CN116056145B - 一种卫星通信通用多模网桥及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星通信通用多模网桥及通信方法，属于无线通信网络技术领域。通用多模网桥由电源模块、业务管控模块、通信模块以及外部接口组成，其中业务管控模块包括时隙分配模块、参数配置模块、空口数据处理模块、数据包抓取处理模块，通信模块包括调制解调模块、时间同步模块、数据发送模块；使用该网桥的通信方法首先对网桥网络工作模式进行配置，之后网桥捕捉各自地面局域网中的ARP包，最后将捕获到的IP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发。本发明方法支持多种接入模式、多种卫星通信系统，实现了卫星网络透明转发通信，用户无需再关注终端与网桥、网桥与卫星等各节点之间的协议，大大增加了终端的可扩展性和易用性。

Description

一种卫星通信通用多模网桥及通信方法
技术领域
本发明涉及一种卫星通信通用多模网桥及通信方法，属于无线通信网络技术领域。
背景技术
随着近年来航天技术的快速发展，对于卫星通信网络和地面通信网络融合的需求不断扩大，传统卫星通信网络的协议与地面IP业务数据协议通常不兼容，在进行网络融合时往往需要通过各节点进行协议转换最终才可实现卫星通信网络和地面网络融合。
现有设备多以网关的形式存在于卫星通信系统中，网关与卫星和终端设备间通常采用固定的私有协议进行通信，私有通信协议种类多，且在进行卫星通信时，各节点层层转发，容易出错，在前期各厂家联试以及后期维护上都带来很大麻烦，由于私有协议的限制，后期如需对系统改造，增加设备等都需要满足私有协议，在扩展性和卫星系统易用性上都不友好；在接入方式上，现有设备通常由各厂家针对自己的卫星通信系统进行设计，依据当前卫星通信系统只支持某种特定的接入方式，不具备通用性。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明针对卫星通信网络和地面通信网络融合困难，设备接入方式不通用等问题，提出一种卫星通信通用多模网桥及通信方法。
技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种卫星通信通用多模网桥通信方法，包括如下步骤：
步骤1，主站网桥与从站网桥对各自网络工作模式进行配置，包括配置接入方式、符号速率、调制编码集；
步骤2，主站网桥与从站网桥捕捉各自地面局域网中所有发出的ARP包，接收由卫星透明转发的空中接口协议ARP包，当ARP包为发送端ARP包时，通过ARP包获取本局域网内通信终端的IP地址和MAC地址，并将ARP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；当接收端网桥收到符合空中接口协议的ARP包时，将空中接口协议ARP包转换为ARP协议类型的数据包经由交换机发送到本局域网所属终端，同时捕捉地面局域网内ARP响应包并转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；
步骤3，主站网桥与从站网桥根据步骤2所获取MAC地址、协议类型、发送端IP地址和接收端IP地址在地面局域网内进行抓包，通过将捕获到的IP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；接收端网桥在收到空口包后将空口包转换为IP包，再判断该IP包目的地址是否属于本局域网，若是则将IP包直接通过交换机发送到所属地面局域网内；
步骤1中当接入方式为TDMA时，执行如下步骤：
步骤11，主站网桥通过卫星中继自环广播得到星地时延t0，并将该时延通过卫星转发；
步骤12，从站网桥接收到星地时延t0并调整自身时隙基准，使从站与主站通信时隙基准同步；
步骤13，从站网桥通过卫星通信方式向主站网桥发送入网请求空口信息；
步骤14，主站网桥接收到从站网桥入网申请后进行鉴权并发送鉴权回复空口信息，若鉴权成功则从站网桥入网成功，否则入网失败；
步骤15，入网成功后，从站网桥向主站网桥发送时隙资源申请空口信息；
步骤16，主站网桥收到时隙资源申请后进行鉴权并发送时隙分配结果空口信息，若鉴权成功则对从站网桥进行时隙资源分配，否则时隙资源申请失败。进一步地，步骤1中接入方式包括TDMA、FDMA、CDMA。
一种执行上述卫星通信通用多模网桥通信方法的卫通多模网桥，由电源模块、业务管控模块、通信模块以及外部接口组成，电源模块实现网桥供电，业务管控模块与通信模块连接，业务管控模块实现网桥主要业务的管理与控制，通信模块实现网桥通信功能，外部接口实现网桥与不同设备的连接；
