CN115811556A - 一种基于sdr的卫星网关系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SDR的卫星网关系统，涉及卫星通信技术领域。该系统在SDR开发平台实现，地面接口模块通过多协议适配获取各种传感器的原始采集数据；网关核心模块将原始采集数据进行协议转换，得到传输采集数据；卫星接口模块，将传输采集数据调制上传给所述目标卫星，或者，从目标卫星下载调制后的传输采集数据进行解调；网关核心模块还用于将解调后的传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。通过SDR实现卫星网关的功能，可以降低硬件成本，在动态操作多个无线接口方面提供高度的灵活性，还确保了涵盖物联网标准和应用程序未来发展的必要灵活性，这些标准和应用程序可以通过软件重新进行配置。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种基于SDR的卫星网关系统。
背景技术
远程物联网(Internet of Remote Things，IoRT)是作为新兴的物联网应用之一，为地面基础设施稀缺的偏远地区提供多样化的服务；卫星作为地面通讯网络的补充和延伸，是IoRT的必备配置；由于卫星具有服务可靠性高、覆盖范围广、通信容量大等其他通信方式无法比拟的优势，卫星提供的宽带互联网服务可以满足物联网中互联网连接的需求，极大地提升用户的服务质量(Quality ofService,QoS)。
IoRT的卫星连接问题，用于IoT应用的通信标准多种多样，导致用于通信的卫星网关硬件成本较高且灵活性较差。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种基于SDR的卫星网关系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于SDR的卫星网关系统，所述系统在SDR开发平台实现，包括卫星接口模块、地面接口模块和网关核心模块；其中：
所述地面接口模块，用于通过多协议适配获取无线传感器网络中各种传感器的原始采集数据；
所述网关核心模块，用于将所述原始采集数据进行协议转换，得到传输采集数据；
所述卫星接口模块，用于通过卫星链路与目标卫星进行数据通信，将所述传输采集数据调制上传给所述目标卫星，或者，从所述目标卫星下载调制后的所述传输采集数据进行解调；
所述网关核心模块，还用于将解调后的所述传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。
可选地，所述系统还包括运行管理模块；
所述运行管理模块，用于配置所述卫星接口模块、所述地面接口模块和所述网关核心模块之间的传输协议，以及配置所述卫星接口模块和所述地面接口模块的工作模式。
可选地，所述地面接口模块包括传输模块、IoRT协议模块和COTS模块；所述IoRT协议模块和所述COTS模块均能够实现多协议访问，从各种传感器获取原始采集数据，所述IoRT协议模块是在SDR开发平台上的软件模块，所述COTS模块是与SDR开发平台通过USB连接的硬件模块；所述地面接口模块的工作模式包括无线模式和有线模式；
所述IoRT协议模块，用于执行所述无线模式通过无线传输获取各种传感器的原始采集数据；
所述COTS模块，用于执行所述有线模式使用获取各种传感器的原始采集数据；
所述传输模块，用于将获取到的所述原始采集数据通过UDP协议传输给所述网关核心模块。
可选地，所述网关核心模块包括MQTT模块、数据库模块和HTTP服务器；
所述MQTT模块，用于接收所述地面接口模块发送的原始采集数据，并将所述原始采集数据的数据格式转化为基于TCP的MQTT，作为所述传输采集数据；所述原始采集数据的数据格式为基于UDP的MQTT-SN；
所述数据库模块，用于存储所述传输采集数据；
所述HTTP服务器，用于将所述传输采集数据发送给所述卫星接口模块，或者，将解调后的所述传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。
可选地，所述系统还包括TUP/TAP模块；
所述TUP/TAP模块，部署于所述卫星接口模块与所述网关核心模块之间，用于实现所述卫星接口模块与所述网关核心模块之间IP通信。
可选地，所述MQTT模块包括MQTT-SN代理服务器、MQTT代理服务器和MQTT客户端；MQTT-SN代理服务器和MQTT代理服务器采用桥式连接；
所述MQTT-SN代理服务器，用于与所述传输模块进行数据通信，获取所述原始采集数据；
所述MQTT代理服务器，用于将所述原始采集数据的数据格式转化为基于TCP的MQTT；
所述MQTT客户端，用于和所述MQTT代理服务器连接获取所述传输采集数据，并将所述传输采集数据存入所述数据库模块。
可选地，所述卫星接口模块包括RLE封装模块、E-SSA调制模块、DVB-S2X解调模块和GSE解封装模块；所述RLE封装模块和所述E-SSA调制模块组成所述卫星接口模块的上行链路；所述DVB-S2X解调模块和所述GSE解封装模块组成所述卫星接口模块的下行链路；所述卫星接口模块具有多个工作模式，各工作模式的调制编码的参数不同。
本发明的有益效果：
