專利名稱：混合大氣激光通信系統(tǒng)中鏈路切換控制裝置及切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)鄰域，涉及大氣激光通信，特別涉及混合大氣激光通信系統(tǒng) 中的鏈路切換，可用于高速隱蔽通信、光纖鏈路備份和各種應(yīng)急通信或臨時通信。
背景技術(shù)：
大氣激光通信利用小功率紅外激光束為載體，以大氣為媒質(zhì)，可以在站點之間實 現(xiàn)高速通信。因為激光的波束寬度很小，通常只有零點幾到幾個毫弧度，使得信號光束難 以被截獲、竊聽，可以實現(xiàn)隱蔽通信；大氣激光通信具有良好的抗電磁干擾的能力，可以在 復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作；另外大氣激光通信設(shè)備還具有體積小、重量輕，組網(wǎng)快速靈活的特 點。因此，大氣激光通信對軍事通信和民用通信都具有重要的應(yīng)用價值。例如在軍事通信領(lǐng) 域，可用于岸島、島嶼之間的高速隱蔽通信，無人機(jī)編隊內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸、地空激光通信、以 及星際激光通信等；在民用通信領(lǐng)域，應(yīng)用于光纖鏈路備份、各種應(yīng)急通信或臨時通信等， 特別是近年來隨著第三代移動通信(3G)技術(shù)的部署，大氣激光通信也用于3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù) 傳輸。然而大氣激光通信的通信質(zhì)量隨著通信距離的增加越來越容易受到天氣，例如晴 天時的大氣湍流、霧、雨、雪等的影響。試驗表明，目前典型的大氣激光通信系統(tǒng)當(dāng)通信距離 大于1km時，遇到濃霧、暴雨等極端天氣時就會發(fā)生通信中斷，而隨著通信距離的增加，天 氣導(dǎo)致的通信中斷概率會大大增加；即使在晴朗的天氣條件下，大氣湍流會引起光強的起 伏，導(dǎo)致接收端誤碼率升高。當(dāng)大氣湍流很強烈時(例如雨過天晴)，同樣也會引起激光通 信短暫中斷。另外，當(dāng)把大氣激光通信系統(tǒng)應(yīng)用于移動環(huán)境中時，由于激光的波束寬度很 小，方向性很強，為了保障通信，需要采用復(fù)雜的瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤PAT系統(tǒng)，當(dāng)載體移動變 化超出PAT系統(tǒng)的響應(yīng)范圍時，也會導(dǎo)致激光通信暫時中斷。上述情況都會影響大氣激光 通信的應(yīng)用。當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時，為了減少天氣變化對大氣激光通信系統(tǒng)的影響，目前大多數(shù) 大氣激光通信系統(tǒng)采用混合方式工作，即在激光鏈路之外再配備一個定向收發(fā)的無線射 頻，例如微波、毫米波鏈路，激光鏈路作為主傳輸鏈路，無線射頻鏈路作為備份傳輸鏈頻，例 如微波、毫米波鏈路，激光鏈路作為主傳輸鏈路，無線射頻鏈路作為備份傳輸鏈路。當(dāng)天氣 狀況良好時，使用激光鏈路傳輸數(shù)據(jù)，而一旦激光鏈路通信中斷則切換到無線射頻鏈路上， 使用無線射頻鏈路傳輸數(shù)據(jù)；當(dāng)激光鏈路恢復(fù)后，則從無線射頻鏈路切換回激光鏈路，再次 使用激光鏈路傳輸數(shù)據(jù)。采用混合方式工作的大氣激光通信系統(tǒng)可以大大降低通信中斷的 概率，從而提高了大氣激光通信系統(tǒng)的可靠性。然而現(xiàn)有的混合大氣激光通信系統(tǒng)中，主要 采用比較接收端實時接收功率和預(yù)設(shè)的最小接收功率門限的方法作為激光和無線射頻鏈 路切換條件，該方法使得激光鏈路和無線射頻鏈路之間切換時間很長，通常為秒級，對于數(shù) 據(jù)等非實時業(yè)務(wù)而言，秒級的切換時延還是可以忍受的，但是對話音、視頻等實時性業(yè)務(wù)而 言，通常只能是毫秒級，例如< 50ms的切換時間，秒級的切換時間將會引起話音和視頻的 中斷，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種混合大氣激光通信系統(tǒng)中 