Dcs系統(tǒng)衛(wèi)星鏈路下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DCS）中衛(wèi)星鏈路下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀格式和傳輸方法。A.該確認(rèn)幀格式是一種DCS衛(wèi)星系統(tǒng)的下行鏈路傳輸確認(rèn)數(shù)據(jù)幀的可變長幀格式，幀格式由業(yè)務(wù)標(biāo)示、比特可變長的衛(wèi)星標(biāo)示（ID）位和數(shù)據(jù)信息字標(biāo)示組成。B.確認(rèn)幀傳輸方法是基于組播與單播混合傳輸和可變長確認(rèn)幀格式壓縮技術(shù)相結(jié)合的下行鏈路確認(rèn)幀傳輸方法。當(dāng)數(shù)據(jù)采集平臺（DCP）物理距離較近，可以將DCP加入同一個組播組里，采用組播模式進(jìn)行群確認(rèn)，否則采用單播模式，并對下行鏈路確認(rèn)幀進(jìn)行壓縮優(yōu)化。壓縮優(yōu)化采用由比特壓縮、幅度編碼、變長壓縮編碼三種方法組合實現(xiàn)。該可變長幀格式設(shè)計靈活，且傳輸方法實現(xiàn)簡單，高效。
【專利說明】DCS系統(tǒng)衛(wèi)星鏈路下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀傳輸方法
1【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計到衛(wèi)星通信領(lǐng)域，涉及在多終端衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DCS)衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星通信中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DCS)是一種通過遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集平臺采集數(shù)據(jù)或是對數(shù)據(jù)采集平臺進(jìn)行定位的系統(tǒng)。它采用了航天中的遙測、遙控和遙監(jiān)等技術(shù)，將遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集平臺采集的各種監(jiān)測量經(jīng)過衛(wèi)星實時或存儲轉(zhuǎn)發(fā)后傳輸?shù)降孛娼邮仗幚碇行?，最后由?shù)據(jù)處理中心將數(shù)據(jù)交付給用戶使用。雖然幾百個乃至幾千個數(shù)據(jù)采集平臺在地理位置上是分散的，但通過DCS系統(tǒng)它們被有機(jī)地聯(lián)系在一起，共同協(xié)作完成某一監(jiān)測任務(wù)。數(shù)據(jù)采集平臺大多被設(shè)計為自動完成數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送，而無需人工值守，因此數(shù)據(jù)采集平臺的分布地域廣闊，不受環(huán)境、地理條件的限制，特別適合安裝在人煙稀少或環(huán)境惡劣地區(qū)，進(jìn)行野外工作。
[0003]但由于DCS中的衛(wèi)星處理能力有限，其下行速率較低，對有大量DCS終端的系統(tǒng)下行確認(rèn)幀按照傳統(tǒng)一次接收一次確認(rèn)的方法傳輸確認(rèn)信息，大量占用信道資源，這大大限制了單位時間對地面DCP接收數(shù)據(jù)確認(rèn)的數(shù)量，其通信質(zhì)量也容易受到信道條件的影響，發(fā)生擁塞、丟包重傳等現(xiàn)象，所以必須針對其確認(rèn)信息特偵進(jìn)行分析，設(shè)計適合多終端DCS的數(shù)據(jù)確認(rèn)幀格式以及相應(yīng)的確認(rèn)方法，進(jìn)而對DCS數(shù)據(jù)確認(rèn)過程進(jìn)行優(yōu)化。
[0004]對于幀格式的設(shè)計，通常需要考慮幀序列號、確認(rèn)號、頭長度、標(biāo)志位、目的標(biāo)示(ID)、保留域和校驗位等，由于DCS下行鏈路傳輸速率小，但其DCP數(shù)量眾多，在DCS中應(yīng)盡量在保證下行確認(rèn)功能完備的基礎(chǔ)上設(shè)計較短的幀，降低確認(rèn)幀平均發(fā)送時間。
