專利名稱：基于單路單載波時(shí)分多址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單路單載波時(shí)分多址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作方法，屬于衛(wèi)星 通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地面移動(dòng)通信網(wǎng)是目前廣泛使用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，但是，在發(fā)生國(guó)家軍事行為或 突發(fā)地震或其它公共類災(zāi)害的情況下，如果地震等災(zāi)害造成地面設(shè)施被嚴(yán)重毀壞，或者在 網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)，都會(huì)造成嚴(yán)重的通信障礙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其通信能力。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 以其能夠不受各種自然災(zāi)害的影響，可以進(jìn)行全天候、全天時(shí)通信的優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的 應(yīng)用。VSAT(Very Small Aperture Terminal)是中國(guó)應(yīng)用最廣泛的一種衛(wèi)星通信。VSAT 是甚小口徑衛(wèi)星通信終端，通常是指終端天線口徑在1. 2 2. 8米的衛(wèi)星通信地球站，也稱 為衛(wèi)星小數(shù)據(jù)站(小站)或個(gè)人地球站(PES)。VSAT的星形組網(wǎng)方式是由一個(gè)主站(通常 是位于中心城市的樞紐站)和若干個(gè)VSAT小站(遠(yuǎn)端用戶終端站)組成，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有小站 都與主站建立直接通信鏈路，可直接通過(guò)衛(wèi)星(小站-衛(wèi)星-主站)溝通聯(lián)絡(luò)。但是，各個(gè) 小站之間不能直接通信，必須經(jīng)過(guò)主站轉(zhuǎn)接，按照“小站_衛(wèi)星-主站_衛(wèi)星-小站”方式 構(gòu)成通信鏈路。因此，各個(gè)小站之間的通信鏈路要兩次通過(guò)衛(wèi)星，經(jīng)過(guò)““雙跳”才能連通，所以傳 輸時(shí)延比較長(zhǎng)。另外，VSAT中的主站在衛(wèi)星組網(wǎng)時(shí)就已經(jīng)確定，一般選取位于中心城市的 樞紐站。但是，當(dāng)有優(yōu)先級(jí)更高的小站進(jìn)入該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時(shí)，此時(shí)的主站并不是最優(yōu)的，且當(dāng) 主站失效時(shí)，該衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)極可能崩潰。所以，如何對(duì)VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作方法進(jìn) 行改進(jìn)，就成為業(yè)內(nèi)科技人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于單路單載波時(shí)分多址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的 工作方法，本發(fā)明是在衛(wèi)星通信網(wǎng)的星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用低成本的單載波方式實(shí)現(xiàn)了 自組織的衛(wèi)星通信功能。該方法較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，具有“單跳”通信、自組織 組網(wǎng)和低成本通信等優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于單路單載波時(shí)分多址的衛(wèi)星通信 系統(tǒng)的工作方法，實(shí)施該方法的衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)有同步衛(wèi)星、多個(gè)地面基站以及衛(wèi)星與各 個(gè)地面基站之間的星地鏈路，并采用自組織網(wǎng)絡(luò)的“單跳”通信方式；其特征在于，所述方法 包括下述操作步驟(1)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)初始建立時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的所有地面基站競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站；然后， 臨時(shí)中心基站用點(diǎn)名方式獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有地面基站信息臨時(shí)中心基站發(fā)出點(diǎn)名請(qǐng)求，各 個(gè)地面基站接收到點(diǎn)名請(qǐng)求后，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式完成點(diǎn)名響應(yīng)；(2)臨時(shí)中心基站根據(jù)收集到的該網(wǎng)絡(luò)中所有地面基站信息，執(zhí)行中心基站選舉算法，選舉出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)中心基站；(3)臨時(shí)中心基站將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給中心基站，即將其收集到的所有地面基站信息 都通知中心基站；此時(shí)，除去中心基站的其他地面基站都被稱為普通地面基站；(4)中心基站調(diào)度和管理整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空鏈路資源，控制網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行中 心基站先執(zhí)行包括控制時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙的TDMA幀時(shí)隙分配操作，然后，每隔設(shè)定時(shí)間，中 心基站與普通地面基站都執(zhí)行各自基站的?；羁刂撇僮?，中心基站還要執(zhí)行包括數(shù)據(jù)時(shí)隙 的分配、新地面基站的加入和地面基站的離開(kāi)的各項(xiàng)控制操作。