CN103716083A - 用于在多波束卫星网络中路由ip数据包的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于在多波束卫星网络中路由IP数据包的方法和装置。用于卫星有效负载通信的示例系统包含数字信道器和再生通信子系统（RCS）。数字信道器包含多个输入端和多个输出端，所述多个输入端用来从多个上行链路波束接收多个信号，所述多个输出端用来输出多个信号。RCS包含多个输入端和多个输出端，所述多个输入端可选择地耦合到数字信道器输出端以从选择的数字信道器输出端接收信号，所述多个输出端可选择地耦合到数字信道器输入端以将经处理的信号传输到选择的数字信道器输入端。RCS被配置为处理多个信号中被选择的信号，以产生经处理的信号。

Description

用于在多波束卫星网络中路由IP数据包的方法和装置

技术领域

本发明的领域总体涉及卫星通信，并且更特别地涉及用于在卫星网络中路由因特网协议（IP）数据包的方法和装置。

背景技术

典型的现代转发（或者“弯管”）卫星具有金属或者复合材料框架，该框架容纳电源（例如，一个或更多个电池组、太阳能电池和/或类似物）和各种电子组件以及一个或更多个天线。所述组件通常包含一个或更多个“转发器”，其包含一个或更多个无线电接收器、变频器和/或发射机。卫星的总带宽是以转发器的数目为基础的。例如，一个已知的可商用卫星具有3528MHz的总可用带宽，其被划分为横跨四十五个C波段和十六个Ku波段转发器。这样的转发器统称为卫星的“有效负载”。

典型的模拟转发通信有效负载通过上行链路天线从地球或另一个卫星接收多个上行链路波束。每个接收的波束用低噪声放大器（LNA）进行放大，并且被下转换（D/C）以用于额外的处理。在上转换并重新传输到地球或另一个卫星之前，可以对下转换的波束进行切换、多路复用（MUX）或进行路由和组合。

数字卫星有效负载通常以信道化方式或再生方式运行。信道化有效负载模仿传统的固定模拟转发器，但同样包含精细地划分、控制以及监控卫星机载的带宽和功率分配的能力。数字转发有效负载通常具有输入端到输出端的灵活切换。转发信道仅仅是重复信号，而不作任何修改。因此，转发器有效负载能够传送任何类型的信号，而不考虑格式或调制方式。数字转发器系统可以被相对容易地修改，从而向后兼容模拟转发器系统。不同于转发的有效负载，再生的有效负载能够执行上行链路信号的解调和再调制。在这样的系统中，用户信号和嵌入在该信号中的用户数据被恢复和处理，以使有效负载能够以期望方式对用户数据进行操作。嵌入的数据在历史上已被用于数据包或基于框架的系统中的自主切换和/或用于安全功能。特别地，在嵌入的数据被重新传输之前，能够对其执行错误检测和修正。然而，由于再生系统要求具体的信号和数据类型，因此再生系统通常不是向后兼容的。

发明内容

根据本发明的一个方面，卫星有效负载通信的一个示例系统包含数字信道器和再生通信子系统（RCS）。所述数字信道器包含多个输入端和多个输出端，所述多个输入端用来从多个上行链路波束中接收多个信号，所述多个输出端用来将多个信号输出到多个下行链路波束。所述RCS包含多个输入端和多个输出端，所述多个输入端可选地耦合到数字信道器输出端以从数字信道器输出端接收信号，所述多个输出端可选地耦合到数字信道器输入端以将经处理的信号传输到数字信道器输入端。所述RCS被配置为处理来自多个上行链路波束的多个信号中被选择的信号，从而为发送到多个下行链路波束的多个信号产生经处理的信号。

本发明的另一方面是在卫星通信中使用的方法。所述方法包括从上行链路波束接收多个信号，将多个信号提供给包含多个输出端的数字信道器的多个输入端，将来自至少一个数字信道器输出端的输出信号提供给再生通信子系统（RCS），以及将来自RCS的经处理的信号提供给至少一个数字信道器输入端，以允许数字信道器将经处理的信号切换为用于下行链路波束的多个信号。

