一種預案可變的輪詢控制衛星通信方法和系統與流程

本發明屬于衛星通信業務數據傳輸的控制領域，具體涉及一種預案可變的輪詢控制衛星通信方法和系統。

背景技術：

衛星地面終端經過數十年的發展，行業規范化日益完善，元器件模塊化程度越來越高，社會分工愈發細致，產品成本大大降低，為衛星地面通信終端的大規模使用提供了扎實的基礎；隨著大規模集成電路的廣泛使用，終端設計逐步實現了小型化、一體化、便攜化，促成了衛星通信使用趨于扁平化、規模化、數量化，用戶量劇烈增長。

衛星通信技術發展至今，傳輸的業務類型已經從單一的話音業務發展成為集音視頻、話音、傳真、網絡等多種業務類型的綜合業務。尤其是衛星通信網與地面ip有線網絡的相互融合、接入，傳統有線網絡上傳輸的ip電視會議、ip電話、ip數據等多種ip業務需要衛星通信鏈路進行傳輸，衛星需要傳輸的業務數據量急速增加。

傳統衛星通信的方式是采用點對點模式，通信雙方獨自占用分配的一對頻點，實現通信的全雙工工作，滿足兩個用戶的通信需求。在用戶通信過程中，這個資源是被該用戶獨占，不能再被其他用戶利用。

近年來我國大力發展衛星通信行業，衛星轉發器不斷增加，衛星通信服務的基礎支撐能力大大提高，但是受制于衛星載荷壽命限制、衛星軌道空間限制、衛星星際干擾、地面無線環境干擾等因素，衛星轉發器資源不可能無限擴展。在大力發展衛星建設的基礎上，我們在使用方式上進行大膽創新，提高衛星資源使用效率，堅持粗放型轉向集約型發展的科學發展道路。

衛星通信技術的發展很大程度上受限于衛星資源的稀缺，如何利用有限的資源、付出較小的成本，盡可能的將資源利用率最大化，服務最廣泛的用戶群，一直是衛星通信設計時需要考慮的關鍵因素，也是本專利發明的目的。

技術實現要素：

針對現有技術缺陷，本發明在頻分多址的組織分配下，提供一種預案可變的輪詢控制衛星通信方法和系統。建立單點對多點的衛星鏈路，單點群發到多點，多點接收主站廣播，主站按照預案實施輪詢控制，同時進行數據傳輸的通信模型。

具體技術方案如下：

本發明所公開的一種預案可變的輪詢控制衛星通信方法，包括一主站、一管理基站、以及由多個從站組成的群落，在頻分多址的組織分配下建立點對多點通信模式，主站根據預先制定好的輪詢控制預案控制群落中的從站的數據收發狀態，并與群落中的從站進行數據收發，各從站根據主站的控制進行數據收發，并在輪詢控制預案賦予的業務時隙內傳輸數據，實現共享衛星資源的時分復用。

進一步的，輪詢控制預案下發的時間點包括群落建立、輪詢控制預案更改、新的群落成員入網。

進一步的，輪詢控制預案是由主站事先編輯，并可進行相應修改，在制定或修改后通過主站的管理信道發送給管理基站進行存儲，再由管理基站下發給各從站。

進一步的，在進入點對多點通信模式后，主站解析接收到的通信輪詢控制預案后將方案下發給從站數據適配設備；從站數據適配設備接收并解析輪詢控制預案后開始在從站終端的業務信道上組織輪詢控制及數據收發；各從站解析接收到的通信輪詢控制預案后得出主站賦予的該從站終端數據發送的業務時隙；主站輪詢第一從站，第一從站收到輪詢信令后通知第一從站的數據適配設備，如果該數據適配設備中有數據緩存，則進行數據發送，并發送輪詢應答命令；若在業務時隙內發送完畢，發送數據輪詢應答表明數據發送完畢，并放棄輪詢獲取的發送數據權限；若在業務時隙內未完成數據發送，強制結束并發送強制結束信令，放棄輪詢獲取的發送數據權限；如果暫時沒有數據，則發送輪詢應答無數據發送需求，放棄獲取的發送數據權限；然后進行下一個從站的詢問過程，以此循環，直到輪詢控制預案改變。