本發(fā)明方法具有下述優(yōu)點(diǎn)(1) “單跳”通信與VSAT的小站之間通過(guò)“雙跳”的通信方法不同，本發(fā)明采用單 路單載波的時(shí)分多址方式，允許任意兩個(gè)上星基站在它們各自的時(shí)隙內(nèi)直接通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行 通信，由此實(shí)現(xiàn)了 “單跳”通信方法。(2)自組織組網(wǎng)與VSAT中始終使用固定的主站方式不同，本發(fā)明衛(wèi)星通信的工 作方法無(wú)論是在網(wǎng)絡(luò)初始建立階段，還是網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行階段有新的基站加入時(shí)，始終都是 自組織地選舉最優(yōu)上星地面基站成為中心基站，即主站；并且當(dāng)主站失效時(shí)，又重新進(jìn)行自 組織的主站選舉，保證通訊暢通。(3)低成本通信本發(fā)明采用單路單載波的時(shí)分多址方式，使得衛(wèi)星通信過(guò)程中 始終只用一個(gè)載波，每個(gè)上星地面基站都是在自己的時(shí)隙內(nèi)使用該唯一的載波傳輸信息； 因此，在衛(wèi)星信道資源有限的情況下，申請(qǐng)一路載波的費(fèi)用就相對(duì)較低，由此實(shí)現(xiàn)了低成本 的衛(wèi)星通信。本發(fā)明是基于單路單載波時(shí)分多址的實(shí)現(xiàn)自組織衛(wèi)星通信的工作方法，其技術(shù)創(chuàng) 新之處是使用時(shí)分多址方式采用低成本的單載波完成衛(wèi)星通信過(guò)程，所有上星地面基站 在各自的時(shí)隙內(nèi)使用一個(gè)載波即可完成通信，既避免了通信沖突又降低了通信成本；另一 創(chuàng)新之處是，始終選取最優(yōu)的上星地面基站成為中心基站，當(dāng)有新的基站加入或者中心基 站失效時(shí)，都會(huì)重新選舉中心基站，以此保證衛(wèi)星通信網(wǎng)始終在最優(yōu)中心基站的控制下有 條不紊的工作。本發(fā)明方法的構(gòu)思新穎、簡(jiǎn)單、實(shí)用，可同時(shí)提高頻帶的利用率和實(shí)現(xiàn)可靠通信， 該衛(wèi)星通信的工作方法可拓展用于所有需要通過(guò)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信的場(chǎng)合。其主要特點(diǎn)是有 效控制地面基站的加入與退出，具有自組織特性；通過(guò)地面基站和衛(wèi)星的通信，可實(shí)現(xiàn)跨地 區(qū)的通信保證，具有天地一體化結(jié)構(gòu)；采用單路單載波時(shí)分多址的共享信道方式，頻帶實(shí)現(xiàn) 了高效利用；另外，操作步驟簡(jiǎn)單，易于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。因此本發(fā)明與其他衛(wèi)星通信網(wǎng)相比較，具 有很多優(yōu)勢(shì)，且實(shí)現(xiàn)成本低廉，具有較好的推廣應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明單路單載波時(shí)分多址的自組織衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明工作方法的總體流程圖。圖3是所有地面基站競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站的基本流程圖。圖4是臨時(shí)中心基站點(diǎn)名的基本流程圖。圖5是最優(yōu)中心基站選舉的基本流程圖。圖6是中心基站的TDMA幀時(shí)隙分配示意圖。
圖7是TDMA幀中控制時(shí)隙分配示意圖。圖8是中心基站?；畹幕玖鞒虉D。圖9是普通地面基站保活的基本流程圖。圖10是中心基站數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方法示意圖。圖11是新基站加入的基本流程圖。圖12是基站離開(kāi)的基本流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖1和圖2，介紹本發(fā)明方法所基于的衛(wèi)星通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成及其工作方法的 總體流程。本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)基于如下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)同步衛(wèi)星、多個(gè)地面基站以及衛(wèi)星與各個(gè) 地面基站之間的星地鏈路。本發(fā)明基于單路單載波時(shí)分多址的實(shí)現(xiàn)自組織的衛(wèi)星通信的工作方法可分為下 述四個(gè)操作步驟步驟1、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)初始建立時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的所有地面基站競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站；然 后，臨時(shí)中心基站用點(diǎn)名方式獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有地面基站信息臨時(shí)中心基站發(fā)出點(diǎn)名請(qǐng)求， 各個(gè)地面基站接收到點(diǎn)名請(qǐng)求后，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式完成點(diǎn)名響應(yīng)。步驟2、臨時(shí)中心基站根據(jù)收集到的該網(wǎng)絡(luò)中所有地面基站信息，執(zhí)行中心基站選 舉算法，選舉出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)中心基站。步驟3、臨時(shí)中心基站將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給中心基站，即將其收集到的所有地面基站信 息都通知中心基站；此時(shí)，除去中心基站的其他地面基站都被稱為普通地面基站。步驟4、中心基站調(diào)度和管理整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空鏈路資源，控制網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行 中心基站先執(zhí)行包括控制時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙的TDMA幀時(shí)隙分配操作，然后，每隔設(shè)定時(shí)間， 中心基站與普通地面基站都執(zhí)行各自基站的?