[0005]傳統(tǒng)確認(rèn)方法是對地面DCP數(shù)據(jù)進(jìn)行依次確認(rèn)，隨著DCP數(shù)量的變大，確認(rèn)時間也呈線性增加，DCS衛(wèi)星過頂時間大約是20分鐘，這限制了地面DCP的數(shù)量。針對DCS特點，采用新的下行鏈路確認(rèn)方式，降低確認(rèn)時間。首先設(shè)計群確認(rèn)方案，由于衛(wèi)星波束覆蓋范圍大，適合用組播進(jìn)行群傳播傳輸，對需要確認(rèn)的DCP信息進(jìn)行存儲，分組確認(rèn)，設(shè)計組播通信模式可以提高一次傳輸確認(rèn)信息的DCP。其次設(shè)計進(jìn)一步壓縮幀長度的，變長壓縮優(yōu)化技術(shù)，壓縮優(yōu)化的方法種類繁多，這里利用DCP ID的信息冗余，能使用一定的編碼壓縮方法將下行幀進(jìn)行壓縮，減少每一幀傳輸占用的信道資源。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明設(shè)計了一種可變長下行鏈路確認(rèn)幀變長編碼結(jié)構(gòu)，由業(yè)務(wù)標(biāo)示、變長編碼方式標(biāo)示、可變長的DCP標(biāo)示(ID)位和數(shù)據(jù)信息字標(biāo)示組成。
[0007]本發(fā)明實施提供了一種下行鏈路確認(rèn)幀傳輸方法，能對DCP數(shù)據(jù)的確認(rèn)過程進(jìn)行
分組管理，組播、單播結(jié)合，提高傳輸效率，實現(xiàn)簡單。
[0008]本發(fā)明實施提供一種由比特壓縮、幅度編碼、變長壓縮編碼三種方法聯(lián)合的下行鏈路確認(rèn)幀壓縮優(yōu)化方法，壓縮下行鏈路確認(rèn)幀長度。4【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明設(shè)計的可變長下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀格式；
[0010]圖2為本發(fā)明實現(xiàn)DCS下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀傳輸方案示意圖。
5【具體實施方式】
[0011]A.下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀格式設(shè)計
[0012]本發(fā)明設(shè)計了一種可變長下行鏈路確認(rèn)幀格式，設(shè)計業(yè)務(wù)標(biāo)示位標(biāo)示的含義，設(shè)計可變長ID標(biāo)示位長度以及數(shù)據(jù)信息字表示位的含義。
[0013]本發(fā)明提出了一種可變長巾貞結(jié)構(gòu)，一個dcs系統(tǒng)dcp數(shù)量m個,貝U衛(wèi)星ID標(biāo)示需要「bg2(m)l位。如圖1下行鏈路確認(rèn)幀結(jié)構(gòu)所示，包括2比特業(yè)務(wù)標(biāo)示，2比特變長編碼方式標(biāo)示，O?「log3(m)1比特可變長度衛(wèi)星ID標(biāo)示和4比特的數(shù)據(jù)信息字。假設(shè)m為60000個，則可變長度衛(wèi)星ID標(biāo)示位為16位。
[0014]業(yè)務(wù)標(biāo)志位用于標(biāo)示單播、廣播、組播方式，如最高兩位為11，表示后面地址為組播地址；為00，后面的地址為單播地址；為01，所發(fā)消息即為廣播確認(rèn)消息等。借鑒IP子網(wǎng)掩碼的方式，通過群確認(rèn)或群查詢的方式，提高確認(rèn)或查詢的速率。
[0015]比特變長編碼方式標(biāo)示用于指定對于DCP ID的壓縮方法，如果標(biāo)示為00:去掉ID右邊O,標(biāo)示為01去掉ID左邊的O,標(biāo)示為10去掉ID右邊的I,標(biāo)示為11去掉標(biāo)示左邊的
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[0016]衛(wèi)星ID標(biāo)示設(shè)計為可變長類型，通過設(shè)計的編碼優(yōu)化方法，能夠?qū)⑿l(wèi)星ID標(biāo)示的長度壓縮在O?16比特之間，這樣就將下行鏈路確認(rèn)幀的長度壓縮。
[0017]數(shù)據(jù)信息字設(shè)置為4位，表示衛(wèi)星對DCP的指令，如0111表示接收完畢，0110表示重傳，0101表示同意接入，0110表示拒絕接入，0100表示非緊急業(yè)務(wù)發(fā)送完當(dāng)前數(shù)據(jù)后停止接入，0101表示如有空閑信道非緊急業(yè)務(wù)可以接入，0010表示發(fā)送自身狀態(tài)信息給衛(wèi)星，最高位為保留位，可用于詢問DCP, 1001表示要求向衛(wèi)星發(fā)送信息。
