CN104796188A - 微波辅助的空间信息网络骨干组网传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空间通信领域的骨干网络组网传输技术，公开了一种微波辅助的空间信息网络骨干组网传输方法，包括：(1)空间信息网络骨干节点包括位于同步轨道的大容量通信卫星和平流层的高空通信平台，每个骨干节点同时具备微波和激光传输手段；(2)新入网的骨干节点利用微波手段在公共控制信道发送入网申请，由运控中心站完成入网审批，并在专用控制信道上更新节点路由信息；(3)用户发起接入申请，由负责接入的骨干节点判断业务需求，低速业务由微波手段完成传输，高速业务首先由微波手段辅助构建激光链路，随后在激光链路上完成信号传输。本发明将微波的广播能力和激光的高速能力相结合，可为卫星骨干网络提供灵活、高速的传输能力。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信系统技术领域，尤其涉及一种基于空间信息网络的高速业务传输方法。
背景技术
空间信息网络是以空间运动平台(包括卫星、飞艇和飞机)为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。以卫星通信为主用手段的空间信息网络具有覆盖范围广、传输速率高、传输信道稳定、受地形影响小等特点，与短波、超短波等其他通信系统相比具有显著的优势。作为公共基础信息传输平台，空间信息网络可同时支持多路高数据率遥感业务和低数据率话音业务，要求空间信息网络同时具备高速激光通信手段和传统微波传输手段。然而受限于卫星平台能力以及星载器件水平，现有单颗卫星难以同时配置多路激光传输设备，无法维护空间激光传输的网状拓扑。面向卫星受限的资源能力，如何有效利用卫星资源满足多样化业务需求成为影响空间信息网络性能的关键因素。
为解决星载高速传输网络拓扑维持成本高的问题，传统解决方式为利用星载光学多波束技术，在空间上形成多个激光波束，同时对准多颗卫星，可以在一定范围内形成网状的激光通信网络。结合光交换、全光变换等一系列技术，可以实现空间信息网络的全光路由传输。然而，由于卫星之间频繁的相对运动特性以及新技术的高风险性，使得星载光学多波束技术目前难以真正在卫星上普及。
发明内容
本发明的技术解决问题：针对现有技术的不足，提供一种微波辅助的空间信息网络骨干组网传输方法，实现各类业务在空间信息网络中高效传输。
本发明方法的具体步骤如下：
A1、初始化空间信息网络中位于平流层的高空节点、位于同步轨道的卫星节点和位于地面的运控中心站；
A2、高空节点和卫星节点通过构建在星地或空地微波链路基础上的公共控制信道，向运控中心站发送包括节点身份识别号的初始入网申请；
A3、运控中心站利用鉴权算法，批准合法节点的入网申请，并为该节点分配网络地址；运控中心站根据节点位置信息，计算该节点与网内其他节点之间可见性，通过构建在微波链路基础上的专用控制信道向该节点发送初始化路由信息，并通过专用控制信道向网内其他节点路由更新信息；
A4、网内已入网的节点在专用控制信道上接收网络路由信息；
A5、网内已入网节点利用星间、星空、星地低速微波链路，分别构建星间、星空、星地低速微波业务信道，构建星间、星空网内信令信道，构建用户接入信令信道，并通过网内信令信道维持网络拓扑；
A6、用户通过用户接入信令信道发起通信请求，由负责用户接入的骨干节点根据信令判断用户业务类型；
A7、当业务为低速业务类型时，由微波业务信道完成信号传输；当业务为高速业务类型时，由负责用户接入的骨干节点通过网内信令信道，发出高速传输请求，利用各节点路由信息和高速业务链路构建路由算法，生成高速业务传输策略，各节点根据传输策略，配置激光传输链路参数，随后由负责用户接入的骨干节点在接入信令信道上向用户发送链路可用信令，用户接收到信令后在高速业务链路上进行高速业务传输。
优选地，所述的平流层高空节点、同步轨道卫星节点包含支持点对多点通信的微波传输设备和点对点通信的激光传输设备，运控中心站包括点对多点微波传输设备。
优选地，所述的公共控制信道为空间信息网络骨干网所有节点共同使用的信道，其拓扑为星状网络结构，中心站位地面运控中心站。
优选地，所述的专用控制信道是运控中心站为空间信息网络骨干网各节点分配的专用信道，其模式为点对点通信类型。
优选地，所述的鉴权算法为对称密码体制。
优选地，所述的鉴权算法为非对称密码体制。
优选地，所述的高速业务链路构建路由算法为分布式路由构建算法。
优选地，所述的高速业务链路构建路由算法为集中式路由构建算法。
本发明的优点在于：本发明充分利用微波的广播特性，辅助维持空间信息网络网状拓扑，高速业务传输前通过微波链路构建传输通道，可有效解决星间激光高速传输网络拓扑维持成本高，依托地面运控构建传输信令延迟大的问题。
