多衛(wèi)星天線的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建策略

文/陳靜 任翠池 李漢挺

1 引言

通信技術(shù)的發(fā)展拉進了人們之間“距離”，革新了人類社會的生產(chǎn)生活方式。人類對通信技術(shù)的探索與時俱進。無線電通信技術(shù)的典型代表衛(wèi)星通信的特點有：

（1）不受地形影響，通信范圍較廣；

（2）搭建衛(wèi)星通信Vsat站點較為便利，不用拉結(jié)較長的線纜等。

無線通信基于不同頻率的電磁波實現(xiàn)超短波、短波、長波等通信，但在頻率應(yīng)用中存在一定的無序性。如一個通信頻率在同一個時間在一個較近的地點有大于一個通信業(yè)務(wù)在開展，這就造成了無線通信環(huán)境的污染，用戶業(yè)務(wù)間相互干擾，通信功率小的業(yè)務(wù)有較大的概率被通信功率大的業(yè)務(wù)所覆蓋。在衛(wèi)星通信中就會表現(xiàn)為鏈路入網(wǎng)困難、入網(wǎng)門限值增大、鏈路震蕩等問題。

基于上述情況，本文給出了一種多衛(wèi)星天線的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建策略。在通信站點中部署多個衛(wèi)星通信天線，每個天線根據(jù)對星策略與相應(yīng)的衛(wèi)星進行對準。引入了多調(diào)制解調(diào)器進行數(shù)據(jù)包的多路由通信理念，對數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)探測方法進行了闡述，對數(shù)據(jù)包幀的分發(fā)與重組理念進行了介紹。本文工作豐富了面向衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，具有一定的理論意義及應(yīng)用實踐價值。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本節(jié)對本文所述的多衛(wèi)星天線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建理念進行介紹。

網(wǎng)絡(luò)中有若干個衛(wèi)星站點包括Vsat衛(wèi)星站1、Vsat衛(wèi)星站2、...、Vsat衛(wèi)星站點n；每個Vsat衛(wèi)星站可與衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、...、衛(wèi)星n等多個通信衛(wèi)星相鏈接。所有的Vsat衛(wèi)星站點可通過衛(wèi)星鏈路實現(xiàn)多路信息通路。一個Vsat衛(wèi)星站點包括衛(wèi)星天線1、衛(wèi)星天線2、...、衛(wèi)星天線n等多個衛(wèi)星天線，每個衛(wèi)星天線可與不同的衛(wèi)星進行對準。一個Vsat衛(wèi)星站點還包括調(diào)制解調(diào)器1、調(diào)制解調(diào)器2、...、調(diào)制解調(diào)器n等多個調(diào)制解調(diào)器，每個調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制解調(diào)制式不同。

3 路由選擇及包交換算法

算法1：數(shù)據(jù)包路由選擇算法

輸入：數(shù)據(jù)包X的源地址Vsat衛(wèi)星站點i；數(shù)據(jù)包X的目的地址Vsat衛(wèi)星站點j；衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)Q。

輸出：數(shù)據(jù)包X的路由鏈路。

第一步：遍歷衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)Q，獲取Vsat衛(wèi)星站點i到Vsat衛(wèi)星站點j的所有通信鏈路，假設(shè)為集合K。

第二步：遍歷通信鏈路集合K，假設(shè)當前鏈路為e。運用鏈路偵測技術(shù)對當前鏈路e的狀態(tài)進行測量。對通信帶寬、通信速率、誤碼率、鏈路頻率、ping命令時延等參數(shù)信息進行確定。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)最大值和最小值對鏈路狀態(tài)進行歸一化處理，這里約定值越小鏈路狀態(tài)越佳。

第三步：設(shè)定變量max=<鏈路名稱,狀態(tài)值>，并初始化為max=。遍歷通信鏈路集合K，若鏈路k的鏈路狀態(tài)值w小于變量max的狀態(tài)值，則令max=。

第四步：輸出max代表的路由鏈路。

算法1給出了多衛(wèi)星天線通信網(wǎng)的路由選擇理念，由算法1可知，因多衛(wèi)星天線實現(xiàn)了多路衛(wèi)星通路，對于某一數(shù)據(jù)包在進行包的路由時，可選擇鏈路質(zhì)量最佳的通路進行傳遞，與單一衛(wèi)星通信鏈路相比可有效提高鏈路冗余度，可實質(zhì)性提高數(shù)據(jù)包傳遞成功率。

算法2：數(shù)據(jù)包交換及重組算法

輸入：數(shù)據(jù)W={x1, x2, ..., xn},其中x1, x2, ..., xn為數(shù)據(jù)包；源地址i；目的地址j；衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)Q。

輸出：重組后的數(shù)據(jù)W。

第一步：遍歷數(shù)據(jù)W，假設(shè)當前數(shù)據(jù)包為xj。把數(shù)據(jù)包xj、源地址i；目的地址j作為算法1的輸入?yún)?shù)，可獲取數(shù)據(jù)包xj的路由鏈路Y。

第二步：假設(shè)xj的通信鏈路為，通過源地址Vsat衛(wèi)星站點i的調(diào)制解調(diào)器k，經(jīng)過衛(wèi)星天線p，經(jīng)過衛(wèi)星t，到目的地址Vsat衛(wèi)星站點j衛(wèi)星天線n，再到調(diào)制解調(diào)器u。則標記數(shù)據(jù)包xj在數(shù)據(jù)W中的位置后，按照數(shù)據(jù)鏈路Y發(fā)送數(shù)據(jù)包xj。

第三步：目的節(jié)點j接收到數(shù)據(jù)包xj后，根據(jù)xj的位置插入到已收到的數(shù)據(jù)包集合中。目的節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)包應(yīng)接收的總量與實際接收的個數(shù)計算數(shù)據(jù)包接收百分比。若達到100%，則跳轉(zhuǎn)至第四步，否則繼續(xù)在此步接收數(shù)據(jù)包。

第四步：輸出重組后的數(shù)據(jù)W={x1, x2, ..., xn}。

算法2給出了多衛(wèi)星天線通信網(wǎng)的包交換及重組理念，由算法2可知，數(shù)據(jù)包在發(fā)送前需明確數(shù)據(jù)鏈路，目的節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)包后需按位置標記進行數(shù)據(jù)插入，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包高效傳遞及有序組合。

4 結(jié)語

鑒于當前衛(wèi)星通信組網(wǎng)模式中固定頻點及固定通信衛(wèi)星的局限性，提出了一種多衛(wèi)星天線的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建策略。主要理念是：通過多衛(wèi)星天線可與不同衛(wèi)星進行對準，實現(xiàn)了多衛(wèi)星鏈路；通過多調(diào)制解調(diào)器器可綜合多種調(diào)制解調(diào)制式；基于多天線和多調(diào)制解調(diào)器可為Vsat通信站點構(gòu)建較多的數(shù)據(jù)包路由通路；數(shù)據(jù)包可根據(jù)實時的路由狀態(tài)選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)鏈路，達到穩(wěn)定衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鏈路，緩解衛(wèi)星鏈路震蕩的目的。本文工作豐富了面向衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，具有一定的理論意義及應(yīng)用實踐價值。下一步將對本文所述的網(wǎng)絡(luò)包交換技術(shù)做更深入的研究。