CN117220755B - 一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，本发明属于海上浮标高速卫星通信领域，包括：第一卫星地面站、第二卫星信关站、数据交换服务器、双模卫星通信终端，其中，所述数据交换服务器分别与第一卫星地面站、第二卫星信关站、双模卫星通信终端双向连接；所述双模卫星通信终端，通过所述数据交换服务器进行端到端通信链路，实现终端之间的双向数据传输。本发明能够实现不同卫星系统下数据的双向收发；还能够实现终端间自动寻址路由、点对点进行通信；同时支持终端自主接入所需的卫星链路进行通信，无需建立默认链路。

Description

一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统

技术领域

本发明属于海上浮标高速卫星通信技术领域，尤其涉及一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统。

背景技术

天链二号卫星中继通信系统，如图1所示，反向链路包括用户终端--中继卫星—SMA地面分系统—用户中心组成；前向链路由用户中心--SMA地面分系统--中继卫星—用户终端组成，采用扩频通信，调制方式为BPSK，多址方式为ALOHA。

天通一号卫星移动通信通信系统如图2所示，由用户段、地面段和空间段组成。用户段由用户终端构成；地面段由信关站组成，信关站作为卫星网络的入口点，通过本地交换实现卫星网络和现有的移动通信核心网络(CN)的连接；天通一号空间段由3颗卫星组成，提供天通网络用户和信关站之间的连接。

由于天通一号卫星移动通信网络和天链二号卫星中继网络的协议体制等存在较大的差异，两种通信系统下的终端之间不能直接进行数据传输。

目前针对海上浮标的双模或多模通信协议还比较少，文献：马凤强,吕婷婷,张浩,王岩,吕博和王海涛,《一种用于ARGO浮标/滑翔机的北斗和无线电双模通信方式》提出了一种双模通信协议，该专利中的双模协议虽然实现了数据通过铱星或无线电进行传输，但是存在一定限制：通信模式是由岸基站向终端发送指令控制终端的通信模式，首先需要保证默认通信模式能够建立；并且协议不能支持多设备之间点对点通信。

文献：李听听,刘铭和陈刘伟,《基于天通、北斗双模卫星通信的应急车载终端设计与实现》中提出了一种应用于车载平台的双模协议，但该协议不具备通用性，并且仅支持特定格式数据的传输。

可见，现有技术的通信协议存在一定限制，无法支持多设备之间点对点通信，同时仅支持特定格式数据的传输，不具备通用性。

发明内容

本发明提出了一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，以解决上述现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，包括：第一卫星地面站、第二卫星信关站、数据交换服务器、双模卫星通信终端，其中，所述数据交换服务器分别与第一卫星地面站、第二卫星信关站、双模卫星通信终端双向连接；

所述双模卫星通信终端，通过所述数据交换服务器进行端到端通信链路，实现终端之间的双向数据传输。

优选地，所述数据交换服务器通过以太网静态IP分别与第一卫星地面站、第二卫星信关站连接。

优选地，所述数据交换服务器接收所述第一卫星地面站、所述第二卫星信关站的数据信息后并解析所述数据信息，得到源地址和目的地址，基于所述目的地址，将所述数据信息发送至双模卫星通信终端。

优选地，所述第一卫星地面站为天链二号卫星地面站，所述第二卫星信关站为天通一号卫星信关站。

优选地，所述数据交换服务器通过数据接口接入天链二号地面站；所述数据交换服务器通过路由器、互联网接入天通一号卫星信关站。

优选地，所述双模卫星通信终端包括：浮标终端和船载终端。

优选地，所述双模卫星通信终端与所述数据交换服务器之间通过多模网络传输协议进行通信，所述多模网络传输协议包括：兼容层、链路层和传输层；

所述兼容层，用于建立天链二号通信网络、天通一号通信网络的数据收发通道；

所述链路层，用于通过传输链路帧，建立源地址和目标地址的虚拟连接；

所述传输层，用于向目标地址提供数据传输函数。

优选地，所述数据交换服务器接收所述双模卫星通信终端的数据信息后并解析，得到目的地址，基于所述数据交换服务器中路由表，查看所述目的地址对应的双模卫星通信终端的状态。

