本实施例采用的主站、中心站、小站三级(或多级)建网方式，在通信压力大的主站、中心站设置大的通信带宽，在通信压力小的小站设置小的通信带宽，覆盖范围广，可靠性高，运营成本低。

当通过卫星通信时，每个地面站由值班通讯机完成通信任务。当通信流量急剧上升(例如发生重大灾害时)，超过了值班通讯机的带宽时，本站通信的监控和管理机制使辅助通讯机立即投入运行，以确保本站的通信不会崩溃。如果通信流量继续增加，这时整个通信网的监控和管理机制将发挥作用，将这个地面站难以承受的宏大流量，分流到其它空闲地面站的通讯机上，等通信高峰过后，再发送给应该接收的地面站，具体如下所述：

小站300在值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，通信数据流量仍然超过值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，请求上级中心站200将超出部分的待接收数据先发送到空闲的中心站或小站上进行接收并储存；在小站300在具有空闲带宽时，请求上级中心站200将储存在空闲的中心站或小站上的待接收数据再回传至小站300。当然，也可以由上级中心站200主动监控小站的通信状况，在发生信道溢出时主动介入进行分流，具体地：在通信数据流量超过值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，上级中心站200主动将超出部分的待接收数据先发送到空闲的中心站或小站上进行接收并储存；在小站300在具有空闲带宽时，主动将储存在空闲的中心站或小站上的待接收数据再回传至小站300。

中心站200在值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，通信数据流量仍然超过值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，请求上级主站100或其它中心站200将超出部分的待接收数据先发送到空闲中心站上进行接收并储存；在中心站200在具有空闲带宽时，请求上级主站100或其它中心站200将储存在空闲中心站的待接收数据再回传至中心站200。当然，也可以由上级主站100主动监控，在发生信道溢出时主动介入进行分流。

需要注意的是：上述分流出的“超出部分的待接收数据”，指的是将通信数据流中的待接收数据流的部分数据流进行分流，且分流出去的这部分数据流的流量等于(或者稍大于)通信数据流量超出总带宽的超出部分。

进一步地，主站、中心站、小站均包括数据处理中心，所述主站的数据处理中心的容量限度为M1，所述中心站的数据处理中心的容量限度为M2，所述小站的数据处理中心的容量限度为M3，且M1＞M2＞M3。可选地，所述数据处理中心可由若干台个人计算机构成；

为了本领域技术人员更好的理解本发明实施例提供的卫星通信接收系统的技术方案，下面通过具体的实施例进行详细说明。

如图3所示，采用积木式的结构搭建主站、中心站和小站三级卫星通信地面站的通信处理系统。

(1)用N台通讯机组成主站通信处理局域网，用40台普通计算机做服务器连成主站局域网，作为主站数据处理中心；

(2)用N/2台通讯机组成中心站通信理处局域网，用20台普通计算机做服务器连成中心站局域网，作为中心站数据处理中心；

(3)用N/4台通讯机作小站的通信处理机，用10台普通计算机做服务器连成小站局域网，作为小站数据处理中心。

同时可采用了虚拟技术，每个物理服务器都将能作为4～5个虚拟服务器使用，极大地提高了服务器的利用率。按上述方法构建起的卫星通信网的信息处理中心是卫星通信网的私有云的物理基础，而购置、安装、调试云计算软件如Google的GFS、亚马逊的AWS、微软的Window Azure等是网的私有云的控制、运行和管理的上层建筑。

虽然每台通讯机的带宽一般仅是1.21M～5M，但是当通信流量突爆时，可通过分布和均衡操作使海量的通信分散到地面站各辅助通讯机上或空闲的地面站的通讯机上处理。这样不但避免了信道的堵塞，还能显著地提高信道的利用率，具体通信及数据处理过程如下：

当主站开展卫星通信时，主站的带宽监控模块首先要判断自己的通信数据流量是否超过自己的值班通讯机能承受的流量(值班通讯机的带宽)。如果没有超过，则接收下来，并进入数据中心处理，然后按通信的优先规则顺序分发给本站用户或目标地面站中心站。如果通信流量超过自己的值班通讯机的带宽，则主站会逐步使第一、第二、......第N个辅助通讯机投入运行，以便完成通信任务。同时主站还要判断自己的数据处理中心的容量能否完成所要处理的数据处理任务(表现数据处理中心的容量限度是否大于待处理数据流量)。如果容量不够，将多余部分通过特制的高速存储器存储下来，并对容量内的数据处理任务，进行处理对数据处理任务进行“分布、虚拟和均衡”操作，使数据处理任务分散处理掉；或者，将所述数据处理任务中的部分数据处理任务转发到公有数据处理中心进行处理，待处理完毕，再将所述数据处理任务的处理结果进行回传。