本发明的另一方面是用于卫星有效负载通信的系统。所述系统包含信道器、再生通信子系统（RCS）和控制器。所述信道器包含多个输入端和多个输出端。所述多个输入端被配置为从多个上行链路波束接收信号。所述多个输出端被配置为将输出信号耦合到多个下行链路波束。所述RCS包含多个输入端和多个输出端。多个RCS输出端中的每个都耦合到一个不同的信道器输入端。所述RCS被配置为再生地处理在其输入端接收的信号并通过其输出端来输出经处理的信号。所述控制器被配置为选择性地将一个或更多个信道器输出端的输出信号从下行链路波束切换到一个或更多个RCS输入端。

有利地，所述RCS可以包含耦合到多个RCS输入端的基带调制解调器、耦合到信道器输入端的IP路由器以及耦合在基带调制解调器和IP路由器之间的汇聚交换机。所述系统可以进一步包含多个选择器，每个选择器耦合到一个不同的所述RCS输出端和一个不同的信道器输入端。优选地，一个不同的上行链路波束耦合到选择器中的每一个，并且其中选择器被配置为选择性地将来自上行链路的信号或来自RCS的经处理的信号提供给信道器输入端。

有利地，所述系统可以进一步包含耦合到信道器的多个输出交换机，每个输出交换机被配置为从一个不同的信道器输出端接收信号并且选择性地将接收的信号耦合到下行链路波束或一个RCS输入端。

有利地，经处理的信号可以包含因特网协议数据包。

附图说明

图1是示例性卫星系统的方框图。

图2是可以用在图1所示的卫星系统中的示例性有效负载的方框图。

图3是运行图1和图2的系统和有效负载的示例性方法的流程图。

具体实施方式

如本文所用，以单数形式列举的和带有词语“一”或“一个”的元件或步骤应当被理解为不排除复数个元件或步骤，除非明确指出了这种排除。此外，对本发明的“一个实施例”或“示例性实施例”的引用并非意图解读为排除那些同样包含所列举的特征的额外实施例的存在。

本文所描述的示例性方法和系统涉及基于卫星的通信。更具体地，本文所描述的示例性实施例有助于多波束卫星网络环境中的因特网协议（IP）数据包的高效路由。本文所描述的方法和系统通常结合基于信道器的卫星有效负载和数字再生通信系统。信道器的一个或更多个输出端被定向到再生通信系统以用于处理，并作为IP数据包被输出回到信道器。由此得到的系统可以有助于减少传递数据所需的卫星中继段（satellite hop）的数目，并因此减小信号传输中的延迟，同时提高对用户的服务质量。而且，所描述的方法和装置提供了相对低成本的增量方法，以在卫星网络中提供再生系统。此外，由于横跨网络重新同步路由数据库的减小延迟，减少的卫星中继段可以使跨多个卫星波束的基于数据包的网络对故障更具响应能力。

更具体地参考附图，图1是示例性卫星通信系统100的方框图。在该示例性实施例中，卫星通信系统100包含上行链路天线102和下行链路天线104。上行链路天线102从一个或更多个陆地源（未示出）和/或其它卫星（未示出）接收上行链路波束106。下行链路天线104将下行链路波束108传输到一个或更多个陆地源（未示出）和/或其它卫星（未示出）。虽然图1中仅说明了单个上行链路天线102和单个下行链路天线104，但通信卫星100可以包含任意适当数目的上行链路天线102和下行链路天线104。

卫星通信系统100对上行链路波束106进行滤波、放大以及下转换。通过多个选择器112将所得到的信号提供给信道器110。一个不同的上行链路波束106可以耦合到每个选择器112。选择器112选择性地将其两个选择器输入端中的一个提供给信道器110的信道器输入端114。在其它实施例中，选择器112可以包含多于两个选择器输入端。信道器110将输入信号的每个子带以数字方式划分成频率切片，该频率切片能够被独立地切换、处理、路由和/或重组到提供给信道器输出端116的输出子带中。在其它实施例中，输入信号被切换并被多路复用，而不进行额外的处理。虽然图1中说明了三个信道器输入端114和三个信道器输出端116，但信道器110可以包含任意适当数目的信道器输入端114和信道器输出端116。