附图说明
图1所示为本发明空间信息网络高速骨干传输总体示意图；
图2所示为本发明实施例的应用场景示意图；
图3所示为本发明实施例的信令架构示意图；
图4所示为本发明实施例的实施步骤示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提出了一种微波辅助的空间信息网络骨干组网传输方法，主要包括：
A1、初始化空间信息网络中位于平流层的高空节点、位于同步轨道的卫星节点和位于地面的运控中心站；
A2、高空节点和卫星节点通过构建在星地或空地微波链路基础上的公共控制信道，向运控中心站发送包括节点身份识别号的初始入网申请；
A3、运控中心站利用鉴权算法，批准合法节点的入网申请，并为该节点分配网络地址；运控中心站根据节点位置信息，计算该节点与网内其他节点之间可见性，通过构建在微波链路基础上的专用控制信道向该节点发送初始化路由信息，并通过专用控制信道向网内其他节点路由更新信息；
A4、网内已入网的节点在专用控制信道上接收网络路由信息；
A5、网内已入网节点利用星间、星空、星地低速微波链路，分别构建星间、星空、星地低速微波业务信道，构建星间、星空网内信令信道，构建用户接入信令信道，并通过网内信令信道维持网络拓扑；
A6、用户通过用户接入信令信道发起通信请求，由负责用户接入的骨干节点根据信令判断用户业务类型；
A7、当业务为低速业务类型时，由微波业务信道完成信号传输；当业务为高速业务类型时，由负责用户接入的骨干节点通过网内信令信道，发出高速传输请求，利用各节点路由信息和高速业务链路构建路由算法，生成高速业务传输策略，各节点根据传输策略，配置激光传输链路参数，随后由负责用户接入的骨干节点在接入信令信道上向用户发送链路可用信令，用户接收到信令后在高速业务链路上进行高速业务传输。
图2给出了本发明的一个实施例，包含5个卫星节点、1个高空节点、2个高速用户、2个低速用户和运控中心站的空间信息网络，其中所有卫星节点、高空节点同时具备激光传输手段和微波传输手段。卫星节点编号分别为S1-S5，高空节点编号为H1，高速用户编号为U1、U2，低速用户编号为U3、U4，运控中心站编号为C1。图3给出了图2空间信息网络实施例所对应的信令架构示意图，图2的卫星节点、高空节点等空间信息网络节点等效为图3中的网络节点，图2中用户等效为图3中的用户节点。图4给出了本发明的实施步骤示意图。
在本实施例中，高速用户、低速用户的通信需求如表1所示。
表1
| 属性 | 高速用户1与高速用户2 | 低速用户1与低速用户2 |
| 业务类型 | 环境监测数据 | 互联网 |
| 速率需求 | 600Mbps | 2Mbps |
| 实时性 | 高 | 低 |
| 优先级 | 高 | 低 |
卫星节点、高空节点、运控中心站初始化后，通过基于微波传输的公共控制信道，向运控中心站发送包含节点身份识别号的入网申请，运控中心站根据鉴权与密码协商机制，完成网络节点的入网申请。运控中心站为各网络节点分配网络地址和基于微波的专用控制信道，S1-5分别编址为20.0.0.1、20.1.0.1、20.2.0.1、20.3.0.1、20.4.0.1，H1编址为20.0.1.1；S1、S5使用专用控制信道1，S2使用专用控制信道2，S3使用专用控制信道3，S4、H1使用专用控制信道4。运控中心站根据各网络节点位置信息，计算网络节点间的可见性。各节点可见性如表2所示，表中“√”表示可见，“×”表示不可见。
表2
| 节点ID | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | H1 |
| S1 | √ | √ | √ | × | × | √ |
| S2 | √ | √ | √ | × | × | √ |
| S3 | √ | √ | √ | √ | √ | × |
| S4 | × | × | √ | √ | √ | × |
| S5 | × | × | √ | √ | √ | × |
| H1 | √ | √ | × | × | × | √ |
运控中心站根据各节点可见性，对网络节点路由进行初始化，通过专用控制信道向各网络节点发送初始路由信息。各节点路由简表如图3所示。
表3
用户U1入网后分配的地址为20.0.1.2，用户U2入网后分配的地址为20.3.0.2，用户U3入网后分配的地址为20.1.0.2，用户U4入网后分配的地址为20.4.0.2。