当中心站开展卫星通信时，中心站的带宽监控模块也要判断自己的通信数据流量是否超过自己的值班通讯机能承受的流量。如果没有超过，则接收下来，并进入本站数据处理中心进行处理，或转发到目标中心站或目标小站。如果通信流量超过自己值班通讯机所能承受的范围，则逐步使第一、第二......第(1/2)N个辅助通讯机投入运行，以完成通信任务。如果带宽还不够，还会发生信道溢出，则中心站会立即要求主站或其它中心站将多余流量分流到空闲的中心站上，并存储起来。等本站完成通信任务(有空闲带宽)后再发送回来，这样既能避免本站信道崩溃，又能确保信息不丢失。同时中心站还要判断自己的数据处理中心的容量能否容纳要处理的数据流。如果容量不够，也需立即将多余部分通过特制的高速存储器存储下来，并对容量内的数据进行“分布、虚拟和均衡”操作，使数据流分散处理掉。然后再逐次调出存储的剩余数据流，依次处理掉；或者，请求上级主站或中心站将超出部分的数据处理任务转发到其它空闲中心站进行处理，待处理完毕，再将所述数据处理任务的处理结果进行回传。

小站开展卫星通信时，小站的带宽监控模块更要判断发送通信数据流量是否超过自己的值班通讯机能承受的流量(一般情况下，小站可只设置值班辅助通讯机，不设置辅助通讯机)。如果没有超过，则接收下来，并进入本站的数据处理中心进行处理。如果通信数据流量超过自己的值班通讯机的带宽，要发生信道溢出，则该小站立即要求中心站将多余的通信数据流量先发送到空闲的中心站或小站上，存储下来，等本站完成通信后再发送回来这样既能避免本信道崩溃，又能避免信息丢失。同时地面小站还要判断自己的数据处理中心的容量能否容纳要处理的数据流(待处理的数据处理任务)。如果容量不够，也需立即将多余部先发送到上级中心站站存储下来，并对容量内的数据进行“分布、虚拟和均衡”操作，使数据流分散处理掉，然后再逐次调回中心站存储的剩余数据流，依次处理掉，或者，请求上级中心站将超出部分的数据处理任务转发到其它空闲中心站或小站进行处理，待处理完毕，再将所述数据处理任务的处理结果进行回传。

其中，优选地，所述主站还将接收到数据处理任务在所述主站、所述主站下属的中心站、所述中心站下属的小站的数据处理中心进行均衡分配，使各数据处理中心的数据处理任务分布均衡；所述中心站还将接收到数据处理任务在所述中心站、所述中心站下属的小站的数据处理中心进行均衡分配，使各数据处理中心的数据处理任务分布均衡。优选地，所述主站、中心站将接收到数据处理任务进行均衡分配时，按照通信的优先规则顺序进行，以减少时延，提高用户体验。

由于采用了分布和均衡处理技术，使得一个大型问题分散成数个小型问题进行处理，最后将结果汇总到一起。这些做法不但提高了各地面站的处理能力，也提高了硬件的利用率，并且极大地降低了建设成本和运营成本。

优选地，在所述小站无法完成某一数据处理任务时，所述小站将该数据处理任务上报上级中心站；在所述中心站、中心站下属小站均无法完成某一数据处理任务时，所述中心站将该数据处理任务上报至主站或上级中心站；在所述主站、主站下属中心站、中心站下属小站均无法完成某一数据处理任务时，所述主站将该数据处理任务转发至公有数据处理中心进行处理。

在主站设置与Google、亚马逊、微软等巨型数据中心(公有数据处理中心)通信的专用接口，使得绝大部分商业、学术应用都通过卫星通信网在这些巨型数据中心即公有云上处理掉，而卫星通信网只是把结果分发到各申请应用的地面站，这样做将能节省大量的硬、软件购置、安装和维护费用