交换机118耦合到信道器输出端116。每个交换机118可以被配置为从一个不同的信道器输出端116接收信号。交换机118将来自信道器110的输出信号选择性地提供给下行链路天线104或再生通信子配件（RCS）120。RCS120包含用于从信道器110接收输出信号的RCS输入端122。RCS120对来自信道器110的输出信号执行任何适当的再生处理。例如，在一个实施例中，RCS120解调这些信号并访问存储在其中的数据。在一些实施例中，所述数据被用于IP数据包路由、密码安全性和认证、用于语音和数据服务的会话建立、错误检测和/或修正。在处理嵌入在由交换机118提供给RCS120的输出信号中的数据之后，该数据被重新调制并通过RCS输出端124输出到选择器112。

通过选择器112将来自RCS120的输出信号耦合到信道器110中。例如，每个选择器112可以耦合到各自的RCS输出端124、上行链路波束106之一以及信道器输入端114之一。更具体地，RCS输出信号由信道器110按照与针对来自上行链路波束106的信号的上述相同方式处理，并且被路由到交换机118以便传输到下行链路天线104。

在该示例性实施例中，卫星100包含控制器126。控制器126以本文描述的方式控制交换机118、选择器112、信道器110和RCS120的操作。虽然将控制器126图示说明为单一的分立控制器，但卫星通信系统100可以包含多个分离的控制器126。例如，RCS120可以包含一个或更多个控制器126，信道器110可以包含一个或更多个控制器126等。控制器126可以是用来如本文所述的那样控制卫星通信系统100的运行的任何其它适当的模拟和/或数字控制器。

图2是卫星通信系统100的可替换实施例的方框图。在该实施例中，在通过选择器112将信号路由到信道器110之前，由模拟前端200、模数转换器202和数字信号处理器204对上行链路波束106进行处理。在传输到下行链路天线104之前，由DSP处理器206、数模转换器208和模拟后端210对未切换到RSC120的来自信道器110的数字输出信号进行处理。切换到RCS120的信号通过保护开关212耦合到RCS120。在该示例性实施例中，保护开关212是在系统100中提供冗余的N:M保护开关。在其它实施例中，可以使用任何其它适当类型的保护开关。

在本实施例中，RCS120包含基带调制解调器214、汇聚交换机216和IP路由器218。汇聚交换机216可以耦合在IP路由器218和至少一个RCS120输入端之间。基带调制解调器214可以耦合在汇聚交换机216和至少一个RCS120输入端之间。基带调制解调器214包含用以从信道器110接收信号的输入端122，并且基带调制解调器214将基带信号输出到汇聚交换机216。汇聚交换机216汇聚到达/来自单向的下行链路/上行链路波束的数据包流量并将汇聚流量呈现给IP路由器218的双向接口。IP路由器218通过输出端124路由经处理的信号。RSC120输出的经处理的信号通过保护开关220被提供给选择器112。在该示例性实施例中，保护开关220是在系统100中提供冗余的N:M保护开关。在其它实施例中，可以使用任何其它适当类型的保护开关。

图3是运行系统和有效负载（如系统100）的示例性方法300的流程图。方法300包括从上行链路波束接收302多个信号。将所述多个信号提供304给包含多个输出端的数字信道器的多个输入端。将来自至少一个数字信道器输出端的输出信号提供306给再生通信子系统（RCS）。将来自RCS的经处理的信号提供308给至少一个数字信道器输入端。

本文所描述的示例性方法和系统有助于IETF标准因特网协议（IP）数据包在多波束卫星网络环境中的高效路由，允许跨多个卫星波束（或地球覆盖区域）的基于IP的网络的设计。由此产生的系统有助于减少传输数据所需的卫星中继段的数目，由此减小信号传输中的延迟并提高对用户的服务质量。而且，本文描述的实施例提供了相对低成本的增量方法，以在卫星网络中提供再生系统。此外，由于在IP网络拓扑中包括作为路由同位体（routing peer）的卫星节点能够减少横跨网络重新同步路由数据库的延迟，因此所减少的卫星中继段可以允许跨多个卫星波束的基于数据包的网络对故障更具响应能力。