用户U1通过基于微波的用户接入信令信道，向H1发起目的用户为U2的高速业务请求，H1接收到该业务请求后，首先判断自身节点高速资源状态，如H1资源不可用，则由接入信令信道向用户U1发送网络繁忙信令；如H1资源可用，根据目的用户地址20.3.0.2判断U2的服务节点为S4，根据路由表，通过网内信令信道向S1发送高速资源请求，如S1资源不可用则通过网内信令信道反馈网络繁忙信令；如S1资源可用，则根据路由信息表，通过网内信令信道向S3发送高速资源请求，如S3资源不可用则通过网内信令信道反馈网络繁忙信令；如S3资源可用，则根据路由信息表，通过网内信令信道向S4发送高速资源请求，如S4资源不可用则通过网内信令信道反馈网络繁忙信令；如S4资源可用，则通过网内信令信道反馈高速链路可用信令，S3、S1、H1接收到该信令后预留高速传输链路，H1通过用户接入信令信道向U1发送高速业务接入许可信令，U1在所分配的高速激光链路上发送600Mbps的环境监测数据，根据链路配置，H1、S1、S3、S4依次转发，完成U1向U2的高速数据传输。
用户U3通过基于微波的用户接入信令信道，向S2发起目的用户为U4的低速业务请求，S2接收到该业务请求后，首先判断自身节点低速资源状态，如S2资源不可用，则由接入信令信道向用户S2发送网络繁忙信令；如S2资源可用，则通过用户接入信令信道向U3发送低速业务接入许可信令，U3在所分配的微波业务链路上发送2Mbps的互联网数据，根据路由表，S2、S3、S5依次转发，完成U3向U4的数据传输。
利用无线传输链路的广播特性，空间信息网络骨干网的网络节点仅需维持基本的无线信令信道。在有高速业务需求时，利用基于无线的网间信令信道发起高速业务建链请求，各网络节点按需构建高速传输通道，从而完成高速传输。本方法可有效降低空间网络节点维持多个高速激光传输通道的成本和风险，实现空间组网传输的高效和便捷。
以上结合附图详细说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书是用于解释权利要求的，本发明的保护范围以权利要求为准，在本发明的基础上，任何所做的修改、等同替换和改进等都应当在所要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种微波辅助的空间信息网络骨干组网传输方法，其特征在于包括步骤：
A1、初始化空间信息网络中位于平流层的高空节点、位于同步轨道的卫星节点和位于地面的运控中心站；
A2、高空节点和卫星节点通过构建在星地或空地微波链路基础上的公共控制信道，向运控中心站发送包括节点身份识别号的初始入网申请；
A3、运控中心站利用鉴权算法，批准合法节点的入网申请，并为该节点分配网络地址；运控中心站根据节点位置信息，计算该节点与网内其他节点之间可见性，通过构建在微波链路基础上的专用控制信道向该节点发送初始化路由信息，并通过专用控制信道向网内其他节点路由更新信息；
A4、网内已入网的节点在专用控制信道上接收网络路由信息；
A5、网内已入网节点利用星间、星空、星地低速微波链路，分别构建星间、星空、星地低速微波业务信道，构建星间、星空网内信令信道，构建用户接入信令信道，并通过网内信令信道维持网络拓扑；
A6、用户通过用户接入信令信道发起通信请求，由负责用户接入的骨干节点根据信令判断用户业务类型；
A7、当业务为低速业务类型时，由微波业务信道完成信号传输；当业务为高速业务类型时，由负责用户接入的骨干节点通过网内信令信道，发出高速传输请求，利用各节点路由信息和高速业务链路构建路由算法，生成高速业务传输策略，各节点根据传输策略，配置激光传输链路参数，随后由负责用户接入的骨干节点在接入信令信道上向用户发送链路可用信令，用户接收到信令后在高速业务链路上进行高速业务传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的平流层高空节点、同步轨道卫星节点包含支持点对多点通信的微波传输设备和点对点通信的激光传输设备，运控中心站包括点对多点微波传输设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的公共控制信道为空间信息网络骨干网所有节点共同使用的信道，其拓扑为星状网络结构，中心站位地面运控中心站。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的专用控制信道是运控中心站为空间信息网络骨干网各节点分配的专用信道，其模式为点对点通信类型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鉴权算法为对称密码体制或非对称密码体制。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高速业务链路构建路由算法为分布式路由构建算法或集中式路由构建算法。
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