進一步的，輪詢控制預案還包括超時時隙，如果從站數據適配設備在規定的超時時隙內未收到從站的輪詢應答，則放棄對該從站的輪詢，進行下一個從站的詢問過程。

進一步的，根據業務的重要性將從站業務分為普通業務和重要業務，其中，賦予重要業務的業務時隙大于普通業務的業務時隙。

進一步的，輪詢控制預案還包括對業務數據的優先級設置，在從站獲取數據發送權限時，首先發送優先級較高的數據。

進一步的，還包括輪詢預案延遲啟動，且延遲啟動設置在輪詢開始前，不占用業務循環時隙，并定義延遲啟動時隙。

進一步的，輪詢控制預案中，主站的非應答類消息隨機發送，應答類消息輪詢控制實時發送。

本發明還公開一種輪詢控制的預案可變的衛星通信系統，采用具有上述任意一項特征的預案可變的輪詢控制衛星通信方法。

本發明所公開的預案可變的輪詢控制衛星通信方法是一種廣播站業務層信令控制的、數據收發的雙向混合數據傳輸，其具有以下有益效果:

(1)預案可變的輪詢控制衛星通信方法在群落建立時組織設計輪詢控制預案，并可在新群落成員入網或有其它變更需求時對輪詢控制預案進行變更和重新下發，具有一定靈活性；且通過輪詢控制預案的通信協議設計實現的共享衛星資源的時分設計。

(2)在有限的衛星資源下，通過廣播傳輸的方式，從站間的輪詢在業務信道上獨立完成，無需回傳信道的申請和釋放過程，能夠實現當前及未來衛星通信中數據的準實時傳輸，實現廣播數據的大批量下發，從站數據可以在控制權限、全網數據均衡的前提下，實現最快的回傳；同時還能兼容優先級設計和超時設計，來保障數據回傳的公平性。

(3)在點對多點通信模式啟動時作一定的合理時間內的輪詢方案延遲啟動設計，使群落時隙統一，從而保證傳輸和計算的準確性。

(4)本方法是一種預先規劃、預先申請的衛星資源使用方式，在數據傳輸之前，已經對衛星網絡進行了組織和規劃，并通過組織規劃的調整進行衛星網絡管理，這種組織和規劃是一種長期存在的小規模網絡，保障的是一個小型機動網絡的用戶群落。不同于傳統的衛星資源集中控制的頻分使用方式，本方法中的數據傳輸是在網絡組織和規劃完成以后實現的，資源預先分配后，通過協議信令控制實現的衛星預分資源的時分使用方式。

(5)通過輪詢控制的預案可變的衛星通信方式，可以在自動信令控制的干預方式下，實現用戶數據的準實時傳輸，使系統的可利用度平均提高45％。其中，自動信令控制是指輪詢方案和時隙約束，通過專家系統或人為分析對可變的輪詢預案進行調整，從而可以實現更為合理的輪詢預案和時隙約束條件等。

(6)本方法可以運用到有遠距離、主從通信、實時性較強、衛星資源共享等需求的使用場景中，如無線定位、遇險救生、指揮控制、雷達和氣象傳感器數據回傳、重點設備狀態監控、終端數據存儲回傳等通信場景，解決利用有限的衛星資源進行多用戶數據調度通信的需求。且隨著下一代衛星通信網與ip網絡的融合、接入，輪詢控制的預案可變模型將在衛星通信領域得到更加廣泛的應用，具有很強的實用性及經濟性。

附圖說明

圖1輪詢控制衛星通信系統基本組成圖

圖2輪詢控制分發的流程設計圖

圖3輪詢控制的執行流程圖

圖4輪詢控制模型應用示意圖

具體實施方式

為了更清楚的說明本發明所公開的預案可變的輪詢控制衛星通信方法和系統，下面通過具體實施例和附圖時一步說明。

本發明在頻分多址的組織分配下，根據使用需求將用戶劃分為有組織的群落，建立點對多點通信模式。群落內部建立“主站廣播發送、多從站接收；多從站有序發送、主站接收”的通信關系。從站的多點接受廣播主站輪詢、控制，并進行數據傳輸的實現方式：廣播主站(即主站)通過預案生成軟件進行群落內輪詢控制預案的編輯(包括初步制定及后期修改更新)，然后通過主站的管理信道發送給衛星管理中心(即管理基站)存儲，由衛星管理中心在群落建立、終端入網、預案更改時下發給群落成員(即各從站)；然后，廣播主站根據輪詢控制預案，對從站業務數據的收發控制，并和從站進行業務信道上的數據收發，從站數據則由主站控制其收發狀態，并在主站賦予的時隙內進行數據傳輸。廣播主站的非應答類消息可隨機發送，應答類消息輪詢控制實時發送。

