CN107041011A - 一种预案可变的轮询控制卫星通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明所公开种预案可变的轮询控制卫星通信方法及系统，包括主站、管理基站及多个从站组成的群落，在频分多址的组织分配下建立点对多点通信模式，主站根据预先制定好的轮询控制预案控制从站的数据收发状态，并与从站进行数据收发，各从站根据主站的控制进行数据收发，并在轮询控制预案赋予的业务时隙内传输数据，实现共享卫星资源的时分复用。进一步的，轮询控制预案是由主站事先编辑，并可修改和重新下发。轮询控制预案还可将从站业务分为普通业务和重要业务，还可包括对业务数据的优先级设置和延迟启动。通过本发明，可实现的共享卫星资源的时分设计，实现数据的准实时传输和最快的回传，保障数据回传的公平性及准确性。

Description

一种预案可变的轮询控制卫星通信方法和系统

技术领域

本发明属于卫星通信业务数据传输的控制领域，具体涉及一种预案可变的轮询控制卫星通信方法和系统。

背景技术

卫星地面终端经过数十年的发展，行业规范化日益完善，元器件模块化程度越来越高，社会分工愈发细致，产品成本大大降低，为卫星地面通信终端的大规模使用提供了扎实的基础；随着大规模集成电路的广泛使用，终端设计逐步实现了小型化、一体化、便携化，促成了卫星通信使用趋于扁平化、规模化、数量化，用户量剧烈增长。

卫星通信技术发展至今，传输的业务类型已经从单一的话音业务发展成为集音视频、话音、传真、网络等多种业务类型的综合业务。尤其是卫星通信网与地面IP有线网络的相互融合、接入，传统有线网络上传输的IP电视会议、IP电话、IP数据等多种IP业务需要卫星通信链路进行传输，卫星需要传输的业务数据量急速增加。

传统卫星通信的方式是采用点对点模式，通信双方独自占用分配的一对频点，实现通信的全双工工作，满足两个用户的通信需求。在用户通信过程中，这个资源是被该用户独占，不能再被其他用户利用。

近年来我国大力发展卫星通信行业，卫星转发器不断增加，卫星通信服务的基础支撑能力大大提高，但是受制于卫星载荷寿命限制、卫星轨道空间限制、卫星星际干扰、地面无线环境干扰等因素，卫星转发器资源不可能无限扩展。在大力发展卫星建设的基础上，我们在使用方式上进行大胆创新，提高卫星资源使用效率，坚持粗放型转向集约型发展的科学发展道路。

卫星通信技术的发展很大程度上受限于卫星资源的稀缺，如何利用有限的资源、付出较小的成本，尽可能的将资源利用率最大化，服务最广泛的用户群，一直是卫星通信设计时需要考虑的关键因素，也是本专利发明的目的。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明在频分多址的组织分配下，提供一种预案可变的轮询控制卫星通信方法和系统。建立单点对多点的卫星链路，单点群发到多点，多点接收主站广播，主站按照预案实施轮询控制，同时进行数据传输的通信模型。

具体技术方案如下：

本发明所公开的一种预案可变的轮询控制卫星通信方法，包括一主站、一管理基站、以及由多个从站组成的群落，在频分多址的组织分配下建立点对多点通信模式，主站根据预先制定好的轮询控制预案控制群落中的从站的数据收发状态，并与群落中的从站进行数据收发，各从站根据主站的控制进行数据收发，并在轮询控制预案赋予的业务时隙内传输数据，实现共享卫星资源的时分复用。

进一步的，轮询控制预案下发的时间点包括群落建立、轮询控制预案更改、新的群落成员入网。

进一步的，轮询控制预案是由主站事先编辑，并可进行相应修改，在制定或修改后通过主站的管理信道发送给管理基站进行存储，再由管理基站下发给各从站。

进一步的，在进入点对多点通信模式后，主站解析接收到的通信轮询控制预案后将方案下发给从站数据适配设备；从站数据适配设备接收并解析轮询控制预案后开始在从站终端的业务信道上组织轮询控制及数据收发；各从站解析接收到的通信轮询控制预案后得出主站赋予的该从站终端数据发送的业务时隙；主站轮询第一从站，第一从站收到轮询信令后通知第一从站的数据适配设备，如果该数据适配设备中有数据缓存，则进行数据发送，并发送轮询应答命令；若在业务时隙内发送完毕，发送数据轮询应答表明数据发送完毕，并放弃轮询获取的发送数据权限；若在业务时隙内未完成数据发送，强制结束并发送强制结束信令，放弃轮询获取的发送数据权限；如果暂时没有数据，则发送轮询应答无数据发送需求，放弃获取的发送数据权限；然后进行下一个从站的询问过程，以此循环，直到轮询控制预案改变。

