CN109818667B - 一种基于星上信道交换的远端设备入网控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于星上信道交换的远端设备入网控制方法，本发明提出的入网信息控制流程综合利用星上异构卫星信道交换的技术体制，将U和M信道所属不同波束实现铰链，综合利用U信道所在网络覆盖范围广、M信道所在网络容量大及抗干扰的优点，实现在更广域范围下组网中心对卫星通信网络成员入网控制，不同卫星信道之间能够交互管理控制消息将有利于形成天基“一张网”的管理态势；星上对异构信道进行交换处理，实现组网中心控制命令到远程主站“一跳”可达，减少了信息处理流程，缩短了信息端到端时延，最后在信息层面实现对异构卫星网络的互联互通，提升了卫星通信网络的互操作能力，增强网络的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信组网控制技术领域，特别涉及卫星信道组网中的远端设备入网控制方法。
背景技术
卫星通信组网控制是利用卫星管理信道，采用约定的技术协议交互管理信令，实现整个卫星通信网络的建立、维护、撤销以及对网络成员的管理等功能，一般分为集中式和分布式两种控制方式。集中式组网控制需由预先指定的某一成员担任主站，由主站控制完成入/退网、网络资源分配与撤销等操作；分布式控制中每个成员均具备控制管理网络的能力，能够基于网络的动态变化调整成员担任的网络职责。
星上信道交换是基于星上分组的信息处理机制，星上增加信息处理单元，其依据网络规划维护成员的路由信息，对于寻址类消息，星上信息处理单元根据消息目的平台编识号通过查找路由表获取卫星下行链路的链路类型和网络号，实现异构卫星信道在星上直接交换处理，异构卫星信道下消息寻址由“两跳”变为“一跳”。
在传统卫星通信组网控制方法中，不同的卫星通信系统建立了独立的组网控制体系，一般采用地面网关的方式实现异构卫星通信网络的互操作控制，这种方法需依托地面信息网络建设，受制于网络覆盖和地理环境。现在综合利用星上信道交换处理机制，无需地面信息网络支撑，实现广域范围下异构卫星网络组网控制。涉及两种卫星通信网络，一种具有抗干扰、网络容量大的优点，但其网络覆盖范围较小、区域固定，无法在大区域范围下完成组网控制，不能无缝地融入已有的卫星通信网络分层管控体系；另一种网络具有波束覆盖范围广、控制流程简单的优点，但其网络容量小，仅支持点对点通信。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于星上信道交换的远端设备入网控制方法，充分利用星上已具备的异构信道交换处理能力，提升广域范围下成员入网控制能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)对于由空间段和地面段节点组成的系统，空间段节点指卫星节点，包括通信载荷和星上信息处理单元，通信载荷实现消息的编/解码、调制/解调，星上信息处理单元实现消息解析和数据处理功能；地面段节点包括组网中心、地面支撑系统、卫通车载站、远程主站及用户站，组网中心主要对整个卫星通信网络的监视与管理；地面支撑系统是组网中心和卫通车载站的纽带，为消息分发和可靠传输提供保障；卫通车载站分发处理来自组网中心和远程主站的消息，车载站所用卫星信道类型用U标示；远程主站、用户站及卫星组成卫星通信网络A，信道类型用M标示；
(2)在卫星通信网络A中，未入网用户站需要加入网络A中，由用户站发起入网申请命令，组建入网消息并通过管理信道向远程主站发送；入网消息内容包括用户站编识号和信道速率；
(3)在卫星通信网络A中，根据网络规划指定某一成员担任远程主站，远程主站对入网消息进行解析、消息协议适配与转换处理，然后通过业务信道将入网消息发送给卫星；
(4)卫星上预先存储路由表，路由表包括平台编识号、链路类型与子网号；卫星接收到信道M发送的成员入网消息，首先解析入网消息获取目的平台编识号，然后查找路由表依据消息目的平台编识号找到下行卫星链路类型和子网号，重新组建入网消息并通过卫星信道U下行分发；
(5)入网消息通过地面卫星信道接收并经地面支撑系统转发给组网中心，组网中心以全网最大支持的信道容量为边界限制条件，并结合作战任务规划需求，决定是否同意该成员入网，接着下发入网控制命令；
