CN112615662A - 一种低轨卫星的mac层的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低轨卫星的MAC层的数据传输方法，包括步骤：低轨卫星接收终端发送的随机接入请求，该随机接入请求包含所述终端的标识信息；对所述随机接入请求进行解析，根据解析出的终端的标识信息构建下行广播帧发送至所述终端；向所述终端发送随机接入响应，建立与所述终端的通信链路；接收所述终端上传的数据包，并向所述终端发送下行应答帧；根据所述终端上传的数据包构建数据帧，将所述数据帧转发至地面站。本发明通过利用广播信息建立终端与卫星的通信链路，然后对终端的上传速率进行适配，然后根据其上传的数据构建数据帧并转发至地面站，以实现终端、卫星和地面站之间数据的有效传输。

Description

一种低轨卫星的MAC层的数据传输方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种低轨卫星的MAC层的数据传输方法。

背景技术

分布式低轨(Low Earth Orbit，LEO)卫星网络广泛应用于遥感遥测、气象预报与环境监测等领域，凭借其覆盖域广、灵活部署、传播时延低等优势，成为全球数据实时采集与传输的最佳选择。

卫星通信中的数据传输是基于数据帧进行的，数据传输过程主要是在MAC层形成数据帧的过程。数据帧就是数据链路层的协议数据单元，它包括三部分：帧头，数据部分，帧尾。其中，帧头和帧尾包含一些必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差错控制信息等；数据部分则包含网络层传下来的数据。

现有的低轨卫星数据传输方法不能解决数据传输的可靠及时效性问题，需要改进。因此，通过将低轨卫星与终端进行连接，并根据接收的终端上传的数据，在卫星的MAC层构建数据帧结构，并进行速率的匹配，对终端、卫星和地面站之间通信的数据传输起到关键作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种低轨卫星的MAC层的数据传输方法，通过利用广播信息建立终端与卫星的通信链路，然后对终端的上传速率进行适配，然后根据其上传的数据构建数据帧并转发至地面站，以实现终端、卫星和地面站之间数据的实时和有效传输。

本发明采用的技术方案为，一种低轨卫星的MAC层的数据传输方法，包括步骤：

低轨卫星接收终端发送的随机接入请求，该随机接入请求包含所述终端的标识信息；

对所述随机接入请求进行解析，根据解析出的终端的标识信息构建下行广播帧发送至所述终端；

向所述终端发送随机接入响应，建立与所述终端的通信链路；

接收所述终端上传的数据包，并向所述终端发送下行应答帧；

根据所述终端上传的数据包构建数据帧，将所述数据帧转发至地面站。

可选的，所述下行广播帧具有：

为所述终端分配的载波选项、载波速率和码组信息。

可选的，所述下行应答帧具有：

独特码、帧类型和至少一个应答域，所述应答域包括应答地址、帧计数、重发标识、拒绝标识和下行数据。

可选的，所述接收所述终端上传的数据包的步骤包括：

通过该低轨卫星的物理层接收所述终端上传的数据包；

根据所述数据包的宿地址对该低轨卫星进行如下判断：

若该低轨卫星为主星，则为该数据包分配码道和时隙，根据所述码道和时隙在MAC层作防干扰处理后，对所述数据包进行解析处理；

若该低轨卫星为辅星，则进行防时隙碰撞判断，并对所述数据包进行解析处理。

可选的，若所述低轨卫星为主星，还包括：

更新下行广播帧，并通过更新后的下行广播帧帧将所述码道和时隙发送至终端。

可选的，所述根据所述终端上传的数据包构建数据帧的步骤包括：

将所述数据包添加至数据帧，并在该数据帧的头部添加所述低轨卫星的卫星标号和类型标识。

可选的，所述将所述数据帧转发至地面站的步骤包括：

在所述数据帧中添加源地址和宿地址，通过套接字发送至地面站。

附图说明

图1为本发明实施例提供的低轨卫星的MAC层的数据传输方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种下行广播帧的结构图；

图3为本发明实施例提供的主辅卫星接收数据包的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种下行应答帧的结构图；

图5为卫星侧进行数据透明转发的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种数据帧的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的低轨卫星的MAC层的数据传输方法的流程图，该方法包括：

S101：低轨卫星接收终端发送的随机接入请求，该随机接入请求包含所述终端的标识信息；

本发明实施例中，所述随机接入请求由所述终端通过空帧发送，该空帧中包含终端的身份标识信息(ID)，用于卫星对该终端的身份进行鉴权。

S102：对所述随机接入请求进行解析，根据解析出的终端的标识信息构建下行广播帧发送至所述终端；

卫星对终端的身份标识进行鉴权，并在鉴权通过后生成为该终端分配的载波选项、载波速率和码组信息等信息，其中载波选项对应多个频分信道，0表示关闭，1表示开启，载波速率表示每个频分信道可支持的数据速率，码组信息表示该码组当前是否为可用状态。上述分配好的载波选项、载波速率和码组信息等信息通过下行广播帧发送至终端；

如图2所示，该下行广播帧具有：

引导码、帧类型、帧计数、下行选项、星历数据、保留位和校验位，其中所述下行选项根据接收的终端的随机接入请求生成，用于卫星向终端发送下行载波的配置项，具体包括为所述终端分配的载波选项、载波速率和码组信息。