优选地，所述路由表包括：记录地址、终端状态、经由端口、端口参数。

优选地，若对应的双模卫星通信终端为在线状态，则将数据信息发送至对应的双模卫星通信终端；

若对应的双模卫星通信终端为离线状态，则将数据信息暂存，待终端上线后将暂存的数据信息重新发送。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明提供了一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，本发明能够实现天通一号和天链二号不同卫星系统下数据的双向收发；还能够实现终端间自动寻址路由、点对点进行通信；同时支持终端自主接入所需的卫星链路进行通信，无需建立默认链路；本发明的技术方案具有良好的扩展性，可扩展支持任意数量的卫星平台。本发明中数据交换服务器不对具体传输的数据做限制，可传输任意内容的数据，具有良好的通用性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明背景技术的天链二号卫星中继通信系统示意图；

图2为本发明背景技术的天通一号卫星移动通信通信系统示意图；

图3为本发明实施例的双模卫星通信系统示意图；

图4为本发明实施例的数据交换服务器示意图；

图5为本发明实施例的多模网络传输协议示意图；

图6为本发明实施例的终端之间的双向数据传输示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

如图3所示，本实施例中提供一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，包括：天链二号地面站、天通一号信关站、数据交换服务器、双模卫星通信单元/终端。其中，数据交换服务器与天链二号地面站及天通一号信关站通过以太网静态IP连接。浮标端和船端均与数据交换服务器建立连接，二者的双向通信数据帧通过数据交换服务器进行转发。

数据交换服务器工作在多模网络协议第二层，通过对接天通一号卫星网络的信关站和天链二号卫星网络的地面站，将来自终端的数据包解析后，根据数据包中源地址和目的地址，将数据包转发至相应的用户终端(即中继浮标和船基/岸基终端)。当目标地址所对应的终端不在线时，将数据帧暂存，待其上线后将暂存的数据帧重新发送。

数据交换服务器如图4所示，通过数据接口可接入天链二号地面站用户服务器，接收天链二号卫星网络中的数据，并向接入天链二号卫星网络中的终端发送数据。天通一号卫星网络由于采用移动互联网体系，故通过以太网端口连接到一个路由器，设定公网IP地址后连接到信关站用户服务器，端到端系统可以接入天通二号卫星网路。

多模网络传输协议用于终端和数据交换服务器之间的通信，协议分为兼容层、链路层和传输层的三层结构，如图5所示。兼容层为第一层，用于建立不同通信网络的数据收发通道；链路层为第二层，通过传输链路帧建立基于地址的虚拟连接；传输层为第三层，用于向应用提供数据传输函数，包括NACK传输和ACK传输，其中，ACK传输中，目的地址在收到数据帧后会返回一个ACK帧，相反NACK传输中，目的地址在收到数据帧后不会返回ACK帧。

链路帧格式定义如表1所示。

表1

功能	帧类型	源地址	目的地址	数据长度	数据
						长度	1Byte	1Byte	0～1Byte	1Bytes	0～512Bytes

其中，(1)帧类型：长度1Byte，指示传输帧的类型，共有三种帧0x11：Beat帧

0x12：ACK帧

0x20：NACK通信帧

0x21：ACK通信帧

(2)源地址：

指示发送端的虚拟地址，长度1Byte；每个终端都有独立的虚拟地址，0x00和0xFF为保留地址，不可使用。

(3)目的地址：

指示接收端的虚拟地址，当帧类型为Beat帧时，长度为0Byte；其它帧类型时，长度为1Byte。

(4)数据长度：

长度为1Byte，指示传输数据的长度，范围为0～512。

(5)数据：

实际传输的用户数据，长度为0～512Bytes。

Beat帧与ACK帧示例，如表2、表3所示；

表2

Beat帧	帧类型	源地址
			内容	0x11	<srcaddr>

表3

ACK帧	帧类型	源地址	目的地址
内容	0x12	<srcaddr>	<destaddr>

数据交换服务器路由算法的原理为：数据交换服务器维护一张路由表，如表4所示，记录地址、状态、经由端口、端口参数。

表4

地址	状态	经由端口	端口参数
				0x00
0x01
				0x02
……
				0xfe
0xff

表4中，地址表示终端在网络中的唯一地址；状态标识地址是否在线，值为1表示在线，0表示离线；经由端口用于记录该地址由哪个链路接入，1表示天通链路接入，2表示天链链路接入，0表示端口没有接入任何链路；端口参数用于记录天通一号卫星网络中的IP地址或者天链二号卫星网络中的唯一地址。终端上电后，每隔1s会向数据交换服务器发送Beat帧，数据交换服务器收到Beat帧后，记录帧所对应的地址为在线状态，同时可以通过数据帧来自哪个端口从而识别出该地址通过哪个链路接入，并记录端口参数。当某个地址10s内没有收到新的Beat帧，会将该地址的状态标记为离线。