进一步的，轮询控制预案还包括超时时隙，如果从站数据适配设备在规定的超时时隙内未收到从站的轮询应答，则放弃对该从站的轮询，进行下一个从站的询问过程。

进一步的，根据业务的重要性将从站业务分为普通业务和重要业务，其中，赋予重要业务的业务时隙大于普通业务的业务时隙。

进一步的，轮询控制预案还包括对业务数据的优先级设置，在从站获取数据发送权限时，首先发送优先级较高的数据。

进一步的，还包括轮询预案延迟启动，且延迟启动设置在轮询开始前，不占用业务循环时隙，并定义延迟启动时隙。

进一步的，轮询控制预案中，主站的非应答类消息随机发送，应答类消息轮询控制实时发送。

本发明还公开一种轮询控制的预案可变的卫星通信系统，采用具有上述任意一项特征的预案可变的轮询控制卫星通信方法。

本发明所公开的预案可变的轮询控制卫星通信方法是一种广播站业务层信令控制的、数据收发的双向混合数据传输，其具有以下有益效果:

(1)预案可变的轮询控制卫星通信方法在群落建立时组织设计轮询控制预案，并可在新群落成员入网或有其它变更需求时对轮询控制预案进行变更和重新下发，具有一定灵活性；且通过轮询控制预案的通信协议设计实现的共享卫星资源的时分设计。

(2)在有限的卫星资源下，通过广播传输的方式，从站间的轮询在业务信道上独立完成，无需回传信道的申请和释放过程，能够实现当前及未来卫星通信中数据的准实时传输，实现广播数据的大批量下发，从站数据可以在控制权限、全网数据均衡的前提下，实现最快的回传；同时还能兼容优先级设计和超时设计，来保障数据回传的公平性。

(3)在点对多点通信模式启动时作一定的合理时间内的轮询方案延迟启动设计，使群落时隙统一，从而保证传输和计算的准确性。

(4)本方法是一种预先规划、预先申请的卫星资源使用方式，在数据传输之前，已经对卫星网络进行了组织和规划，并通过组织规划的调整进行卫星网络管理，这种组织和规划是一种长期存在的小规模网络，保障的是一个小型机动网络的用户群落。不同于传统的卫星资源集中控制的频分使用方式，本方法中的数据传输是在网络组织和规划完成以后实现的，资源预先分配后，通过协议信令控制实现的卫星预分资源的时分使用方式。

(5)通过轮询控制的预案可变的卫星通信方式，可以在自动信令控制的干预方式下，实现用户数据的准实时传输，使系统的可利用度平均提高45％。其中，自动信令控制是指轮询方案和时隙约束，通过专家系统或人为分析对可变的轮询预案进行调整，从而可以实现更为合理的轮询预案和时隙约束条件等。

(6)本方法可以运用到有远距离、主从通信、实时性较强、卫星资源共享等需求的使用场景中，如无线定位、遇险救生、指挥控制、雷达和气象传感器数据回传、重点设备状态监控、终端数据存储回传等通信场景，解决利用有限的卫星资源进行多用户数据调度通信的需求。且随着下一代卫星通信网与IP网络的融合、接入，轮询控制的预案可变模型将在卫星通信领域得到更加广泛的应用，具有很强的实用性及经济性。

附图说明

图1轮询控制卫星通信系统基本组成图

图2轮询控制分发的流程设计图

图3轮询控制的执行流程图

图4轮询控制模型应用示意图

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明所公开的预案可变的轮询控制卫星通信方法和系统，下面通过具体实施例和附图时一步说明。