；羁刂撇僮?，中心基站還要執(zhí)行包括數(shù)據(jù)時(shí) 隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的離開(kāi)的各項(xiàng)控制操作。下面再對(duì)上述四個(gè)步驟分別進(jìn)行詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖3 圖4，描述本發(fā)明方法的步驟1，即所有地面基站競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站和 臨時(shí)中心基站點(diǎn)名的基本流程。該步驟1包括下述具體操作內(nèi)容(11)網(wǎng)絡(luò)初始建立時(shí)，每個(gè)地面基站發(fā)送競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站消息；(12)根據(jù)載波檢測(cè)多路訪問(wèn)CSMA與沖突檢測(cè)CD協(xié)議執(zhí)行競(jìng)爭(zhēng)流程操作在每個(gè) 地面基站的監(jiān)聽(tīng)和退避過(guò)程中，如果某個(gè)地面基站接收到另一個(gè)地面基站的載波，且在此 后該信道的最大單程端到端傳輸時(shí)延τ的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，則認(rèn)為臨時(shí)中心基站 已經(jīng)產(chǎn)生，該某個(gè)地面基站就不再發(fā)送載波并退出競(jìng)爭(zhēng)；如果某個(gè)地面基站在發(fā)送載波后 的2 τ時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，則認(rèn)為該地面基站自身發(fā)送的載波已被其他所有地面基 站正確接收，則該發(fā)送載波的地面基站就成為臨時(shí)中心基站；此時(shí)，除去臨時(shí)中心基站以外 的其他地面基站都被稱為普通地面基站；(13)臨時(shí)中心基站一旦選出，就開(kāi)始執(zhí)行點(diǎn)名請(qǐng)求臨時(shí)中心基站每隔設(shè)定時(shí)間廣播點(diǎn)名請(qǐng)求消息，該消息經(jīng)由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)被網(wǎng)絡(luò)中的所有普通地面基站接收；(14)普通地面基站接收到點(diǎn)名請(qǐng)求消息后，采用CSMA與⑶協(xié)議返回點(diǎn)名響應(yīng)消 息；(15)臨時(shí)中心基站成功接收到某個(gè)地面基站的點(diǎn)名響應(yīng)消息后，保存該地面基站 信息，然后發(fā)送點(diǎn)名確認(rèn)消息，告知點(diǎn)名結(jié)果；此后，該地面基站就不再響應(yīng)臨時(shí)中心基站 的點(diǎn)名消息；(16)臨時(shí)中心基站按照上述步驟(13) (15)繼續(xù)對(duì)其他普通地面基站執(zhí)行點(diǎn)名 請(qǐng)求，如果臨時(shí)中心基站在發(fā)送點(diǎn)名消息后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到衛(wèi)星信道“忙”，則認(rèn) 為該系統(tǒng)已經(jīng)沒(méi)有未被點(diǎn)名的地面基站，結(jié)束點(diǎn)名流程。需要說(shuō)明的是步驟(13)和(16)中的設(shè)定時(shí)間都是該衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)可容納的最 大上星基站數(shù)η與信道上最大單程端到端傳輸時(shí)延τ的乘積ηΧ τ ，其中，τ的經(jīng)驗(yàn)數(shù) 值為250ms。參見(jiàn)圖5，描述本發(fā)明方法的步驟2，即最優(yōu)中心基站選舉的基本流程。該步驟2 包括下述具體操作內(nèi)容(21)經(jīng)過(guò)臨時(shí)中心基站的點(diǎn)名過(guò)程，臨時(shí)中心基站獲知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有地面基站的各 種信息，包括每個(gè)地面基站的優(yōu)先級(jí)和GPS位置；(22)臨時(shí)中心基站先任意取出兩個(gè)地面基站信息并比較其優(yōu)先級(jí)，若兩個(gè)地面基 站的優(yōu)先級(jí)不同，則選出優(yōu)先級(jí)較高的地面基站作為該次比較的優(yōu)勝基站；否則，根據(jù)GPS 信息，計(jì)算所有其他地面基站分別到達(dá)該兩個(gè)基站的距離和，從中選出距離和最小的地面 基站作為該次比較的優(yōu)勝基站；(23)再取出下一個(gè)地面基站信息，重復(fù)執(zhí)行上述步驟(22)的比較操作，直至選擇 出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)中心基站。參見(jiàn)圖6 圖12，分別描述本發(fā)明方法的步驟4，即中心基站控制網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行所 涉及的全部流程。該步驟4包括下述具體操作內(nèi)容(41)中心基站執(zhí)行TDMA幀時(shí)隙的分配操作為所有地面基站和自己分配控制時(shí) 隙、競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙，以便以后所有地面基站都在各自的控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送控制消息。下 面參見(jiàn)圖6和圖7，分別介紹描述中心基站對(duì)TDMA幀的時(shí)隙分配示意和TDMA幀中控制時(shí) 隙的分配情況，即步驟(41)的操作內(nèi)容是中心基站將衛(wèi)星鏈路資源劃分為多個(gè)均分的時(shí) 隙，再讓所有地面基站以每個(gè)幀長(zhǎng)為周期的時(shí)分多址方式復(fù)用信道將每個(gè)幀長(zhǎng)劃分為控 制時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙，其中用于發(fā)送控制信息的控制時(shí)隙，又按照不同功能細(xì)分為中心基站 的控制時(shí)隙、普通地面基站的控制時(shí)隙和競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙；中心基站的控制時(shí)隙也分為兩種發(fā) 送中心基站的?；钚畔⒉⒑锌刂茣r(shí)隙分配信息的第一控制時(shí)隙REF1，以及包括新基站的 接入確認(rèn)、基站的離開(kāi)確認(rèn)、數(shù)據(jù)時(shí)隙分配信息或其它信息的第二控制時(shí)隙REF2 ；普通地 面基站的控制時(shí)隙S1 Sn用于發(fā)送各個(gè)地面基站包括數(shù)據(jù)時(shí)隙申請(qǐng)、基站的離開(kāi)請(qǐng)求、基 站的?；钚畔⒌南嚓P(guān)信息，式中，自然數(shù)下標(biāo)是地面基站的序列號(hào)，其最大值是η。競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙 Cj用于新加入的各個(gè)基站發(fā)送其接入請(qǐng)求信息，式中，自然數(shù)下標(biāo)j是新加入的地面基站的 序列號(hào)。數(shù)據(jù)時(shí)隙用于各個(gè)上星地面基站的數(shù)據(jù)發(fā)送。參見(jiàn)圖8，介紹本發(fā)明方法在步驟(42)中執(zhí)行衛(wèi)星通信網(wǎng)的中心基站?；畹目刂?情況