业务管控模块包括时隙分配模块、参数配置模块、空口数据处理模块、数据包抓取处理模块，其中时隙分配模块用于TDMA通信模式下各用户的时隙分配计算，参数配置模块实现通过Web服务对网桥工作参数的配置，空口数据处理模块用于接收和发送空中接口协议数据，数据包抓取处理模块实现本地局域网内IP包抓取并转换为空中接口协议数据后传输给通信模块；
通信模块包括调制解调模块、时间同步模块、数据发送模块，其中调制解调模块用于对空口协议数据调制解调，时间同步模块用于TDMA通信模式下不同地理位置设备的时间基准同步，数据发送模块实现空中接口协议数据的发送；
外部接口包括网口、串口、射频信号口、时钟信号口。
有益效果
本发明网桥设备依赖于卫星透明转发的功能，无论高轨还是低轨卫星通信系统，只要其具备透明转发功能均可适用；
本发明网桥设备和通信方法支持TDMA、CDMA、FDMA等多种接入模式，可适用于多种卫星通信系统，大大提高了硬件和软件的通用性；
本发明通信方法实现了卫星网络透明转发通信，用户只需提供满足标准TCP/IP协议的设备即可进行通信，无需再关注终端与网桥、网桥与卫星等各节点之间的协议，大大增加了用户终端的可扩展性和易用性。
附图说明
图1为通用多模网桥在卫星通信系统中的应用场景图；
图2为本发明通用多模网桥功能模块组成图；
图3为本发明通用多模网桥通信方法步骤图；
图4为本发明通用多模网桥TDMA通信模式下方法步骤图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。
图1所示为通用多模网桥在卫星通信系统中的应用场景图，主站网桥与从站网桥间通过卫星进行通信，并经交换机与终端组成地面局域网。图中多模网桥A为主站网桥，拥有鉴权、决策、时隙分配等功能；多模网桥B为从站网桥，需要进行入网、位置上报、资源申请等操作后才可正常运行。多模网桥属于基带设备，在实际使用时需配合上变频器、下变频器、地面站天线等外围设备一起使用。
如图2所示，本发明通用多模网桥由电源模块、业务管控模块、通信模块以及外部接口组成，其中电源模块实现网桥的供电；业务管控模块实现网桥主要业务的管理与控制；通信模块实现网桥通信功能；外部接口实现网桥与不同设备的连接。
业务管控模块包括时隙分配模块、参数配置模块、空口数据处理模块、数据包抓取处理模块，其中时隙分配模块用于TDMA模式下进行各用户的时隙分配计算，参数配置模块用于用户通过Web服务对设备工作参数进行配置，空口数据处理模块用于接收和发送空口协议数据，数据包抓取处理模块用于对本地局域网内IP包抓取并转换为空口协议数据，传输给网桥通信模块；
通信模块包括调制解调模块、时间同步模块、数据发送模块、电源模块，其中调制解调模块用于对空口协议数据调制解调，时间同步模块用于TDMA模式下分布在不同地理位置的各设备时间基准同步，数据发送模块实现空口协议数据的发送；
外部接口包括网口、串口、射频信号口、时钟信号口。
如图3所示，基于本发明通用多模网桥的通信方法，包括如下步骤：
步骤1，主站网桥与从站网桥对各自网络工作模式进行配置，主要包括配置接入方式、符号速率、调制编码集等信息，在本实施例中，通过访问配置网页对网关进行初始化配置，接入方式包括TDMA、FDMA、CDMA。
步骤2，主站网桥与从站网桥捕捉各自地面局域网中所有发出的ARP包，接收由卫星透明转发的空中接口协议ARP包，当ARP包为发送端ARP包时，通过ARP包获取本局域网内通信终端的IP地址和MAC地址，并将ARP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发，本实施例中空中接口协议包格式定义为：
帧头 长度 帧类型 目标地址 信息内容 CRC
4Byte 2Byte 1Byte 3Byte 可变长度 2Byte
当接收端收到符合空中接口协议的ARP包时，将空中接口协议ARP包转换为ARP协议类型的数据包经由交换机发送到本局域网所属终端，同时捕捉地面局域网内ARP响应包并转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发。
步骤3，主站网桥与从站网桥根据步骤2所获取MAC地址、协议类型、发送端IP地址和接收端IP地址等过滤条件在地面局域网内进行抓包，通过将捕获到的IP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；接收端网桥在收到空口包后将空口包转换为IP包，再判断该IP包目的地址是否属于本局域网，若是则将IP包直接通过交换机发送到所属地面局域网内。
如图4所示，步骤1中当接入方式为TDMA时，执行如下步骤：