(6)入网控制命令经地面支撑系统、卫星车载站发送给卫星，入网控制命令通过下行信道M进行分发，消息目的地址为通信网络A的远程主站；
(7)远程主站解析入网控制命令，若组网中心同意用户站入网，由远程主站依据组网中心命令参数进行时隙资源分配，然后向用户站发送入网命令，用户站执行入网消息处理流程并向远程主站发送ACK指令；如果组网中心不同意用户站入网，远程主站将该命令信息通过管理信道发送给用户站；
(8)远程主站收到用户站入网ACK后，将入网状态信息通过卫星链路、地面支撑系统最终发送给组网中心，组网中心对用户站入网状态进行监视。
本发明的有益效果是：首先，本发明提出的入网信息控制流程综合利用星上异构卫星信道交换(如步骤(4)和(6))的技术体制，将U和M信道所属不同波束实现铰链，综合利用U信道所在网络覆盖范围广、M信道所在网络容量大及抗干扰的优点，实现在更广域范围下组网中心对卫星通信网络成员入网控制，不同卫星信道之间能够交互管理控制消息将有利于形成天基“一张网”的管理态势；其次，星上对异构信道进行交换处理，实现组网中心控制命令到远程主站“一跳”可达，减少了信息处理流程，缩短了信息端到端时延。最后，在信息层面实现对异构卫星网络的互联互通，提升了卫星通信网络的互操作能力，增强网络的鲁棒性。此外，本发明已在实际工程上得到应用，效果表明：该方法能够保证远端信道设备高效可靠地完成入网功能。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明远端设备入网信息流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
如图1所示，本发明的技术方案包括以下步骤：
(1)系统结构描述
该系统由空间段和地面段节点组成。空间段节点指卫星节点，它主要包括通信载荷和星上信息处理单元，通信载荷主要实现消息的编/解码、调制/解调，星上信息处理单元主要实现消息解析和数据处理功能。地面段节点包括组网中心、地面支撑系统、卫通车载站、远程主站及用户站。组网中心主要对整个卫星通信网络的监视与管理；地面支撑系统是组网中心和卫通车载站的纽带，为消息分发和可靠传输提供保障；卫通车载站主要分发处理来自组网中心和远程主站的消息，车载站所用卫星信道类型用U标示；远程主站、用户站及卫星组成卫星通信网络A，信道类型用M标示，用户站包括飞机、舰船等平台。远程主站控制管理网络的建立和运行。卫星信道U和M属于不同的通信体制，U信道比M信道所属波束覆盖区域更大。
(2)用户发起入网申请
在卫星通信网络A中用户站未入网时，没有获取到时隙资源，因此无法利用业务信道进行通信，仅能借助于管理通道实现控制信息交互。设定用户站根据任务需求要加入网络A中，其首先由用户站发起入网申请命令，其次由用户站组建入网消息并通过管理信道向远程主站发送。入网消息内容包括用户站编识号和信道速率。
(3)远程主站处理入网消息
在卫星通信网络A中，网络运行一开始根据网络规划指定某一成员担任远程主站，远程主站具备业务通信和管理控制的能力。远程主站对入网消息进行解析、消息协议适配与转换处理，然后通过业务信道将入网消息发送给卫星。
(4)星上信道交换1
卫星上会预先存储路由表，路由表包括平台编识号、链路类型与子网号，组网中心具备对星上路由表修改、删除的功能。卫星接收到信道M发送的成员入网消息，首先解析入网消息获取目的平台编识号，然后查找路由表依据消息目的平台编识号找到下行卫星链路类型和子网号，重新组建入网消息并通过卫星信道U下行分发，即星上实现信道U和M的交换处理功能。
(5)组网中心决策处理
入网消息通过地面卫星信道接收并经地面支撑系统转发给组网中心，组网中心以全网最大支持的信道容量为边界限制条件，并结合作战任务规划需求，决定是否同意该成员入网，接着下发入网控制命令。
(6)星上信道交换2
入网控制命令经地面支撑系统、卫星车载站(U信道)发送给卫星，星上进行信道交换，即入网控制命令通过下行信道M进行分发，消息目的地址为通信网络A的远程主站。
(7)入网控制命令处理
远程主站解析入网控制命令，若组网中心同意用户站入网，由远程主站依据组网中心命令参数进行时隙资源分配，然后向用户站发送入网命令，用户站执行入网消息处理流程并向远程主站发送ACK指令；如果组网中心不同意用户站入网，远程主站将该命令信息通过管理信道发送给用户站。
