基于北斗通信終端的數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器設計

莫皓穎 戶江民

一、引言

隨著我國北斗衛(wèi)星應用技術的發(fā)展，北斗衛(wèi)星的終端用戶數(shù)量也大范圍增加，其中軍事、工業(yè)和民用領域都大量部署北斗通信終端，以其提供定位和通信功能。

北斗短消息信道是一個極為窄的信道，北斗通信終端根據(jù)北斗用戶卡等級的高低來控制發(fā)送一次短消息數(shù)據(jù)的大小在數(shù)十字節(jié)到數(shù)百字節(jié)之間，并且北斗通信終端在發(fā)送短消息數(shù)據(jù)時有發(fā)送間隔的控制，從而使得單臺北斗通信終端發(fā)送短消息需要秒級到分級的時間間隔。限于上述條件，可以看出通過使用單個北斗通信終端的北斗短消息信道發(fā)送較大的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)需要根據(jù)卡的等級進行分包和間隔發(fā)送，這種條件下加上其無線信號本身的不可靠性，所發(fā)送的數(shù)據(jù)是基本無法保證其準確性和時效性的。

基于這種現(xiàn)狀，我們需要一種技術將已有的北斗通信終端的使用進行擴展，從而能夠起到共享北斗短消息信道的目的。

二、概述

針對引言提出的問題，本文設計了一種基于北斗通信終端的數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器，以下簡稱北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器。北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器主要用于接收轉發(fā)多個方向的北斗短消息，其與北斗通信終端的數(shù)據(jù)串口進行連接，同時將提供數(shù)據(jù)串口和網(wǎng)絡口兩類對外接入的數(shù)據(jù)接口。

北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器保留了常規(guī)的北斗通信終端的接入手段，即北斗短消息使用設備直接使用串口連接北斗通信終端，按照該方式依然可以進行常規(guī)的北斗短消息的收發(fā)；北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器在保持該種方式的使用情況下，支持采用外接的以太網(wǎng)網(wǎng)絡口和數(shù)據(jù)串口接入其他設備或網(wǎng)絡中，以此實現(xiàn)了北斗通信終端的共享使用和數(shù)據(jù)接口類型的擴展。北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器對數(shù)據(jù)具有增刪包頭和優(yōu)先等級權限的控制功能，可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源的轉發(fā)和不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)報文的傳輸策略控制。

三、北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器設計

（一）控制器工作原理

北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器接收轉發(fā)所有對外數(shù)據(jù)接口的北斗短消息，并對數(shù)據(jù)進行增刪包頭處理，從而使得數(shù)據(jù)可以在串口及網(wǎng)絡中傳輸。當數(shù)據(jù)報文中攜帶了優(yōu)先級等級信息的報文時，轉發(fā)控制器將該數(shù)據(jù)存入北斗短消息發(fā)送隊列，對該隊列中的數(shù)據(jù)進行優(yōu)先發(fā)送。當收到未攜帶優(yōu)先級等級信息的北斗短消息報文時，轉發(fā)控制器先判斷是否有優(yōu)先級等級信息的數(shù)據(jù)在排隊，如果沒有，則正常發(fā)送該類普通短消息，如果有則丟棄該條短消息。北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器數(shù)據(jù)處理完成后通過北斗串口將短消息數(shù)據(jù)發(fā)送給北斗通信終端。北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器接收到北斗短消息后，將會把該消息從所有的外接串口轉發(fā)出去。北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器的應用實例如圖1所示。

（二）數(shù)據(jù)處理過程

北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器的北斗串口與北斗通信終端的串口相連，北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器將通過北斗通用管理協(xié)議查詢接入的北斗通信終端的北斗卡ID、數(shù)據(jù)發(fā)送頻度、卡等級等基本信息。北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)器將通過卡頻度和等級來確定發(fā)送單個北斗短消息報文的最大報文長度和發(fā)送時間間隔，所有需要發(fā)送的北斗短消息均需滿足該條件，否則將被過濾掉，并向控制器將向發(fā)送源返回短消息發(fā)送失敗的狀態(tài)信息。

按照接口的輸入輸出方式對北斗短消息數(shù)據(jù)的處理過程描述如下：

1） 網(wǎng)絡口發(fā)送短消息數(shù)據(jù)處理過程，如圖2所示。

a） 北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器從網(wǎng)絡口接收到北斗短消息數(shù)據(jù)報文后，對該報文的端口和地址進行匹配，若符合北斗短消息發(fā)送請求標識時，便校驗報文數(shù)據(jù)格式是否正確。

b） 當校驗報文正確后，控制器將提取報文中的優(yōu)先級等級信息字段，若有優(yōu)先級等級信息字段則按照該字段的大小對當前北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器的北斗短消息發(fā)送隊列重新排列，并保持該隊列的長度定長，及拋棄順序最低的數(shù)據(jù)。

c） 轉發(fā)控制器按照北斗通用協(xié)議將數(shù)據(jù)通過北斗串口發(fā)出。

2） 數(shù)據(jù)串口發(fā)送短消息數(shù)據(jù)處理過程。

北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器從數(shù)據(jù)串口接收到北斗短消息數(shù)據(jù)報文后，將直接按照北斗通用管理協(xié)議將該數(shù)據(jù)從北斗口轉發(fā)出去。

3） 數(shù)據(jù)串口接收短消息數(shù)據(jù)處理過程。

北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器從北斗串口接收到北斗短消息數(shù)據(jù)后，將會從數(shù)據(jù)串口發(fā)出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)報文北斗轉發(fā)控制器將不會做處理，其直接將該短消息數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)串口中轉發(fā)出去。

4） 網(wǎng)絡串口接收短消息數(shù)據(jù)處理過程。

北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器從北斗串口接收到北斗短消息數(shù)據(jù)后，將會從網(wǎng)絡口發(fā)出數(shù)據(jù)，北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器將會在該短消息數(shù)據(jù)中增加組播IP頭，然后再從網(wǎng)絡接口中發(fā)送出去，從而使得網(wǎng)絡接口所在的局域網(wǎng)內的監(jiān)聽終端均能收到該攜帶IP報文頭的北斗短消息信息。

四、結語

本文設計的北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器主要目的在于接收轉發(fā)多個方向的北斗短消息，從而實現(xiàn)了北斗通信終端的共享使用和接入接口類型的擴展。而文中的北斗數(shù)據(jù)轉發(fā)控制器對數(shù)據(jù)增刪包頭和優(yōu)先等級權限的控制功能，可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源的轉發(fā)和不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)報文的傳輸策略控制，通過實現(xiàn)北斗通信終端的報文優(yōu)先權限控制服務，保障了高等級權限的短消息數(shù)據(jù)的轉發(fā)處理，滿足了個性化網(wǎng)絡的傳輸策略控制。