S103：向所述终端发送随机接入响应，建立与所述终端的通信链路；

在为所述终端分配载波选项、载波速率和码组信息等信息后，生成随机接入响应并发送至该终端，以建立与该终端的通信链路。

S104：接收所述终端上传的数据包，并向所述终端发送下行应答帧；

本发明实施例中，上述低轨卫星通过物理层接收终端发送的数据包，并根据接收的数据包生成下行应答帧，发送至终端；

其中，本发明的一些实施例中，可能会采用主辅卫星配合的方式，接收终端上传的数据包，以实现数据包上传过程中的防干扰、防时隙碰撞，其中主星接收数据包时需要分配码道和时隙，辅星接收数据包时，仅需解析数据包即可，具体的，如图3所示，包括：

S301：通过该低轨卫星的物理层接收所述终端上传的数据包；

S302：根据所述数据包的宿地址对该低轨卫星进行如下判断：

S303：若该低轨卫星为主星，则为该数据包分配码道和时隙；

S304：根据所述码道和时隙在MAC层作防干扰处理后，对所述数据包进行解析处理；同时更新广播信息，通过下行广播帧将已占用的码道和时隙信息发送给终端；

S305：若该低轨卫星为辅星，则进行防时隙碰撞判断，并在MAC层对所述数据包进行解析处理。

上述低轨卫星在完成数据包的接收及解析后，构建下行应答帧并发送至终端，本发明实施例中，如图4所示，所述下行应答帧具有：

独特码，用于标识帧定界，它一般有固定位数和固定的数值；

帧类型，标识不同的帧类型，及其对应的帧长度；

多个应答域，其中每个应答域包括应答地址、帧计数、重发标识、拒绝标识和下行数据；

保留位，预留的数据扩展，可用于填充其他数据；

校验位，用于填充对下行应答帧进行校验的数据，一般按32位进行CRC校验，校验范围为除独特码和自身以外的全部数据域。

S105：根据所述终端上传的数据包构建数据帧，将所述数据帧转发至地面站；

本发明实施例中，低轨卫星将接收到的数据包构建为数据帧，并通过透明传输的方式转发至地面站，具体的，如图5所示，卫星的透明传输过程包括：

S501：通过物理层接收终端发送的数据包；

S502：将所述数据包添加至数据帧，并在该数据帧的头部添加所述低轨卫星的卫星标号和类型标识；

S503：在所述数据帧中添加源地址和宿地址；

S504：通过套接字在MAC层进行透明转发至地面站。

本发明实施例中，如图6所示，所述构建的数据帧包括：

独特码、帧类型、帧计数、帧长度、源地址、宿地址、MAC命令、帧有效数据、鉴权位、校验位。

具体的，构建该数据帧的过程包括：

填充独特码，它用于帧定界标识；

填充帧类型，它用于标识三种帧的帧类型；

填充帧计数码，首先在一定范围内，循环发送；对于上行业务每次发送加1；对于下行业务直接转发上行，对于下行分发数据帧默认全0；

填充帧长度，它表示帧有效数据域的有效字节数，对于分发数据帧，长度为单帧有效位的整数倍；

填充源地址，发送业务帧的卫星地址，以及最大标识用户量；

填充宿地址，接收业务帧的地面站地址，以及最大标识用户量；

填充MAC命令，标识是否应答地面站状态的MAC命令；

帧有效数据，其长度可变，对帧的有效数据位计数；

签权信息，根据不同的加密鉴权算法确定；

校验码，校验范围为除独特码和自身以外的全部数据域。

其中，上述MAC命令由多个(8位)bit位标识，每一位有特定的含义，根据不同的数值，执行不同的命令。

卫星应答标识位，一般由最低位组成，其中，设置数值0，表示卫星不应答(默认)；设置数值1，表示卫星有应答；

用户类型标识位：0表示通信用户；1表示采集用户；

保留位，一般取2位；

终端状态位，一般由3位组成。0表示正常；1表示接收异常；2表示高功率模式；3表示电池缺点；4～7为保留位。

综上所述，本发明的上述实施例提供的低轨卫星的MAC层的数据传输方法，通过利用广播信息建立终端与卫星的通信链路，然后对终端的上传速率进行适配，然后根据其上传的数据构建数据帧并转发至地面站，以实现终端、卫星和地面站之间数据的实时和有效传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低轨卫星的MAC层的数据传输方法，其特征在于，包括步骤：

低轨卫星接收终端发送的随机接入请求，该随机接入请求包含所述终端的标识信息；

对所述随机接入请求进行解析，根据解析出的终端的标识信息构建下行广播帧发送至所述终端；

向所述终端发送随机接入响应，建立与所述终端的通信链路；

接收所述终端上传的数据包，并向所述终端发送下行应答帧；

根据所述终端上传的数据包构建数据帧，将所述数据帧转发至地面站。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行广播帧具有：

为所述终端分配的载波选项、载波速率和码组信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行应答帧具有：

独特码、帧类型和至少一个应答域，所述应答域包括应答地址、帧计数、重发标识、拒绝标识和下行数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收所述终端上传的数据包的步骤包括：

通过该低轨卫星的物理层接收所述终端上传的数据包；

根据所述数据包的宿地址对该低轨卫星进行如下判断：

若该低轨卫星为主星，则为该数据包分配码道和时隙，根据所述码道和时隙在MAC层作防干扰处理后，对所述数据包进行解析处理；

若该低轨卫星为辅星，则进行防时隙碰撞判断，并对所述数据包进行解析处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述低轨卫星为主星，还包括：

更新下行广播帧，并通过更新后的下行广播帧帧将所述码道和时隙发送至终端。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述终端上传的数据包构建数据帧的步骤包括：

将所述数据包添加至数据帧，并在该数据帧的头部添加所述低轨卫星的卫星标号和类型标识。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述将所述数据帧转发至地面站的步骤包括：

在所述数据帧中添加源地址和宿地址，通过套接字发送至地面站。

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