不同有利实施例的说明被提供以用于说明和描述的目的，而不意图穷举或限制为所公开形式的实施例。许多修改和变化对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。此外，不同的有利实施例可提供相比其它的有利实施例不同的优势。选择和描述所选定的一个或多个实施例以便最好地解释实施例的原理、实际应用、以及使本领域其他普通技术人员能理解具有适于预期的特定用途的各种改进的各种实施例的公开。本书面说明书利用示例公开各种实施例，其包含使本领域的任何技术人员能够实践这些实施例（包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何所包含的方法）的最佳方式。可获得专利权的范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员能想到的其它示例。如果这些其它的示例具有和权利要求的书面语言相同的结构元素，或者如果其包含与权利要求的书面语言无实质区别的等价的结构元素，则这些其它示例都意在落入权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于卫星有效负载通信的系统，其包含：

数字信道器，其包含：

多个输入端，其用于从多个上行链路波束接收多个信号；以及

多个输出端，其用于输出所述多个信号；以及

再生通信子系统即RCS，其被配置为处理所述多个信号中的被选择信号以产生经处理的信号，所述RCS包含：

多个输入端，其可选择地耦合到所述数字信道器输出端以从所述数字信道器输出端接收信号；以及

多个输出端，其可选择地耦合到所述数字信道器输入端以将经处理的信号传输到所述数字信道器输入端。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述RCS进一步包含因特网协议即IP路由器，所述IP路由器被配置为通过所述RCS的多个输出端输出经处理的信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述RCS进一步包含汇聚交换机，所述汇聚交换机耦合在所述IP路由器和所述多个RCS输入端中的至少一个之间。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述RCS进一步包含耦合在所述汇聚交换机和至少一个所述RCS输入端之间的基带调制解调器。

5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含耦合到所述信道器的多个输出交换机，所述多个输出交换机中的每个被配置为从所述多个数字信道器输出端中不同的一个数字信道器输出端接收信号。

6.根据权利要求5所述的系统，其中每个所述输出交换机被配置为可选择地将信号提供给下行链路波束和所述多个RCS输入端之一中的一个。

7.根据权利要求6所述的系统，其进一步包含多个选择器，每个所述选择器耦合到相应的所述RCS输出端之一、所述上行链路波束之一以及所述多个数字信道器输入端之一。

8.根据权利要求7所述的系统，其中每个所述选择器被配置为将来自所述上行链路波束的信号或来自所述RCS输出端之一的经处理的信号选择性地提供给所述数字信道器输入端之一。

9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含：

第一保护开关，其耦合在所述数字信道器的多个输出端和所述RCS的多个输入端之间；以及

第二保护开关，其耦合在所述RCS的多个输出端和所述数字信道器的多个输入端之间。

10.一种在卫星通信中使用的方法，该方法包括：

从上行链路波束接收多个信号；

将所述多个信号提供给包含多个输出端的数字信道器的多个输入端；

将来自至少一个所述数字信道器输出端的输出信号提供给再生通信子系统即RCS；以及

将来自所述RCS的经处理的信号提供给至少一个所述数字信道器输入端。

11.根据权利要求10所述的方法，其中将从至少一个所述数字信道器输出端输出的信号提供给所述RCS包括选择可通信地耦合到所述RCS的至少一个所述数字信道器输出端。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将从未被选择为可通信地耦合到所述RCS的所述数字信道器输出端输出的信号提供给下行链路波束。

13.根据权利要求10所述的方法，其中将来自所述RCS的经处理的信号提供给至少一个所述数字信道器输入端包括将经处理的信号耦合到选择器，所述选择器选择性地将经处理的信号以及从所述上行链路波束接收的信号耦合到所述信道器。

14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括用所述RCS再生地处理从所述至少一个数字信道器输出端输出的信号，从而生成经处理的信号。

15.根据权利要求10所述的方法，其中经处理的信号包含因特网协议数据包。

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