(42)分配控制時(shí)隙后，中心基站每隔設(shè)定時(shí)間(即TDMA幀的一個(gè)幀長(zhǎng))在自己的 控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送?；钕?，以便該中心基站退出或失效時(shí)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的普通地面基站 能及時(shí)獲取該信息；若普通地面基站在設(shè)定時(shí)間(即TDMA幀的一個(gè)幀長(zhǎng))內(nèi)未收到中心基 站的保活消息，則認(rèn)為中心基站已經(jīng)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；然后，留存的所有地面基站執(zhí)行步驟(1)和 (2)的競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站、點(diǎn)名和選舉最優(yōu)中心基站的操作，盡快選舉新的中心基站來(lái)取代 失效基站，由新的中心基站維持系統(tǒng)的正常通信。參見(jiàn)圖9，介紹本發(fā)明方法在步驟(43)中執(zhí)行普通地面基站?；畹目刂魄闆r(43)中心基站分配控制時(shí)隙后，所有普通地面基站都每隔設(shè)定時(shí)間(S卩TDMA幀的 一個(gè)幀長(zhǎng))分別在各自的控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送?；钕ⅲ韵蚱渌孛婊靖嬷约禾幱诠ぷ?狀態(tài)；如果在設(shè)定時(shí)間(即TDMA幀的一個(gè)幀長(zhǎng))內(nèi)，其他地面基站沒(méi)有接收到某個(gè)普通地 面基站的?；钕ⅲ驼J(rèn)為該普通地面基站已經(jīng)離開(kāi)系統(tǒng)，然后其他地面基站執(zhí)行資源刪 除的處理在下一個(gè)幀的開(kāi)始時(shí)間，刪除該普通地面基站信息。下面分別介紹本發(fā)明方法的步驟4，即中心基站控制網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行所選擇執(zhí)行的 其它各種操作流程步驟44 步驟46。先參見(jiàn)圖10，介紹步驟(44)的中心基站數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方法的操作流程。(44)當(dāng)普通地面基站之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，先向中心基站請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)隙；中 心基站接到請(qǐng)求后，采用數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方法為請(qǐng)求基站分配數(shù)據(jù)時(shí)隙，以供完成數(shù)據(jù)傳輸。 該步驟(44)中，數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方法為中心基站先將總的數(shù)據(jù)時(shí)隙根據(jù)不同類型的通信業(yè) 務(wù)劃分為設(shè)定數(shù)量的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙和設(shè)定數(shù)量的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙，再對(duì)每種業(yè)務(wù)時(shí)隙采用 下述分配策略(441)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙的分配，即流時(shí)隙的分配方法是若普通地面基站本次申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)大于原來(lái)分配給該地面基站的流時(shí)隙數(shù)時(shí)， 則原來(lái)分配給該地面基站的流時(shí)隙數(shù)保持不變，然后在全部流時(shí)隙中未使用的剩余空閑時(shí) 隙中，分配該地面基站所需求的申請(qǐng)數(shù)，即其申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)與原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)的差； 若剩余空閑時(shí)隙數(shù)小于該地面基站所需求的申請(qǐng)數(shù)，則先將全部剩余空閑時(shí)隙數(shù)都分配給 該地面基站后，再分配非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙來(lái)滿足其中還欠缺的部分申請(qǐng)數(shù)；若申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)等于原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)時(shí)，則將原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)作為本 次分配結(jié)果；若申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)小于原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)時(shí)，則先給該地面基站分配其申請(qǐng)的 流時(shí)隙數(shù)，再把原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)與本次分配的流時(shí)隙數(shù)的差都添加到流時(shí)隙的剩余空 