本发明在频分多址的组织分配下，根据使用需求将用户划分为有组织的群落，建立点对多点通信模式。群落内部建立“主站广播发送、多从站接收；多从站有序发送、主站接收”的通信关系。从站的多点接受广播主站轮询、控制，并进行数据传输的实现方式：广播主站(即主站)通过预案生成软件进行群落内轮询控制预案的编辑(包括初步制定及后期修改更新)，然后通过主站的管理信道发送给卫星管理中心(即管理基站)存储，由卫星管理中心在群落建立、终端入网、预案更改时下发给群落成员(即各从站)；然后，广播主站根据轮询控制预案，对从站业务数据的收发控制，并和从站进行业务信道上的数据收发，从站数据则由主站控制其收发状态，并在主站赋予的时隙内进行数据传输。广播主站的非应答类消息可随机发送，应答类消息轮询控制实时发送。

特别说明，本文中所述的轮询控制预案、轮询控制方案、轮询预案和轮询方案均为同一个意思。

具体，包括以下几个方面：

(1)轮询时隙设计，包括以下几种：

①设计最小时间片，以秒为单位，实施例中，最小时间片为1秒；

②设计业务时隙，实施例中，普通业务通信时长为5个时间片，重要业务通信时长8个时间片，业务时隙也即从站与主站的通信时长；

③设计超时时隙，实施例中，轮询无应答超时的时长为2个时间片，超时时隙也即从站无应答的等待时长。

(2)轮询方案制定及分发流程设计，主要包括以下几点：

①广播主站操作人员在点对多点通信模式创建前，进行轮询控制方案设计，并通过控制信道上报管理基站；

②点对多点通信模式创建成功后，通过管理基站的控制信道下发给所有的点对多点站型成员，发送条件(即发送的时间点)包括集群(即从站群落)创建成功事件、终端信道(即新的从站)入网事件、轮询控制方案更改事件三种时间点；

③在点对多点通信模式未取消状态下，主站可对过轮询控制方案的重新设计，并上传至管理基站存储，并由管理基站再将该通信轮询模式下发到从站，从站可以重新执行更新后的轮询控制方案。从而实现轮询预案灵活可变的功能。

(3)轮询控制流程设计，包括如下部分：

①广播主站在进入点对多点通信模式后，根据接收到的通信轮询控制方案，经过解析，将方案上传给数据适配设备；

②数据适配设备经过解析轮询控制方案，开始在从站的业务信道上组织轮询控制及数据收发；

③从站在进入点对多点通信模式后，根据接收到的通信轮询控制方案，经过解析，得出从站终端数据发送的业务时长(业务时隙)；

④当广播主站轮询从站A时，从站A收到轮询信令后，将通知数据适配设备，如果数据适配设备中有数据缓存，则进行数据发送，并发送轮询应答命令。在轮询预案设计时，根据站点的重要性和保障性可预先将业务数据分配重要业务数据和普通业务数据，并配置好相应的通信时隙。其中，

普通业务数据设计的业务时隙为5个时间片。如果有数据需要发送，则发送数据，一直有数据发送，则5秒钟后结束数据发送，并发送强制结束信令，放弃轮询获取的发送数据权限；如果在5秒之内完成数据发送，则发送数据轮询应答表明数据发送完毕，放弃轮询获取的发送数据权限。如果暂时没有数据，则发送轮询应答无数据发送需求，放弃获取的发送数据权限。若主站的数据适配设备如果在2秒内未收到某从站的轮询应答，则放弃对该从站的轮询，进行下一个从站的询问过程。

重要业务数据设计的业务时隙为8个时间片。业务通信的时长设计为8秒，轮询过程同普通业务数据。

值得注意的是，实施例中，数据通信过程中无论是重要数据还是普通数据发送不完，都要强制结束，数据的完整性可通过协议设计和缓存保障继续传输来保证。

⑤还可以对业务数据设置优先级。优先级是在重要业务数据和普通业务数据内部实现的，跟通信的时隙约束无关，站点在获得发送时隙时通过分析缓冲区中混合数据的优先级，进行优先发送实现。例如，管理型数据优先级最高，在从站获取数据发送权限时，首先发送优先级较高的数据。