一种基于SDR的卫星网关系统，系统在SDR开发平台实现，包括卫星接口模块、地面接口模块和网关核心模块；地面接口模块，用于通过多协议适配获取无线传感器网络中各种传感器的原始采集数据；网关核心模块，用于将原始采集数据进行协议转换，得到传输采集数据；卫星接口模块，用于通过卫星链路与目标卫星进行数据通信，将传输采集数据调制上传给所述目标卫星，或者，从目标卫星下载调制后的传输采集数据进行解调；网关核心模块，还用于将解调后的传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器；通过SDR实现卫星网关的功能，可以降低硬件成本，在动态操作多个无线接口方面提供高度的灵活性，还确保了涵盖物联网标准和应用程序未来发展的必要灵活性，这些标准和应用程序可以通过软件重新进行配置。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于SDR的卫星网关系统的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于SDR的卫星网关系统；参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于SDR的卫星网关系统的系统框图；所述系统在SDR开发平台实现，包括卫星接口模块、地面接口模块和网关核心模块；其中：
所述地面接口模块，用于通过多协议适配获取无线传感器网络中各种传感器的原始采集数据；
所述网关核心模块，用于将所述原始采集数据进行协议转换，得到传输采集数据；
所述卫星接口模块，用于通过卫星链路与目标卫星进行数据通信，将所述传输采集数据调制上传给所述目标卫星，或者，从所述目标卫星下载调制后的所述传输采集数据进行解调；
所述网关核心模块，还用于将解调后的所述传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。
基于本发明实施例提供的一种基于SDR的卫星网关系统，通过SDR实现卫星网关的功能，可以降低硬件成本，在动态操作多个无线接口方面提供高度的灵活性，还确保了涵盖物联网标准和应用程序未来发展的必要灵活性，这些标准和应用程序可以通过软件重新进行配置。
一种实现方式中，无线传感器网络中各种传感器使用的传输协议多种多样，例如，可以包括Wi-Fi、BLE、ZigBee、NFC、LoRaWan等等；因此地面接口模块的主要作用适配多种传输协议的采集数据，还可以用于将多种传输协议的采集数据进行处理统一数据格式。
一种实现方式中，采集传感器的原始采集数据，网关核心模块
在一个实施例中，所述系统还包括运行管理模块；
所述运行管理模块，用于配置所述卫星接口模块、所述地面接口模块和所述网关核心模块之间的传输协议，以及配置所述卫星接口模块和所述地面接口模块的工作模式。
一种实现方式中，运行管理模块可以为远端控制软件。
在一个实施例中，所述地面接口模块包括传输模块、IoRT协议模块和COTS模块；所述IoRT协议模块和所述COTS模块均能够实现多协议访问，从各种传感器获取原始采集数据，所述IoRT协议模块是在SDR开发平台上的软件模块，所述COTS模块是与SDR开发平台通过USB连接的硬件模块；所述地面接口模块的工作模式包括无线模式和有线模式；
所述IoRT协议模块，用于执行所述无线模式通过无线传输获取各种传感器的原始采集数据；
所述COTS模块，用于执行所述有线模式使用获取各种传感器的原始采集数据；
所述传输模块，用于将获取到的所述原始采集数据通过UDP协议传输给所述网关核心模块。
一种实现方式中，实现地面接口模块的多协议接入可以通过两种方式，第一种，在SDR平台的FPGA上实施IoRT协议，将常用的传感器的传输协议进行集成，得到IoRT协议模块，并且IoRT协议模块可以通过无线传输获取数据；第二种，添加各传感器的传输协议对应的COTS模块，每一COTS模块对应接收处理一类传输协议的数据，且每一COTS模块通过USB即可添加至地面接口模块；通过部署两种方式，可以降低整体系统整体的复杂度提高灵活性。
在一个实施例中，所述网关核心模块包括MQTT模块、数据库模块和HTTP服务器；
所述MQTT模块，用于接收所述地面接口模块发送的原始采集数据，并将所述原始采集数据的数据格式转化为基于TCP的MQTT，作为所述传输采集数据；所述原始采集数据的数据格式为基于UDP的MQTT-SN；
所述数据库模块，用于存储所述传输采集数据；
所述HTTP服务器，用于将所述传输采集数据发送给所述卫星接口模块，或者，将解调后的所述传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。
在一个实施例中，所述系统还包括TUP/TAP模块；
所述TUP/TAP模块，部署于所述卫星接口模块与所述网关核心模块之间，用于实现所述卫星接口模块与所述网关核心模块之间IP通信。
一种实现方式中，TUN/TAP是虚拟网络设备可以向网关核心模块提供与硬件网络设备完全相同的功能，实现卫星接口模块与网关核心模块之间IP通信。
在一个实施例中，所述MQTT模块包括MQTT-SN代理服务器、MQTT代理服务器和MQTT客户端；MQTT-SN代理服务器和MQTT代理服务器采用桥式连接；
所述MQTT-SN代理服务器，用于与所述传输模块进行数据通信，获取所述原始采集数据；