特別說明，本文中所述的輪詢控制預案、輪詢控制方案、輪詢預案和輪詢方案均為同一個意思。

具體，包括以下幾個方面：

(1)輪詢時隙設計，包括以下幾種：

①設計最小時間片，以秒為單位，實施例中，最小時間片為1秒；

②設計業務時隙，實施例中，普通業務通信時長為5個時間片，重要業務通信時長8個時間片，業務時隙也即從站與主站的通信時長；

③設計超時時隙，實施例中，輪詢無應答超時的時長為2個時間片，超時時隙也即從站無應答的等待時長。

(2)輪詢方案制定及分發流程設計，主要包括以下幾點：

①廣播主站操作人員在點對多點通信模式創建前，進行輪詢控制方案設計，并通過控制信道上報管理基站；

②點對多點通信模式創建成功后，通過管理基站的控制信道下發給所有的點對多點站型成員，發送條件(即發送的時間點)包括集群(即從站群落)創建成功事件、終端信道(即新的從站)入網事件、輪詢控制方案更改事件三種時間點；

③在點對多點通信模式未取消狀態下，主站可對過輪詢控制方案的重新設計，并上傳至管理基站存儲，并由管理基站再將該通信輪詢模式下發到從站，從站可以重新執行更新后的輪詢控制方案。從而實現輪詢預案靈活可變的功能。

(3)輪詢控制流程設計，包括如下部分：

①廣播主站在進入點對多點通信模式后，根據接收到的通信輪詢控制方案，經過解析，將方案上傳給數據適配設備；

②數據適配設備經過解析輪詢控制方案，開始在從站的業務信道上組織輪詢控制及數據收發；

③從站在進入點對多點通信模式后，根據接收到的通信輪詢控制方案，經過解析，得出從站終端數據發送的業務時長(業務時隙)；

④當廣播主站輪詢從站a時，從站a收到輪詢信令后，將通知數據適配設備，如果數據適配設備中有數據緩存，則進行數據發送，并發送輪詢應答命令。在輪詢預案設計時，根據站點的重要性和保障性可預先將業務數據分配重要業務數據和普通業務數據，并配置好相應的通信時隙。其中，

普通業務數據設計的業務時隙為5個時間片。如果有數據需要發送，則發送數據，一直有數據發送，則5秒鐘后結束數據發送，并發送強制結束信令，放棄輪詢獲取的發送數據權限；如果在5秒之內完成數據發送，則發送數據輪詢應答表明數據發送完畢，放棄輪詢獲取的發送數據權限。如果暫時沒有數據，則發送輪詢應答無數據發送需求，放棄獲取的發送數據權限。若主站的數據適配設備如果在2秒內未收到某從站的輪詢應答，則放棄對該從站的輪詢，進行下一個從站的詢問過程。

重要業務數據設計的業務時隙為8個時間片。業務通信的時長設計為8秒，輪詢過程同普通業務數據。

值得注意的是，實施例中，數據通信過程中無論是重要數據還是普通數據發送不完，都要強制結束，數據的完整性可通過協議設計和緩存保障繼續傳輸來保證。

⑤還可以對業務數據設置優先級。優先級是在重要業務數據和普通業務數據內部實現的，跟通信的時隙約束無關，站點在獲得發送時隙時通過分析緩沖區中混合數據的優先級，進行優先發送實現。例如，管理型數據優先級最高，在從站獲取數據發送權限時，首先發送優先級較高的數據。

下面結合說明書附圖及具體實施案例對本發明進一步說明，所描述實例不應視為對本發明的限制。

如圖1所示，輪詢控制的預案可變的衛星通信系統主要包括：管理型基站一套(即管理基站)、廣播收發站一套(即主站)、從屬收發站若干套(即若干從站群落成員)。其中，站型內包括衛星天線、衛星收發信機、衛星信道等設備，從站包括從站終端、射頻設備、天線設備以及數據適配設備等。這些并非本發明的內容，均可采用現有技術實現，故，不在此進行描述。均以終端和基站來代表站型的整體硬件環境。

結合圖1的模型連接設備，建立衛星通信鏈路和規劃配置如下：

1)衛星地面站從站1配置：車載臺從站，分配從站地址10001；用戶pc終端1、用戶pc終端2，網絡連接，ip數據通信；視頻接收終端1，同步口連接，同步數據通信；異步通信終端1，串口連接，流數據通信；多址適配設備1，網絡連接，ip數據通信；信道設備1，網絡連接，ip數據通信。

2)衛星地面站從站2配置：車載臺從站，分配從站地址10002；用戶pc終端3、用戶pc終端4，網絡連接，ip數據通信；視頻接收終端2，同步口連接，同步數據通信；異步通信終端2，串口連接，流數據通信；多址適配設備2，網絡連接，ip數據通信；信道設備2，網絡連接，ip數據通信。

3)衛星地面站從站3配置:車載臺從站，分配從站地址10003；用戶pc終端5、用戶pc終端6，網絡連接，ip數據通信；視頻接收終端3，同步口連接，同步數據通信；異步通信終端3，串口連接，流數據通信；多址適配設備3，網絡連接，ip數據通信；信道設備3，網絡連接，ip數據通信。