閑時(shí)隙中；(442)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)隙分配，即非流時(shí)隙的分配方法是先記錄已分配非流時(shí) 隙的基站數(shù)，將非流時(shí)隙全部清零；再對(duì)所有申請(qǐng)非流時(shí)隙的基站執(zhí)行均分；然后將均分 后剩余的非流時(shí)隙重點(diǎn)分配給缺口大的地面基站；具體過(guò)程為設(shè)全部非流時(shí)隙數(shù)為X，所 有申請(qǐng)非流時(shí)隙的基站數(shù)為Y，每個(gè)地面基站申請(qǐng)的非流時(shí)隙數(shù)為N，則平均分配非流時(shí)隙 后，每個(gè)地面基站得到的非流時(shí)隙數(shù)為Z = X/Y，此時(shí)出現(xiàn)下述三種情況若N = Z時(shí)，則該地面基站接受均分結(jié)果的Z個(gè)時(shí)隙；若N > Z時(shí)，則對(duì)該地面基站做數(shù)據(jù)量大的標(biāo)志，因已給其分配Z個(gè)時(shí)隙，該地面 基站未能滿足的非流時(shí)隙數(shù)Iii = N-Z，式中，自然數(shù)下標(biāo)i是數(shù)據(jù)量大的地面基站的序號(hào)；這樣，均分后的所有地面基站未能滿足的非流時(shí)隙總數(shù)為SUM =Σ η,；若N < Z時(shí)，則給該地面基站分配申請(qǐng)數(shù)N個(gè)時(shí)隙，再將全部非流時(shí)隙分配后的剩 余非流時(shí)隙數(shù)M匯總，以供重點(diǎn)分配給數(shù)據(jù)缺口大的地面基站；即每個(gè)數(shù)據(jù)量大的地面基
站分配到的時(shí)隙數(shù)為G = RX^7，依次給每個(gè)數(shù)據(jù)缺口大的地面基站進(jìn)行分配，直到分
SUM
完為止。再參見(jiàn)圖11，介紹步驟(45)的新地面基站加入衛(wèi)星通信系統(tǒng)的操作流程。(45)在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運(yùn)行正常的情況下，如果有新基站加入時(shí)，新基站在當(dāng) 前網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙內(nèi)向中心基站發(fā)送接入請(qǐng)求；新基站接入后，中心基站與新基站執(zhí)行中 心基站選舉算法，重新選舉最優(yōu)中心基站，并且由新的中心基站負(fù)責(zé)調(diào)度和管理整個(gè)時(shí)空 鏈路資源。該步驟包括下述具體操作內(nèi)容(451)要求加入網(wǎng)絡(luò)的新地面基站在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙內(nèi)向中心基站發(fā)送接入 請(qǐng)求；(452)中心基站收到新地面基站的接入請(qǐng)求后，先記錄該地面基站信息，然后執(zhí)行 最優(yōu)中心基站選舉算法選舉當(dāng)前最優(yōu)的中心基站；若中心基站仍為當(dāng)前最優(yōu)，則執(zhí)行后續(xù) 步驟(453)；否則，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟(454)；(453)中心基站為該新加入地面基站分配控制時(shí)隙，并將接入確認(rèn)消息及控制時(shí) 隙分配信息通知該新加入地面基站后，網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)正常運(yùn)行；(454)當(dāng)前中心基站將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給該新加入地面基站，由該新加入地面基站作 為最優(yōu)中心基站控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。最后參見(jiàn)圖12，介紹步驟(46)的普通地面基站主動(dòng)離開(kāi)衛(wèi)星通信網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。(46)在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前正常運(yùn)行的情況下，如果有地面基站離開(kāi)時(shí)，該地面基 站先在自己的控制時(shí)隙內(nèi)向中心基站發(fā)送離開(kāi)請(qǐng)求，在得到中心基站的允許后，該地面基 站方可安全離開(kāi)系統(tǒng)。所述步驟包括下列具體操作內(nèi)容(461)要求主動(dòng)離開(kāi)的某個(gè)地面基站在其控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送離開(kāi)通知；(462)其他普通地面基站接收到該地面基站的離開(kāi)通知后，刪除該地面基站信 息；(463)中心基站收到該地面基站的離開(kāi)通知后，收回其占用的控制時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí) 隙，然后向該基站發(fā)送離開(kāi)確認(rèn)響應(yīng)；這樣該要求主動(dòng)離開(kāi)的地面基站就能夠安全離開(kāi)系 統(tǒng)了。
權(quán)利要求
一種基于單路單載波時(shí)分多址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作方法，實(shí)施該方法的衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)有同步衛(wèi)星、多個(gè)地面基站以及衛(wèi)星與各個(gè)地面基站之間的星地鏈路，并采用自組織網(wǎng)絡(luò)的“單跳”通信方式；其特征在于，所述方法包括下述操作步驟(1)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)初始建立時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的所有地面基站競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站；然后，臨時(shí)中心基站用點(diǎn)名方式獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有地面基站信息臨時(shí)中心基站發(fā)出點(diǎn)名請(qǐng)求，各個(gè)地面基站接收到點(diǎn)名請(qǐng)求后，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式完成點(diǎn)名響應(yīng)；(2)臨時(shí)中心基站根據(jù)收集到的該網(wǎng)絡(luò)中所有地面基站信息，執(zhí)行中心基站選舉算法，選舉出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)中心基站；(3)臨時(shí)中心基站將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給中心基站，即將其收集到的所有地面基站信息都通知中心基站；此時(shí)，除去中心基站的其他地面基站都被稱為普通地面基站；(4)中心基站調(diào)度和管理整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空鏈路資源，控制網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行中心基站先執(zhí)行包括控制時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙的TDMA幀時(shí)隙分配操作，然后，每隔設(shè)定時(shí)間，中心基站與普通地面基站都執(zhí)行各自基站的?