下面结合说明书附图及具体实施案例对本发明进一步说明，所描述实例不应视为对本发明的限制。

如图1所示，轮询控制的预案可变的卫星通信系统主要包括：管理型基站一套(即管理基站)、广播收发站一套(即主站)、从属收发站若干套(即若干从站群落成员)。其中，站型内包括卫星天线、卫星收发信机、卫星信道等设备，从站包括从站终端、射频设备、天线设备以及数据适配设备等。这些并非本发明的内容，均可采用现有技术实现，故，不在此进行描述。均以终端和基站来代表站型的整体硬件环境。

结合图1的模型连接设备，建立卫星通信链路和规划配置如下：

1)卫星地面站从站1配置：车载台从站，分配从站地址10001；用户PC终端1、用户PC终端2，网络连接，IP数据通信；视频接收终端1，同步口连接，同步数据通信；异步通信终端1，串口连接，流数据通信；多址适配设备1，网络连接，IP数据通信；信道设备1，网络连接，IP数据通信。

2)卫星地面站从站2配置：车载台从站，分配从站地址10002；用户PC终端3、用户PC终端4，网络连接，IP数据通信；视频接收终端2，同步口连接，同步数据通信；异步通信终端2，串口连接，流数据通信；多址适配设备2，网络连接，IP数据通信；信道设备2，网络连接，IP数据通信。

3)卫星地面站从站3配置:车载台从站，分配从站地址10003；用户PC终端5、用户PC终端6，网络连接，IP数据通信；视频接收终端3，同步口连接，同步数据通信；异步通信终端3，串口连接，流数据通信；多址适配设备3，网络连接，IP数据通信；信道设备3，网络连接，IP数据通信。

4)卫星地面站从站4配置：车载台从站，分配从站地址10004；用户PC终端7、用户PC终端8，网络连接，IP数据通信；视频接收终端4，同步口连接，同步数据通信；异步通信终端4，串口连接，流数据通信；多址适配设备4，网络连接，IP数据通信；信道设备4，网络连接，IP数据通信。

5)卫星地面站主站配置：机载台主站，分配主站地址10010；用户PC终端9、用户PC终端10，网络连接，IP数据通信；视频接收终端5，同步口连接，同步数据通信；异步通信终端5，串口连接，流数据通信；多址适配设备5，网络连接，IP数据通信；信道设备5，网络连接，IP数据通信。

6)卫星地面站管理基站配置：管理型基站，多路控制信道，共享收发；管理卫星资源、信道资源的管控系统软件。

结合图2，介绍点对多点轮询控制分发的流程过程。

①广播主站操作人员在点对多点通信模式创建前，进行轮询控制方案设计，并通过控制信道上报管理基站；

②点对多点创建成功后，通过管理基站的控制信道下发给所有的点对多点站型成员。其中，管理基站发送轮询预案的条件(即发送的时间点)为集群创建成功事件、终端信道入网事件、轮询控制方案更改事件三种时间点；

③从站接收方案并解析方案内容，并上传至数据适配设备，数据适配器根据控制协议进行数据收发。

④在点对多点通信模式未取消状态下，可以通过轮询控制方案的重新设计、上传管理基站、基站下发该通信轮询模式到从站，从站可以重新执行轮询控制方案。

结合图3，在点对多点模型已经创建的前提下，各从站根据接收到管理基站发送的通信轮询控制方案，对主站分配给从站的时隙计算，而后在每次从站间的轮询时相应的数据发送均在对应的时隙内进行。

其中，从站A、B、C、D的时隙计算如下：

①从站A业务类型为同步数据，业务重要性为普通业务，“通信时长(业务时隙)为5个时间片数据需要6个时隙才能发完，发完5个时隙后自动停止数据发送，并发送轮询应答强制结束数据发送指令；

②从站B业务类型为异步数据，业务重要性为普通业务，通信时长为5个时隙，数据需要2个时隙才能发完，发完2个时隙后自动停止数据发送，并发送轮询应答数据发送结束指令；

③从站C业务类型为IP数据，业务重要性为普通业务，通信时长为5个时隙，无数据需要发送，发送轮询应答无数据需要发送指令；

④从站D业务类型为IP数据，业务重要性为重要业务，通信时长为8个时隙，优先级高的数据需要2个时隙发完，普通数据需要4个时隙发完，发完6个时隙后自动停止数据发送，并发送轮询应答数据发送结束指令；