由于通信量和数据处理任务量都是随机的，不断变化的。有时机器处于空闲状态，有时机器又处于饱和状态。在机器饱和时可以通过网内的私有云进行分散和均衡处理，使各机的负荷下降，也可以在机器空闲时通过网内的私有云和往外的公有云来提升各机的负荷，以便充分提高卫星通信网的利用率。比如当东半球进入夜间时，通信和处理任务量急剧下降。而此时正是西半球白昼时间，通信和处理任务量急剧上升。因此可以通过卫星间的通信传递将一些处理任务，如某些工程、气象、地质等海量数据处理工作拿回来，分配给卫星通信网内各地面站的空闲服务器上完成，然后把结果汇总再通过卫星传输给西半球的用户。

进一步地，所述主站在空闲时段，通过广播不断刷新所述主站、中心站、小站的数据处理中心的公有数据。

为减少信道中的数据流，要充分发挥卫星通信网的广播功能。依靠这个功能，主站每天利用空闲时段，如深夜，通过广播不断刷新主站、中心站和小站的数据中心中的公共数据。这样各级站的上网者先是在本级数据中心中询查、操作，然后才是到上级站的网络数据中心中询查、操作。预计采用这种策略后，通信量可能会减少1/3。

一种更具体的实施方式中，地面站又分主站、中心站和小站。其中，通信频段采用L波段：

主站有通讯机4个，每个通信带宽5M(兆)，则基本通信带宽为5M(兆)，最大通信带宽为20M(兆)。有普通计算机改造的服务器40个，连成网络后，由于采用“虚拟”技术，使得1台物理计算机达到3台虚拟计算机的能力，于是主站形成了4×3×40＝480G的存储能力和2Gb/s×3×40＝240Gb/s的计算能力。

中心站有通讯机2个，每个通信带宽3M(兆)，则基本通信带宽为3M(兆)，最大通信带宽为6M(兆)。有普通计算机改造的服务器20个，连成网络后，由于采用“虚拟”技术，使得1台物理计算机达到3台虚拟计算机的能力，于是中心站形成4×3×20＝240G的存储能力和2Gb/s×3×20＝120Gb/s的计算能力。

小站只有1个通讯机，每个通信带宽1.21M(兆)。有普通计算机改造的服务器10个，连成网络后，形成4×3×10＝120G的存储能力和2Gb/s×3×10＝60Gb/s的计算能力。

在上述卫星通信网上，可开展如下的各种应用，使通信信道的带宽每一分钟都在利用中，这样才能提高卫星通信网的效率，才能降低单位带宽的使用费，使整个卫星通信网的运行费用大大下降。

1、国家应用

(1)军情网：它必须时刻保证畅通和保密，使国家时刻了解发生威胁的地点和程度，并确保反击命令的逐级、快速、准确地下达，效果及时上报。

(2)治安网：它必须时刻保证畅通和保密，使国家能时刻了解国内各地的治安状况。当暴动、骚乱、大规模罢工等恶性事件发生时，国家必须知道事件的发生地点和破坏程度，并确保采取紧急措施的命令逐级、快速、准确地下达，效果及时上报。

(3)灾情网：灾情网必须时刻保证畅通，并与遍布全国各地的地震监测仪和气象监视仪连接(物联网)，以便国家及时地了解地震、海啸、泥石流、滑坡、火灾和水灾发生的地点和破坏程度，所造成的人员伤亡和财产损失，确保抢救命令及时下达。

(4)疫情网：通过卫星通信网站与全国主要乡镇、矿业中心和种植园的负责人联系，使国家及时了解国内各地的疫情，明确如H1N1等大规模传染病的发生地点和发生时间，以及所造成的人员、家畜死亡和经济损失。确保应急命令的快速下达，抢救效果的快速上报。

(5)交通网：通过卫星通信网站与全国各地的汽车站、火车站、空港和港口的视频探头连接，使国家及时了解各地的公路、铁路、航空和海运的状况。

(6)教育网：人才的培养是一个国家最重要的工作，是确保未来的关键。建成卫星通信教育网就是其中重要的一环。它使远离首都的孩子们从6岁开始就能聆听优秀教师的讲课和答疑，就能观摩物理、化学、生物实验，就能参加同龄孩子的智力测验和数学、物理、化学、文学和艺术竞赛。它还使各地人民不用走远就能获得工业和农业技能的培训，卫生和健康知识的普及，让他们能更好地外出工做、能提高农产品数量和质量，能生活得更好。

(7)政务网：政令的顺畅下传，基层群众意见的及时上达，事关国家的统一，社会的稳定。国家通过遍布全国城市、乡镇、矿业中心、种植园和军事基地的卫星通信地面站的视频显示屏幕能迅速下达各种命令，通过它的摄像和录音系统广泛收集民意，了解民情。