；羁刂撇僮鳎行幕具€要執(zhí)行包括數(shù)據(jù)時(shí)隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的離開(kāi)的各項(xiàng)控制操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(11)網(wǎng)絡(luò)初始建立時(shí)，每個(gè)地面基站發(fā)送競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站消息；(12)根據(jù)載波檢測(cè)多路訪問(wèn)CSMA與沖突檢測(cè)CD協(xié)議執(zhí)行競(jìng)爭(zhēng)流程操作在每個(gè)地 面基站的監(jiān)聽(tīng)和退避過(guò)程中，如果某個(gè)地面基站接收到另一個(gè)地面基站的載波，且在此后 該信道的最大單程端到端傳輸時(shí)延τ的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，則認(rèn)為臨時(shí)中心基站已 經(jīng)產(chǎn)生，該某個(gè)地面基站就不再發(fā)送載波并退出競(jìng)爭(zhēng)；如果某個(gè)地面基站在發(fā)送載波后的 2 τ時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，則認(rèn)為該地面基站自身發(fā)送的載波已被其他所有地面基站正 確接收，則該發(fā)送載波的地面基站就成為臨時(shí)中心基站；此時(shí)，除去臨時(shí)中心基站以外的其 他地面基站都被稱為普通地面基站；(13)臨時(shí)中心基站一旦選出，就開(kāi)始執(zhí)行點(diǎn)名請(qǐng)求臨時(shí)中心基站每隔設(shè)定時(shí)間廣播 點(diǎn)名請(qǐng)求消息，該消息經(jīng)由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)被網(wǎng)絡(luò)中的所有普通地面基站接收；(14)普通地面基站接收到點(diǎn)名請(qǐng)求消息后，采用CSMA與CD協(xié)議返回點(diǎn)名響應(yīng)消息；(15)臨時(shí)中心基站成功接收到某個(gè)地面基站的點(diǎn)名響應(yīng)消息后，保存該地面基站信 息，然后發(fā)送點(diǎn)名確認(rèn)消息，告知點(diǎn)名結(jié)果；此后，該地面基站就不再響應(yīng)臨時(shí)中心基站的 點(diǎn)名消息；(16)臨時(shí)中心基站按照上述步驟(13) (15)繼續(xù)對(duì)其他普通地面基站執(zhí)行點(diǎn)名請(qǐng) 求，如果臨時(shí)中心基站在發(fā)送點(diǎn)名消息后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到衛(wèi)星信道“忙”，則認(rèn)為 該系統(tǒng)已經(jīng)沒(méi)有未被點(diǎn)名的地面基站，結(jié)束點(diǎn)名流程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述設(shè)定時(shí)間是該衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)可容納 的最大上星基站數(shù)η與信道上最大單程端到端傳輸時(shí)延τ的乘積ηΧ τ ，其中，τ的經(jīng) 驗(yàn)數(shù)值為250ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(21)經(jīng)過(guò)臨時(shí)中心基站的點(diǎn)名過(guò)程，臨時(shí)中心基站獲知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有地面基站的各種信 息，包括每個(gè)地面基站的優(yōu)先級(jí)和GPS位置；(22)臨時(shí)中心基站先任意取出兩個(gè)地面基站信息并比較其優(yōu)先級(jí)，若兩個(gè)地面基站的優(yōu)先級(jí)不同，則選出優(yōu)先級(jí)較高的地面基站作為該次比較的優(yōu)勝基站；否則，根據(jù)GPS信 息，計(jì)算所有其他地面基站分別到達(dá)該兩個(gè)基站的距離和，從中選出距離和最小的地面基 站作為該次比較的優(yōu)勝基站；(23)再取出下一個(gè)地面基站信息，重復(fù)執(zhí)行上述步驟(22)的比較操作，直至選擇出當(dāng) 前網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)中心基站。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(4)進(jìn)一步包括下列選擇執(zhí)行 的操作內(nèi)容(41)中心基站執(zhí)行TDMA幀時(shí)隙的分配操作為所有地面基站和自己分配控制時(shí)隙、競(jìng) 爭(zhēng)時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙，以便以后所有地面基站都在各自的控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送控制消息；(42)分配控制時(shí)隙后，中心基站每隔設(shè)定時(shí)間在自己的控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送保活消息，以 便該中心基站退出或失效時(shí)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的普通地面基站能及時(shí)獲取該信息；若普通地 面基站在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未收到中心基站的保活消息，則認(rèn)為中心基站已經(jīng)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；然后，留 存的所有地面基站執(zhí)行步驟(1)和(2)的競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站、點(diǎn)名和選舉最優(yōu)中心基站的 操作，盡快選舉新的中心基站來(lái)取代失效基站，由新的中心基站維持系統(tǒng)的正常通信；(43)中心基站分配控制時(shí)隙后，所有普通地面基站都每隔設(shè)定時(shí)間分別在各自的控 制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送?