4)衛星地面站從站4配置：車載臺從站，分配從站地址10004；用戶pc終端7、用戶pc終端8，網絡連接，ip數據通信；視頻接收終端4，同步口連接，同步數據通信；異步通信終端4，串口連接，流數據通信；多址適配設備4，網絡連接，ip數據通信；信道設備4，網絡連接，ip數據通信。

5)衛星地面站主站配置：機載臺主站，分配主站地址10010；用戶pc終端9、用戶pc終端10，網絡連接，ip數據通信；視頻接收終端5，同步口連接，同步數據通信；異步通信終端5，串口連接，流數據通信；多址適配設備5，網絡連接，ip數據通信；信道設備5，網絡連接，ip數據通信。

6)衛星地面站管理基站配置：管理型基站，多路控制信道，共享收發；管理衛星資源、信道資源的管控系統軟件。

結合圖2，介紹點對多點輪詢控制分發的流程過程。

①廣播主站操作人員在點對多點通信模式創建前，進行輪詢控制方案設計，并通過控制信道上報管理基站；

②點對多點創建成功后，通過管理基站的控制信道下發給所有的點對多點站型成員。其中，管理基站發送輪詢預案的條件(即發送的時間點)為集群創建成功事件、終端信道入網事件、輪詢控制方案更改事件三種時間點；

③從站接收方案并解析方案內容，并上傳至數據適配設備，數據適配器根據控制協議進行數據收發。

④在點對多點通信模式未取消狀態下，可以通過輪詢控制方案的重新設計、上傳管理基站、基站下發該通信輪詢模式到從站，從站可以重新執行輪詢控制方案。

結合圖3，在點對多點模型已經創建的前提下，各從站根據接收到管理基站發送的通信輪詢控制方案，對主站分配給從站的時隙計算，而后在每次從站間的輪詢時相應的數據發送均在對應的時隙內進行。

其中，從站a、b、c、d的時隙計算如下：

①從站a業務類型為同步數據，業務重要性為普通業務，“通信時長(業務時隙)為5個時間片數據需要6個時隙才能發完，發完5個時隙后自動停止數據發送，并發送輪詢應答強制結束數據發送指令；

②從站b業務類型為異步數據，業務重要性為普通業務，通信時長為5個時隙，數據需要2個時隙才能發完，發完2個時隙后自動停止數據發送，并發送輪詢應答數據發送結束指令；

③從站c業務類型為ip數據，業務重要性為普通業務，通信時長為5個時隙，無數據需要發送，發送輪詢應答無數據需要發送指令；

④從站d業務類型為ip數據，業務重要性為重要業務，通信時長為8個時隙，優先級高的數據需要2個時隙發完，普通數據需要4個時隙發完，發完6個時隙后自動停止數據發送，并發送輪詢應答數據發送結束指令；

在輪詢方案下發的過程中，為保證信息傳輸和計算的準確性，可在點對多點通信模式啟動時進行輪詢方案延遲啟動設計。這里的延遲啟動時隙設計為2個時間片，這個時隙在輪詢開始時起作用，不占用業務循環時隙。一方面，由于從站建設在全國各地，乃至全球各地，由于衛星鏈路的物理距離存在微弱差異，存在時間差；另一方面，從站終端在數據處理時，存在元器件差異，計算的處理能力也存在物理差異。此外，輪詢預案在更改后，從站終端接收方案后需要與數據適配器等溝通，存在處理時延遲。作一定的合理時延遲，通過信令時間戳的計算，可以保證群落時隙的統一性，從而保證傳輸和計算的準確性。

結合圖4所示的輪詢控制模型應用示意圖，可以看出進行從站按輪詢控制進行通信的具體流程：

①從站a作為序列中的第一個被輪詢成員，在分配給他的時隙片內進行通信，用完時隙；

②從站b作為序列中的第二個被輪詢成員，在分配給他的時隙片內進行通信，未用完時隙；

③從站c作為序列中的第三個被輪詢成員，在分配給他的時隙片內進行通信，未使用時隙；

④從站d作為序列中的第四個被輪詢成員，在分配給他的時隙片內進行通信，未使用時隙。

在廣播主站經過第一輪通信后，循環輪詢控制通信，直到點到多點模型撤銷或者輪詢控制方案更改，共中輪詢控制方案更改后，廣播主站通過控制信道上報管理基站存儲；通過管理基站的控制信道下發給所有的點對多點站型成員，進而在更改后的輪詢方案上循環輪詢。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并非本發明任何形式上和實質上的限值，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還將可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護范圍。凡熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，當可利用以上所揭示的技術內容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發明的等效實施例；同時，凡依據本發明的實質技術對上述實施例所做的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發明的技術方案的范圍內。