2、接入式商业应用，这主要是指：当地固定通信网和移动通信网的接入。

固定电话网受光缆的架设与维护的限制。移动通信网受基站的数量和分布限制。因此，它们在跨山、跨海、横越沙漠和沼泽时，以及远距离通信时，非常困难，建设费用极高。把固定通信网和移动通信网接入最近的卫星通信网的地面网站，就能形成在小区域靠固定通信网和移动通信网通信，在大范围内靠卫星通信网通信的格局。

3、独立的商业应用

这主要是指各卫星通信地面站间的双向话音或视频通话、影视传播、高速数传、电视会议和电视教学等难以在固定通信网和移动通信网上实现的业务。

实施例三

本实施例还提供一种用于卫星地面站的通信方法，如图5所示，该方法包括：

101、判断通信数据流量是否超过卫星地面站的值班通讯机的带宽；

102、在所述待通信数据流量超过所述值班通讯机的承受限度时，逐一开启卫星地面站的辅助通讯机，直至所述值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于所述通信数据流量。

当通过卫星通信时，地面站由值班通讯机完成通信任务，当通信流量急剧上升(例如发生重大灾害时)，超过了值班通讯机的带宽时，本站的监控和管理机制使辅助通讯机立即投入运行，以确保本站的通信不会崩溃。而且，当值班通讯机发生故障时，可以辅助通讯机中的一台重新设置成值班通讯机顶替，因此提高了卫星通信网的可靠性。

进一步地，该方法还包括：

103、在所述值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，生成请求分流的消息，以便将所述通信数据流中的待接收数据流的部分数据流分流到其它空闲地面站进行接收并储存。

104、在所述地面站具有空闲带宽时，生成请求分流数据的消息，以便将分流到其它空闲地面站的部分数据流再回传至所述地面站。

通信任务由相应的网络(多个地面站)而不是单个地面站台的通讯机完成的，因而当其中一个地面站发生通信拥堵或故障时，都有备份机或备份站顶替，因此提高了本卫星通信网的可靠性。这样依靠单个通讯机的带宽而是靠整个卫星通信网通讯机的能力完成通信任务。

需要注意的是，本发明实施例所述的技术特征，在不冲突的情况下，可任意相互组合使用。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种卫星通信地面站，包括：通信分系统和通信监控分系统，其特征在于，所述通信分系统包括：值班通讯机和多个辅助通讯机，所述通信监控系统包括：带宽监控模块；

所述带宽监控模块用于判断通信数据流量是否超过所述值班通讯机的带宽，并在所述通信数据流量超过所述值班通讯机的带宽时，逐一开启所述辅助通讯机，直至所述值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于所述通信数据流量。

2.根据权利要求1所述的地面站，其特征在于，

所述带宽监控模块还用于，在所述值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，生成请求分流的消息，以便将通信数据流中的待接收数据流的部分数据流分流到其它空闲地面站进行接收并储存。

3.根据权利要求2所述的地面站，其特征在于，在所述地面站具有空闲带宽时，所述带宽监控模块还用于生成请求分流数据的消息，以便将分流到其它空闲地面站的部分数据流再回传至所述地面站。

4.根据权利要求1-3任一项所述的地面站，其特征在于，还包括：

数据处理中心，用于响应用户要求，完成本地及所述通信分系统接收到的数据处理任务。

5.根据权利要求4所述的地面站，其特征在于，

数据处理控制模块，用于判断所述数据处理任务是否超过所述数据处理中心的容量限度，并在所述数据处理任务超过所述数据处理中心的容量限度时，

将超出容量限度的部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者将所述数据处理任务中的部分数据处理任务转发到其它地面站的数据处理中心进行处理。

6.根据权利要求4所述的地面站，其特征在于，

数据处理控制模块，还用于在所述数据处理中心处于空闲状态时，生成请求数据处理任务的消息，以便分担其它地面站的部分数据处理任务。

7.根据权利要求5所述的地面站，其特征在于，

所述数据处理控制模块，还用于在所述数据处理中心无法完成某一数据处理任务时，将该数据处理任务转发其它地面站进行处理。

8.根据权利要求4所述的地面站，其特征在于，

所述数据处理中心由若干台个人计算机构成；

9.根据权利要求8所述的地面站，其特征在于，

所述数据处理控制模块还用于将所述数据处理中心接收到数据处理任务在所述若干台个人计算机中进行均衡分配，使各所述个人计算机上的数据处理任务的任务量分布均衡。

10.一种卫星通信地面接收系统，其特征在于，包括：多个权利要求1所述的地面站，所述地面站划分为：主站，所述主站下属的多个中心站，以及每一所述中心站下属的多个小站，所述主站的通信总带宽为N1，所述中心站的通信总带宽为N2，所述小站的通信总带宽为N3，且N1>N2>N3。