；钕?，以向其他地面基站告知自己處于工作狀態(tài)；如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，其 他地面基站沒(méi)有接收到某個(gè)普通地面基站的?；钕?，就認(rèn)為該普通地面基站已經(jīng)離開(kāi)系 統(tǒng)，然后其他地面基站執(zhí)行資源刪除的處理在下一個(gè)幀的開(kāi)始時(shí)間，刪除該普通地面基站 fn息；(44)當(dāng)普通地面基站之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，先向中心基站請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)隙；中心基 站接到請(qǐng)求后，采用數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方法為請(qǐng)求基站分配數(shù)據(jù)時(shí)隙，以供完成數(shù)據(jù)傳輸；或(45)在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運(yùn)行正常的情況下，如果有新基站加入時(shí)，新基站在當(dāng)前網(wǎng) 絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙內(nèi)向中心基站發(fā)送接入請(qǐng)求；新基站接入后，中心基站與新基站執(zhí)行中心基 站選舉算法，重新選舉最優(yōu)中心基站，并且由新的中心基站負(fù)責(zé)調(diào)度和管理整個(gè)時(shí)空鏈路 資源；或(46)在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前正常運(yùn)行的情況下，如果有地面基站離開(kāi)時(shí)，該地面基站先 在自己的控制時(shí)隙內(nèi)向中心基站發(fā)送離開(kāi)請(qǐng)求，在得到中心基站的允許后，該地面基站方 可安全離開(kāi)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟(41)中，中心基站對(duì)TDMA幀 時(shí)隙的分配包括下列操作內(nèi)容中心基站將衛(wèi)星鏈路資源劃分為多個(gè)均分的時(shí)隙，再讓所 有地面基站以每個(gè)幀長(zhǎng)為周期的時(shí)分多址方式復(fù)用信道將每個(gè)幀長(zhǎng)劃分為控制時(shí)隙和數(shù) 據(jù)時(shí)隙，其中用于發(fā)送控制信息的控制時(shí)隙，又按照不同功能細(xì)分為中心基站的控制時(shí)隙、 普通地面基站的控制時(shí)隙和競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙；中心基站的控制時(shí)隙也分為兩部分用于發(fā)送中心 基站的保活信息并含有控制時(shí)隙分配信息的第一控制時(shí)隙，以及用于包括新基站的接入確 認(rèn)、基站的離開(kāi)確認(rèn)、數(shù)據(jù)時(shí)隙分配信息或其它信息的第二控制時(shí)隙；普通地面基站的控制 時(shí)隙用于發(fā)送各個(gè)地面基站包括數(shù)據(jù)時(shí)隙申請(qǐng)、基站的離開(kāi)請(qǐng)求、基站的保活信息的相關(guān) 信息；競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙用于新加入基站發(fā)送其接入請(qǐng)求信息；數(shù)據(jù)時(shí)隙用于各個(gè)上星地面基站的 數(shù)據(jù)發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟(42)和(43)中，設(shè)定時(shí)間是TDMA幀的一個(gè)幀長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)時(shí)隙分配方法為中心基站先將 總的數(shù)據(jù)時(shí)隙根據(jù)不同類型的通信業(yè)務(wù)劃分為設(shè)定數(shù)量的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙和設(shè)定數(shù)量的非 實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙，再對(duì)每種業(yè)務(wù)時(shí)隙采用下述分配策略；(441)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙的分配，即流時(shí)隙的分配方法是若普通地面基站本次申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)大于原來(lái)分配給該地面基站的流時(shí)隙數(shù)時(shí)，則 原來(lái)分配給該地面基站的流時(shí)隙數(shù)保持不變，然后在全部流時(shí)隙中未使用的剩余空閑時(shí)隙 中，分配該地面基站所需求的申請(qǐng)數(shù)，即其申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)與原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)的差；若 剩余空閑時(shí)隙數(shù)小于該地面基站所需求的申請(qǐng)數(shù)，則先將全部剩余空閑時(shí)隙數(shù)都分配給該 地面基站后，再分配非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙來(lái)滿足其中還欠缺的部分申請(qǐng)數(shù)；若申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)等于原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)時(shí)，則將原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)作為本次分 