(8)组网中心对入网状态监视
远程主站收到用户站入网ACK后，将入网状态信息通过卫星链路、地面支撑系统最终发送给组网中心，组网中心对用户站入网状态进行监视。
下面结合图2对本发明的具体实施方法进行详细介绍。
(1)M信道远程主站、用户站1、用户站2及卫星节点组成卫星通信网络A；组网中心、地面支撑系统、卫星车载站通过地面有线网进行通信；卫星车载站通过U信道与卫星进行通信；卫星具备U和M信道交换处理功能。M信道用户站有入网需求，组网中心对整个通信网络运行状态监视和管理。
(2)在卫星通信网络A中M信道用户站1产生入网请求，用户站1组建入网消息，其结构如下表所示。入网消息通过管理信道①发送给M远程主站。
(3)M远程主站收到入网消息，一是解析消息报文并判断消息目的地址与自身编识号是否一致，如果不相同则丢弃处理；二是依据网络规划获取组网中心编识号，组建与业务信道适配的入网消息并通过M上行链路②进行发送，入网消息内容如下表所示。
| 数据项序 | 字段名称 | 字节数 | 说明 |
| 1 | 报文帧头 | 4 | 0xA1A1A1A1 |
| 2 | 源平台编识号 | 2 | 远程主站编识号1001 |
| 3 | 目的平台编识号 | 2 | 组网中心编识号1002 |
| 4 | 消息内容长度 | 2 | |
| 5 | 消息类型 | 1 | 0xC2 |
| 6 | 入网用户编识号 | 2 | 1000 |
| 8 | 数据校验 | 2 | |
| 9 | 报文帧尾 | 1 | 0xAD |
(4)卫星依据网络规划建立并维护星上路由表，具体内容见下表。处理单元还需对入网申请消息解析，提取消息目的平台编识号(1002)。以消息目的平台编识号为键值查找星上路由表，获取下行链路的信道类型为U、子网号为2，即实现信道从M到U的交换③。随后将入网申请消息通过U信道④下行分发。
(5)入网消息经卫星车载站、地面支撑系统转发给组网中心，组网中心依据全网系统容量不超过640Kbps约束条件，计算剩余可用信道资源情况。若有可用资源且同意该用户站入网，按照下表所示的原则给M用户站分配资源；然后
创建入网控制消息，将其经地面支撑系统、卫星链路⑤发送给指定卫星节点，入网控制消息报文如下表所示。
(6)卫星收到入网控制消息，利用星上路由信息，实现信道从U到M的交换⑥。随后将入网控制消息通过业务信道⑦下行分发。
(7)M远程主站收到入网控制消息，解析消息内容。然后根据组网中心处理结果，创建入网决策报文且通过M管理信道⑧发送给用户站，入网决策报文见下表。
M用户站收到同意入网控制命令后向远程主站发送入网控制ACK，报文类型为C1；用户站对不同意入网控制消息做丢弃处理并将状态发送给应用系统。
(8)M远程主站收到入网控制ACK消息，经信息流程②～④、卫星车载站、地面支撑系统发送给组网中心，组网中心对用户站入网状态进行监视。
以上步骤给出了基于信道交换的远端设备入网控制方法实现流程，该方法综合利用星上异构信道铰链的技术体制，基于已有的信息基础设施提出远端信道设备入网方法，实现了广域范围下组网中心对用户节点信道设备入网控制功能。
Claims (1)
1.一种基于星上信道交换的远端设备入网控制方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)对于由空间段和地面段节点组成的系统，空间段节点指卫星节点，包括通信载荷和星上信息处理单元，通信载荷实现消息的编/解码、调制/解调，星上信息处理单元实现消息解析和数据处理功能；地面段节点包括组网中心、地面支撑系统、卫通车载站、远程主站及用户站，组网中心主要对整个卫星通信网络的监视与管理；地面支撑系统是组网中心和卫通车载站的纽带，为消息分发和可靠传输提供保障；卫通车载站分发处理来自组网中心和远程主站的消息，车载站所用卫星信道类型用U标示；远程主站、用户站及卫星组成卫星通信网络A，信道类型用M标示；
(2)在卫星通信网络A中，未入网用户站需要加入网络A中，由用户站发起入网申请命令，组建入网消息并通过管理信道向远程主站发送；入网消息内容包括用户站编识号和信道速率；
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