[0018]B.下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀高速傳輸方案
[0019]本發(fā)明實施提供了一種下行鏈路確認(rèn)幀傳輸方法，能對DCP數(shù)據(jù)的確認(rèn)過程進(jìn)行分組管理，組播、單播結(jié)合，并根據(jù)編碼理論，采取由比特壓縮、幅度編碼、變長壓縮編碼三種方法聯(lián)合的下行鏈路確認(rèn)幀壓縮優(yōu)化方法，壓縮下行鏈路確認(rèn)幀長度。
[0020]引入組播，終端可以通過業(yè)務(wù)標(biāo)示識別這是一個組播幀還是一個單播幀，對于編碼，則需要在衛(wèi)星內(nèi)增加存儲和計算單元，當(dāng)衛(wèi)星運行到數(shù)據(jù)采集區(qū)域，需要下行傳輸確認(rèn)數(shù)據(jù)幀的時候，首先對于加入組播組中的DCP按照組播傳輸，然后對其余未在組播中且需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集確認(rèn)的DCP，進(jìn)行單播傳輸，并對單播傳輸?shù)膸M(jìn)行壓縮編碼處理。在DCP端，也應(yīng)引入一定的信號處理單元，使得其能夠接收到信號識別組播幀和單播幀，并對單播幀進(jìn)行譯碼處理。
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施方案。如圖2所示實現(xiàn)DCS下行鏈路確認(rèn)幀方案的具體步驟如下:
[0022]步驟201、衛(wèi)星接收到DCP數(shù)據(jù)之后，將待確認(rèn)DCP ID存入ID池中，并對DCP ID按照需要確認(rèn)的種類例如確認(rèn)接收完畢、確認(rèn)重傳、確認(rèn)拒絕接入、確認(rèn)請求發(fā)送等進(jìn)行分類整理，等待進(jìn)一步的處理；
[0023]步驟202、以幀長時間為單位，分析當(dāng)前ID池中適合進(jìn)行多播還是單播，將適合多播的分為一組，如果暫時未有多播幀需要處理，則進(jìn)行單播幀的發(fā)送。由于多播幀一次確認(rèn)的DCP數(shù)量多，優(yōu)先發(fā)送多播幀；
[0024]步驟203、對適合廣播的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行廣播發(fā)送，例如要求衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)所有DCP向衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)，則啟用廣播下行鏈路進(jìn)行通知確認(rèn)，當(dāng)DCP接收到衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)前2位是01的時候，確認(rèn)這是一個廣播幀，對其數(shù)據(jù)信息字進(jìn)行處理；
[0025]步驟204、對適合組播的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行組播發(fā)送，并將業(yè)務(wù)標(biāo)示為設(shè)置為11，例如在ID標(biāo)示為16位時，發(fā)送:11 (組播標(biāo)示)1111111111111111111000 (ID標(biāo)示)1001 (確認(rèn)字)表示的含義為:需要DCP ID為1111111111111000到1111111111111111的用戶向衛(wèi)星發(fā)送信息，也可以采用相同的方式，通過I條指令就可以實現(xiàn)多個信道的確認(rèn)。DCP接收到幀的時候，如果前兩位是11則進(jìn)入組播過程，根據(jù)ID信息判別自己是否在多播組里，如果在則對其數(shù)據(jù)信息字進(jìn)行處理；
[0026]步驟205、對單播下行鏈路確認(rèn)幀進(jìn)行變長編碼，在DCP ID中存在左右兩端有多個O和多個I的情況，如果ID右邊O比較多，則設(shè)置比特變長編碼方式標(biāo)示為00，去掉ID右邊的0，如果ID左邊O比較多則設(shè)置為01，去掉ID左邊的0，如果ID右邊I比較多則設(shè)置為10，去掉ID右邊的1，如果ID左邊I比較多則設(shè)置為11，去掉ID左邊的I ;