配結(jié)果；若申請(qǐng)的流時(shí)隙數(shù)小于原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)時(shí)，則先給該地面基站分配其申請(qǐng)的流時(shí) 隙數(shù)，再把原來(lái)分配的流時(shí)隙數(shù)與本次分配的流時(shí)隙數(shù)的差都添加到流時(shí)隙的剩余空閑時(shí) 隙中；(442)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)隙分配，即非流時(shí)隙的分配方法是先記錄已分配非流時(shí)隙的 基站數(shù)，將非流時(shí)隙全部清零；再對(duì)所有申請(qǐng)非流時(shí)隙的基站執(zhí)行均分；然后將均分后剩 余的非流時(shí)隙重點(diǎn)分配給缺口大的地面基站；具體過(guò)程為設(shè)全部非流時(shí)隙數(shù)為X，所有申 請(qǐng)非流時(shí)隙的基站數(shù)為Y，每個(gè)地面基站申請(qǐng)的非流時(shí)隙數(shù)為N，則平均分配非流時(shí)隙后， 每個(gè)地面基站得到的非流時(shí)隙數(shù)為Z = X/Y，此時(shí)出現(xiàn)下述三種情況若N = Z時(shí)，則該地面基站接受均分結(jié)果的Z個(gè)時(shí)隙；若N > Z時(shí)，則對(duì)該地面基站做數(shù)據(jù)量大的標(biāo)志，因已給其分配Z個(gè)時(shí)隙，該地面基站 未能滿足的非流時(shí)隙數(shù)Iii = N-Z,式中，自然數(shù)下標(biāo)i是數(shù)據(jù)量大的地面基站的序號(hào)；這樣， 均分后的所有地面基站未能滿足的非流時(shí)隙總數(shù)為SUM =Σ η,；若N < Z時(shí)，則給該地面基站分配申請(qǐng)數(shù)N個(gè)時(shí)隙，再將全部非流時(shí)隙分配后的剩余非 流時(shí)隙數(shù)M匯總，以供重點(diǎn)分配給數(shù)據(jù)缺口大的地面基站；即每個(gè)數(shù)據(jù)量大的地面基站分配到的時(shí)隙數(shù)為G = RX7^7，依次給每個(gè)數(shù)據(jù)缺口大的地面基站進(jìn)行分配，直到分完為SUM止。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟(45)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(451)要求加入網(wǎng)絡(luò)的新地面基站在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙內(nèi)向中心基站發(fā)送接入請(qǐng)求；(452)中心基站收到新地面基站的接入請(qǐng)求后，先記錄該地面基站信息，然后執(zhí)行最優(yōu) 中心基站選舉算法選舉當(dāng)前最優(yōu)的中心基站；若中心基站仍為當(dāng)前最優(yōu)，則執(zhí)行后續(xù)步驟 (453)；否則，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟(454)；(453)中心基站為該新加入地面基站分配控制時(shí)隙，并將接入確認(rèn)消息及控制時(shí)隙分 配信息通知該新加入地面基站后，網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)正常運(yùn)行；(454)當(dāng)前中心基站將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給該新加入地面基站，由該新加入地面基站作為最優(yōu)中心基站控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟(46)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(461)要求主動(dòng)離開(kāi)的某個(gè)地面基站在其控制時(shí)隙內(nèi)發(fā)送離開(kāi)通知；(462)其他普通地面基站接收到該地面基站的離開(kāi)通知后，刪除該地面基站信息；(463)中心基站收到該地面基站的離開(kāi)通知后，收回其占用的控制時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙，然 后向該基站發(fā)送離開(kāi)確認(rèn)響應(yīng)；這樣該要求主動(dòng)離開(kāi)的地面基站就能夠安全離開(kāi)系統(tǒng)了。
全文摘要
一種基于單路單載波時(shí)分多址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作方法，操作步驟如下(1)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)初始建立時(shí)，所有地面基站競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)中心基站；臨時(shí)中心基站則用點(diǎn)名方式獲取網(wǎng)絡(luò)各地面基站信息，進(jìn)行點(diǎn)名時(shí)，各地面基站用競(jìng)爭(zhēng)方式完成點(diǎn)名響應(yīng)；(2)臨時(shí)中心基站根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所有地面基站信息，選舉當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)中心基站；(3)臨時(shí)中心基站將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給中心基站，同時(shí)一并轉(zhuǎn)交各地面基站的信息；(4)中心基站管理整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空鏈路資源，控制網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行中心基站先分配TDMA幀時(shí)隙，且每隔設(shè)定時(shí)間，它與普通地面基站都執(zhí)行各自的保活控制，中心基站還要執(zhí)行包括數(shù)據(jù)時(shí)隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的離開(kāi)的各項(xiàng)控制操作。
文檔編號(hào)H04W84/06GK101908920SQ20101023729
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者劉元安, 唐碧華, 張洪光, 李娟莉, 白云飛, 胡鶴飛, 袁東明, 謝剛 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)