当收到终端的数据帧后，解析其中的目的地址，在路由表中查找对应地址的在线状态，如果在线，则通过经由端口将该帧转发；如果是离线，则将该帧缓存，待状态变为在线时将该帧通过经由端口转发。

如图6所示，当卫星通信链路建立后，用户终端1和用户终端2首先通过天通一号网络或天链二号网络与数据交换服务器建立虚拟连接(VPN)，数据交换服务器与两种卫星网络的信关站或地面站通过公网固定IP建立连接。此时浮标平台1的数据信息发送到高速卫星通信单元内部的AP(应用处理器)单元处理，由内部前/返向链路射频前端通过天通一号卫星网络或天链二号卫星网络，将数据信息发送到数据交换服务器。数据交换服务器接收到来自用户终端1的数据帧后，通过路由算法，将数据帧转发到目的用户终端2，经天通一号卫星网络或天链二号卫星网络发来的数据，由AP单元处理后发送到中继浮标平台2，反之亦然，从而实现终端之间的双向数据传输。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，包括：第一卫星地面站、第二卫星信关站、数据交换服务器、两个双模卫星通信终端，其中，所述数据交换服务器分别与第一卫星地面站、第二卫星信关站、两个双模卫星通信终端双向连接；

两个所述双模卫星通信终端，通过所述数据交换服务器进行端到端通信链路，实现终端之间的双向数据传输；

两个双模卫星通信终端包括第一双模卫星通信终端和第二双模卫星通信终端，第一双模卫星通信终端和第二双模卫星通信终端分别通过第一卫星、第二卫星与数据交换服务器建立虚拟连接，第一卫星和第二卫星为两个不同的卫星系统；第一双模卫星通信终端的数据信息通过第一卫星发送到所述数据交换服务器，所述数据交换服务器将接收到的数据信息通过路由算法转发到第二双模卫星通信终端；第二双模卫星通信终端的数据信息通过第二卫星发送到所述数据交换服务器，所述数据交换服务器将接收到的数据信息通过路由算法转发到第一双模卫星通信终端；

所述数据交换服务器通过以太网静态IP分别与第一卫星地面站、第二卫星信关站连接，所述数据交换服务器接收所述第一卫星地面站、所述第二卫星信关站的数据信息后并解析数据信息，得到源地址和目的地址，基于所述目的地址，将数据信息分别发送至两个双模卫星通信终端。

2.根据权利要求1所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，所述第一卫星地面站为天链二号卫星地面站，所述第二卫星信关站为天通一号卫星信关站。

3.根据权利要求1所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，所述数据交换服务器通过数据接口接入天链二号地面站；所述数据交换服务器通过路由器、互联网接入天通一号卫星信关站。

4.根据权利要求1所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，所述双模卫星通信终端包括：浮标终端和船载终端。

5.根据权利要求1所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，所述双模卫星通信终端与所述数据交换服务器之间通过多模网络传输协议进行通信，所述多模网络传输协议包括：兼容层、链路层和传输层；

所述兼容层，用于建立天链二号通信网络、天通一号通信网络的数据收发通道；

所述链路层，用于通过传输链路帧，建立源地址和目标地址的虚拟连接；

所述传输层，用于向目标地址提供数据传输函数。

6.根据权利要求1所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，所述数据交换服务器接收所述双模卫星通信终端的数据信息后并解析，得到目的地址，基于所述数据交换服务器中路由表，查看所述目的地址对应的双模卫星通信终端的状态。

7.根据权利要求6所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，所述路由表包括：记录地址、终端状态、经由端口、端口参数。

8.根据权利要求6所述的自适应切换通信卫星的端到端通信链路系统，其特征在于，

若对应的双模卫星通信终端为在线状态，则将数据信息发送至对应的双模卫星通信终端；

若对应的双模卫星通信终端为离线状态，则将数据信息暂存，待终端上线后将暂存的数据信息重新发送。