[0027]步驟206、對單播下行鏈路確認(rèn)幀進(jìn)行比特壓縮，采用比特壓縮的算法將下行數(shù)據(jù)的比特進(jìn)行壓縮，映射為固定長度較小的二進(jìn)制值，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。但是采用比特壓縮的方法不能通過算法恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)，但是可以通過查表等方法恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)。例如，利用哈希算法將任意長度的二進(jìn)制值映射為固定長度較小的二進(jìn)制值；
[0028]步驟207、對單播下行鏈路確認(rèn)幀進(jìn)行幅度編碼，將每4位為一組，映射到幅度上。如利用歸一化表不:1111表不電壓幅度IV, 1110表不電壓幅度為15/16V, 1100表不電壓為
14/16V，......，0001表示電壓為1/16V，0000為表示電壓為0V，這樣就可以將幀中ID的長
度壓縮為四分之一。
[0029]步驟208、對編碼后的確認(rèn)幀進(jìn)行調(diào)制發(fā)送。
[0030]從上述過程可以看出，首先在衛(wèi)星上建立了待確認(rèn)DCP ID池，當(dāng)DCS下行鏈路確認(rèn)幀適合群傳輸?shù)臅r候，選擇組播或者廣播進(jìn)行群傳輸，可以降低傳統(tǒng)衛(wèi)星下行鏈路依次確認(rèn)的時間。設(shè)立待確認(rèn)DCP ID池，對于DCP傳輸數(shù)量大的情況，能更靈活的發(fā)送確認(rèn)消息，降低確認(rèn)信息因為擁塞造成的丟包率。對于單播中引入的變長編碼，在考慮一次傳輸?shù)腎D出現(xiàn)多個O或多個I的情況，用2比特信息就可以替代，實現(xiàn)簡單。
[0031]本發(fā)明在傳統(tǒng)DCS下行鏈路確認(rèn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于多播與單播結(jié)合的混合確認(rèn)模式，并將變長編碼、比特壓縮與幅度調(diào)制相結(jié)合提高了 DCS下行確認(rèn)的速率。所有操作均有軟件完成，編碼實現(xiàn)簡單，可行性高。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DCS)下行數(shù)據(jù)確認(rèn)幀傳輸方案，其特征在于動態(tài)調(diào)整衛(wèi)星與地面數(shù)據(jù)采集平臺(DCP)數(shù)據(jù)確認(rèn)幀的傳輸通信模式，該方法包括: 設(shè)計一種適合DCS衛(wèi)星鏈路下行數(shù)據(jù)確認(rèn)信息的可變長幀格式。 設(shè)計一種DCS下行確認(rèn)幀組播與單播并用，比特壓縮、幅度編碼、變長壓縮編碼結(jié)合壓縮中貞長的傳輸方案。
2.如權(quán)利要求1所述的一種變長下行鏈路確認(rèn)幀的設(shè)計方案，由可變長幀格式，幀格式由業(yè)務(wù)標(biāo)示、比特可變長的衛(wèi)星標(biāo)示(ID)位和數(shù)據(jù)信息字標(biāo)示組成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種DCS下行確認(rèn)幀傳輸方案，其特征在于，衛(wèi)星接收來自DCP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并依據(jù)DCP ID和確認(rèn)信息分組，對DCP進(jìn)行確認(rèn)反饋，將DCP的ID信息連續(xù)的分為一組，將DCP的ID信息不連續(xù)的分為另一組，對其進(jìn)行分別處理。將DCP的ID信息連續(xù)的那一組作為一個子網(wǎng)分組，衛(wèi)星發(fā)送類似子網(wǎng)掩碼的衛(wèi)星ID確認(rèn)示幀，進(jìn)行組播傳輸。否則進(jìn)行單播傳輸，單播中對DCP ID信息分散的，采取加入比特壓縮、幅度編碼、變長壓縮編碼三種方法組合的編碼壓縮技術(shù)的形式傳輸。
【文檔編號】H04B7/185GK103780348SQ201410031081
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】張琦, 忻向軍, 田清華, 劉博 , 王擁軍, 張麗佳, 李逍, 樊俊南, 陳天雙, 楊澍, 李偉斌, 齊小航 申請人:北京郵電大學(xué)