所述MQTT代理服务器，用于将所述原始采集数据的数据格式转化为基于TCP的MQTT；
所述MQTT客户端，用于和所述MQTT代理服务器连接获取所述传输采集数据，并将所述传输采集数据存入所述数据库模块。
在一个实施例中，所述卫星接口模块包括RLE封装模块、E-SSA调制模块、DVB-S2X解调模块和GSE解封装模块；所述RLE封装模块和所述E-SSA调制模块组成所述卫星接口模块的上行链路；所述DVB-S2X解调模块和所述GSE解封装模块组成所述卫星接口模块的下行链路；所述卫星接口模块具有多个工作模式，各工作模式的调制编码的参数不同。
一种实现方式中，卫星接口模块当接收到网关核心模块的待发送数据时，由RLE封装模块进行数据封装，然后E-SSA调制模块对封装后的待发送数据进行调制，最后通过卫星进行数据转发；卫星接口模块当接收到卫星转发的数据，由DVB-S2X解调模块对数据进行解调，然后通过GSE解封装模块进行数据解封，最后将得到的数据发送给网关核心模块。
一种实现方式中，各工作模式的调制编码的参数可以包括调制信号的信号体制、纠错码的类型、纠错码的码率等等；信号体制可以包括BPSK、QPSK、SQPSK、UQPSK和8PSK等等。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围；凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述系统在SDR开发平台实现，包括卫星接口模块、地面接口模块和网关核心模块；其中：
所述地面接口模块，用于通过多协议适配获取无线传感器网络中各种传感器的原始采集数据；
所述网关核心模块，用于将所述原始采集数据进行协议转换，得到传输采集数据；
所述卫星接口模块，用于通过卫星链路与目标卫星进行数据通信，将所述传输采集数据调制上传给所述目标卫星，或者，从所述目标卫星下载调制后的所述传输采集数据进行解调；
所述网关核心模块，还用于将解调后的所述传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述系统还包括运行管理模块；
所述运行管理模块，用于配置所述卫星接口模块、所述地面接口模块和所述网关核心模块之间的传输协议，以及配置所述卫星接口模块和所述地面接口模块的工作模式。
3.根据权利要求2所述的一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述地面接口模块包括传输模块、IoRT协议模块和COTS模块；所述IoRT协议模块和所述COTS模块均能够实现多协议访问，从各种传感器获取原始采集数据，所述IoRT协议模块是在SDR开发平台上的软件模块，所述COTS模块是与SDR开发平台通过USB连接的硬件模块；所述地面接口模块的工作模式包括无线模式和有线模式；
所述IoRT协议模块，用于执行所述无线模式通过无线传输获取各种传感器的原始采集数据；
所述COTS模块，用于执行所述有线模式使用获取各种传感器的原始采集数据；
所述传输模块，用于将获取到的所述原始采集数据通过UDP协议传输给所述网关核心模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述网关核心模块包括MQTT模块、数据库模块和HTTP服务器；
所述MQTT模块，用于接收所述地面接口模块发送的原始采集数据，并将所述原始采集数据的数据格式转化为基于TCP的MQTT，作为所述传输采集数据；所述原始采集数据的数据格式为基于UDP的MQTT-SN；
所述数据库模块，用于存储所述传输采集数据；
所述HTTP服务器，用于将所述传输采集数据发送给所述卫星接口模块，或者，将解调后的所述传输采集数据通过以太网链路传输给目标服务器。
5.根据权利要求4所述的一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述系统还包括TUP/TAP模块；
所述TUP/TAP模块，部署于所述卫星接口模块与所述网关核心模块之间，用于实现所述卫星接口模块与所述网关核心模块之间IP通信。
6.根据权利要求4所述的一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述MQTT模块包括MQTT-SN代理服务器、MQTT代理服务器和MQTT客户端；MQTT-SN代理服务器和MQTT代理服务器采用桥式连接；
所述MQTT-SN代理服务器，用于与所述传输模块进行数据通信，获取所述原始采集数据；
所述MQTT代理服务器，用于将所述原始采集数据的数据格式转化为基于TCP的MQTT；
所述MQTT客户端，用于和所述MQTT代理服务器连接获取所述传输采集数据，并将所述传输采集数据存入所述数据库模块。
7.根据权利要求2所述的一种基于SDR的卫星网关系统，其特征在于，所述卫星接口模块包括RLE封装模块、E-SSA调制模块、DVB-S2X解调模块和GSE解封装模块；所述RLE封装模块和所述E-SSA调制模块组成所述卫星接口模块的上行链路；所述DVB-S2X解调模块和所述GSE解封装模块组成所述卫星接口模块的下行链路；所述卫星接口模块具有多个工作模式，各工作模式的调制编码的参数不同。
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