11.根据权利要求10所述的地面接收系统，其特征在于，

所述小站在值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，请求上级中心站将超出部分的待接收数据先发送到空闲的中心站或小站上进行接收并储存，

所述小站在具有空闲带宽时，请求上级中心站将储存在所述空闲的中心站或小站上的所述待接收数据再回传至所述小站；

所述中心站在值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，请求上级主站或其它中心站将超出部分的待接收数据先发送到空闲中心站上进行接收并储存，

所述中心站在具有空闲带宽时，请求上级主站或其它中心站将储存在所述空闲中心站的所述待接收数据再回传至所述中心站。

12.根据权利要求10所述的地面接收系统，其特征在于，

所述主站、中心站、小站均包括数据处理中心，所述主站的数据处理中心的容量限度为M1，所述中心站的数据处理中心的容量限度为M2，所述小站的数据处理中心的容量限度为M3，且M1>M2>M3。

13.根据权利要求12所述的地面接收系统，其特征在于，

所述小站判断待处理的数据处理任务是否超出自己的数据处理中心的容量限度，并在超出容量限度时将超出部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，

请求上级中心站将超出部分转发到其它空闲中心站或小站进行处理，待处理完毕，再将超出部分的处理结果进行回传；

所述中心站判断待处理的数据处理任务是否超出自己的数据处理中心的容量限度，并在超出容量限度时将超出部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，

请求上级主站或中心站将超出部分转发到其它空闲中心站进行处理，待处理完毕，再将超出部分的处理结果进行回传；

所述主站判断待处理的数据处理任务是否超出自己的数据处理中心的容量限度，并在超出容量限度时将超出部分通过存储器存储下来，待处理完毕后再逐次调出存储的数据处理任务，依次处理掉，或者，

将超出部分转发到公有云进行处理，待处理完毕，再将超出部分的处理结果进行回传。

14.根据权利要求12所述的地面接收系统，其特征在于，

所述主站还将接收到数据处理任务在所述主站、所述主站下属的中心站、所述中心站下属的小站的数据处理中心进行均衡分配，使各数据处理中心的数据处理任务的任务量分布均衡；

所述中心站还将接收到数据处理任务在所述中心站、所述中心站下属的小站的数据处理中心进行均衡分配，使各数据处理中心的数据处理任务的任务量分布均衡。

15.根据权利要求14所述的地面接收系统，其特征在于，

所述主站、中心站将接收到数据处理任务进行均衡分配时，按照通信的优先规则顺序进行。

16.根据权利要求12所述的地面接收系统，其特征在于，

在所述小站无法完成某一数据处理任务时，所述小站将该数据处理任务上报至上级中心站；

在所述中心站、中心站下属小站均无法完成某一数据处理任务时，所述中心站将该数据处理任务上报至主站；

在所述主站、主站下属中心站、中心站下属小站均无法完成某一数据处理任务时，所述主站将该数据处理任务转发至公有云进行处理。

17.根据权利要求12所述的地面接收系统，其特征在于，

所述主站在空闲时段，通过广播不断刷新所述主站、中心站、小站的数据处理中心的公共数据。

18.一种用于卫星地面站的通信方法，其特征在于，包括：

判断通信数据流量是否超过卫星地面站的值班通讯机的带宽；

在所述待通信数据流量超过所述值班通讯机的带宽时，逐一开启卫星地面站的辅助通讯机，直至所述值班通讯机和开启的辅助通讯机的总带宽不小于所述通信数据流量。

19.根据权利要求18所述通信方法，其特征在于，还包括：

在所述值班通讯机和多个辅助通讯机全部开启，所述通信数据流量仍然超过所述值班通讯机和多个辅助通讯机的总带宽时，生成请求分流的消息，以便将所述通信数据流中的待接收数据流的部分数据流分流到其它空闲地面站进行接收并储存。

20.根据权利要求19所述通信方法，其特征在于，还包括：

在所述地面站具有空闲带宽时，生成请求分流数据的消息，以便将分流到其它空闲地面站的部分数据流再回传至所述地面站。