步骤11，主站网桥通过卫星中继自环广播得到星地时延t0，并将该时延通过卫星转发；
步骤12，从站网桥接收到星地时延t0并调整自身时隙基准，使从站与主站通信时隙基准同步；
步骤13，从站网桥通过卫星通信方式向主站网桥发送入网请求空口信息；
步骤14，主站网桥接收到从站网桥入网申请后进行鉴权并发送鉴权回复空口信息，若鉴权成功则从站网桥入网成功，否则入网失败；
步骤15，入网成功后，从站网桥向主站网桥发送时隙资源申请空口信息；
步骤16，主站网桥收到时隙资源申请后进行鉴权并发送时隙分配结果空口信息，若鉴权成功则对从站网桥进行时隙资源分配，否则时隙资源申请失败。
本发明卫星通信通用多模网桥及通信方法，发送方接入地面局域网后会将局域网中的有效IP网络包通过特定格式发送给卫星，接收方会在收到卫星转发的数据后将数据转化为IP网络包发送给接收方局域网中的设备，从而实现两个局域网中的设备通过卫星进行通信。如需新增设备，新设备无需关注通信协议，只要满足标准的IP协议都可在局域网中进行通信。大大增加了系统的扩展性和易用性。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种卫星通信通用多模网桥通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，主站网桥与从站网桥对各自网络工作模式进行配置，包括配置接入方式、符号速率、调制编码集；
步骤S2，主站网桥与从站网桥捕捉各自地面局域网中所有发出的ARP包，接收由卫星透明转发的空中接口协议ARP包，当ARP包为发送端ARP包时，通过ARP包获取本局域网内通信终端的IP地址和MAC地址，并将ARP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；当接收端收到符合空中接口协议的ARP包时，将空中接口协议ARP包转换为ARP协议类型的数据包经由交换机发送到本局域网所属终端，同时捕捉地面局域网内ARP响应包并转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；
步骤S3，主站网桥与从站网桥根据所述步骤S2所获取MAC地址、协议类型、发送端IP地址和接收端IP地址在地面局域网内进行抓包，将捕获到的IP包转换为空中接口协议包由卫星网络进行透明转发；接收端网桥在收到空口包后将空口包转换为IP包，再判断该IP包目的地址是否属于本局域网，若是则将IP包直接通过交换机发送到所属地面局域网内；
步骤S1中当所述接入方式为TDMA时，还包括如下步骤：
步骤S11，主站网桥通过卫星中继自环广播得到星地时延t 0，并将该时延通过卫星转发；
步骤S12，从站网桥接收到星地时延t 0并调整自身时隙基准，使从站与主站通信时隙基准同步；
步骤S13，从站网桥通过卫星通信方式向主站网桥发送入网请求空口信息；
步骤S14，主站网桥接收到从站网桥入网申请后进行鉴权并发送鉴权回复空口信息，若鉴权成功则从站网桥入网成功，否则入网失败；
步骤S15，入网成功后，从站网桥向主站网桥发送时隙资源申请空口信息；
步骤S16，主站网桥收到时隙资源申请后进行鉴权并发送时隙分配结果空口信息，若鉴权成功则对从站网桥进行时隙资源分配，否则时隙资源申请失败。
2.如权利要求1所述的一种卫星通信通用多模网桥通信方法，其特征在于，所述步骤S1中接入方式包括TDMA、FDMA、CDMA。
3.一种执行如权利要求1所述卫星通信通用多模网桥通信方法的卫通多模网桥，其特征在于，由电源模块、业务管控模块、通信模块以及外部接口组成，所述电源模块与所述业务管控模块、通信模块连接，实现网桥供电，所述业务管控模块与所述通信模块连接，业务管控模块实现网桥主要业务的管理与控制，通信模块实现网桥通信功能，所述外部接口实现网桥与不同设备的连接；
所述业务管控模块包括时隙分配模块、参数配置模块、空口数据处理模块、数据包抓取处理模块，其中时隙分配模块用于TDMA通信模式下各用户的时隙分配计算，参数配置模块实现通过Web服务对网桥工作参数的配置，空口数据处理模块用于接收和发送空中接口协议数据，数据包抓取处理模块实现本地局域网内IP包抓取并转换为空中接口协议数据后传输给所述通信模块；
所述通信模块包括调制解调模块、时间同步模块、数据发送模块，其中调制解调模块用于对空口协议数据调制解调，时间同步模块用于TDMA通信模式下不同地理位置设备的时间基准同步，数据发送模块实现空中接口协议数据的发送；
所述外部接口包括网口、串口、射频信号口、时钟信号口。
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