在轮询方案下发的过程中，为保证信息传输和计算的准确性，可在点对多点通信模式启动时进行轮询方案延迟启动设计。这里的延迟启动时隙设计为2个时间片，这个时隙在轮询开始时起作用，不占用业务循环时隙。一方面，由于从站建设在全国各地，乃至全球各地，由于卫星链路的物理距离存在微弱差异，存在时间差；另一方面，从站终端在数据处理时，存在元器件差异，计算的处理能力也存在物理差异。此外，轮询预案在更改后，从站终端接收方案后需要与数据适配器等沟通，存在处理时延迟。作一定的合理时延迟，通过信令时间戳的计算，可以保证群落时隙的统一性，从而保证传输和计算的准确性。

结合图4所示的轮询控制模型应用示意图，可以看出进行从站按轮询控制进行通信的具体流程：

①从站A作为序列中的第一个被轮询成员，在分配给他的时隙片内进行通信，用完时隙；

②从站B作为序列中的第二个被轮询成员，在分配给他的时隙片内进行通信，未用完时隙；

③从站C作为序列中的第三个被轮询成员，在分配给他的时隙片内进行通信，未使用时隙；

④从站D作为序列中的第四个被轮询成员，在分配给他的时隙片内进行通信，未使用时隙。

在广播主站经过第一轮通信后，循环轮询控制通信，直到点到多点模型撤销或者轮询控制方案更改，共中轮询控制方案更改后，广播主站通过控制信道上报管理基站存储；通过管理基站的控制信道下发给所有的点对多点站型成员，进而在更改后的轮询方案上循环轮询。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非本发明任何形式上和实质上的限值，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种预案可变的轮询控制卫星通信方法，包括一主站、一管理基站、以及由多个从站组成的群落，在频分多址的组织分配下建立点对多点通信模式，其特征在于：主站根据预先制定好的轮询控制预案控制群落中的从站的数据收发状态，并与群落中的从站进行数据收发，各从站根据主站的控制进行数据收发，并在轮询控制预案赋予的业务时隙内传输数据，实现共享卫星资源的时分复用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮询控制预案下发的时间点包括群落建立、轮询控制预案更改、新的群落成员入网。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮询控制预案是由主站事先编辑，并可进行相应修改，在制定或修改后通过主站的管理信道发送给管理基站进行存储，再由管理基站下发给各从站。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在进入点对多点通信模式后，主站解析接收到的通信轮询控制预案后将方案下发给从站数据适配设备；从站数据适配设备接收并解析轮询控制预案后开始在从站终端的业务信道上组织轮询控制及数据收发；各从站解析接收到的通信轮询控制预案后得出主站赋予的该从站终端数据发送的业务时隙；

主站轮询第一从站，第一从站收到轮询信令后通知第一从站的数据适配设备，如果该数据适配设备中有数据缓存，则进行数据发送，并发送轮询应答命令；若在业务时隙内发送完毕，发送数据轮询应答表明数据发送完毕，并放弃轮询获取的发送数据权限；若在业务时隙内未完成数据发送，强制结束并发送强制结束信令，放弃轮询获取的发送数据权限；如果暂时没有数据，则发送轮询应答无数据发送需求，放弃获取的发送数据权限；然后进行下一个从站的询问过程，以此循环，直到轮询控制预案改变。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述轮询控制预案还包括超时时隙，如果从站数据适配设备在规定的超时时隙内未收到从站的轮询应答，则放弃对该从站的轮询，进行下一个从站的询问过程。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮询控制预案根据业务的重要性将从站业务分为普通业务和重要业务，其中，赋予重要业务的业务时隙大于普通业务的业务时隙。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮询控制预案还包括对业务数据的优先级设置，在从站获取数据发送权限时，首先发送优先级较高的数据。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括轮询预案延迟启动，且延迟启动设置在轮询开始前，不占用业务循环时隙，并定义延迟启动时隙。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮询控制预案中主站的非应答类消息随机发送，应答类消息轮询控制实时发送。

10.一种预案可变的轮询控制卫星通信系统，其特征在于，采用如权利要求1至9任意一项所述的轮询控制卫星通信方法。