鏈路切換控制裝置及切換方法，以減小激光鏈路與無線射頻鏈路之間切換時間，提高通信質(zhì)量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鏈路切換控制裝置包括激光鏈路質(zhì)量探測單元，用于生成激光鏈路質(zhì)量探測包，并對接收到的探測包進(jìn) 行分析，對激光鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估，評估的結(jié)果通過鏈路控制消息傳送回鏈路控制單元；鏈路冗余單元，用于生成待發(fā)數(shù)據(jù)包的副本和對從數(shù)據(jù)接口 A和B接收的包進(jìn)行 冗余處理；鏈路控制單元，用于處理鏈路控制消息，根據(jù)回傳的鏈路控制消息控制開關(guān)單元 中無線射頻鏈路的通斷；開關(guān)單元，用于實現(xiàn)無線射頻鏈路的開通和關(guān)斷；該鏈路冗余單元分別與激光鏈路質(zhì)量探測單元、數(shù)據(jù)接口和鏈路控制單元雙向連 接，該鏈路控制單元與開關(guān)單元單向連接。上述鏈路切換控制裝置，其中所述的激光鏈路質(zhì)量探測單元，包括定時器模塊，用于定時的驅(qū)動探測包產(chǎn)生模塊產(chǎn)生激光鏈路質(zhì)量探測包；探測包產(chǎn)生模塊，用于生成激光鏈路質(zhì)量探測包，并把生成的探測包發(fā)送給鏈路 冗余單元；激光鏈路質(zhì)量評估模塊，用于判斷鏈路冗余單元傳送的探測包的丟失，對激光鏈 路質(zhì)量進(jìn)行評估；控制消息設(shè)置模塊，用于根據(jù)激光鏈路評估的結(jié)果，設(shè)置控制消息，并把設(shè)置后的 控制消息發(fā)送給鏈路冗余單元。上述鏈路切換控制裝置，其中所述的鏈路冗余單元包括冗余標(biāo)簽產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生冗余標(biāo)簽，并將其傳給冗余包處理模塊；冗余包處理模塊，用于對來自本地用戶的數(shù)據(jù)生成冗余包，并將冗余標(biāo)簽插入到 該冗余包中，將冗余包分別發(fā)送到數(shù)據(jù)接口 A和B上；對來自數(shù)據(jù)接口 A和B上的冗余包， 根據(jù)冗余標(biāo)簽摘除冗余包，并把去掉冗余的數(shù)據(jù)包發(fā)給上一層用戶；控制消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于控制消息的轉(zhuǎn)發(fā)。上述鏈路切換控制裝置，其中所述的鏈路控制單元包括定時器模塊，用于定時的驅(qū)動控制消息產(chǎn)生模塊產(chǎn)生控制消息；控制消息產(chǎn)生模塊，用于控制消息的生成，并把生成的控制消息發(fā)送給鏈路冗余 單元；控制消息處理模塊，用于將控制消息中攜帶的切換條件評估結(jié)果與預(yù)設(shè)的切換門 限進(jìn)行比較，當(dāng)滿足切換條件時，生成切換指示信號；鏈路控制信號產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)切換指示信號產(chǎn)生鏈路控制信號，驅(qū)動開關(guān)單 元開通或關(guān)斷無線射頻鏈路。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的切換控制方法，包括如下步驟(1)開始階段，等待控制消息到來；
(2)通信節(jié)點判斷是否接收到控制消息，如果收到控制消息，則執(zhí)行步驟(3)，否 則返回步驟⑴；(3)將當(dāng)前控制消息的序號與本地存儲的上次接收控制消息的序號進(jìn)行比較，如 果當(dāng)前控制消息的序號小于之前的消息序號，執(zhí)行步驟(4)，反之執(zhí)行步驟(5)；(4)丟掉該控制消息，返回步驟⑴；(5)判斷當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，如果系統(tǒng)處于“主”傳輸模式，則執(zhí)行步驟(6)，否則執(zhí) 行步驟⑶；(6)判斷控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果是否滿足探測包的連續(xù)丟失數(shù)量超過 預(yù)設(shè)門限M，如果超過M，執(zhí)行步驟(7)，否則執(zhí)行步驟(10)，M根據(jù)實驗獲取；(7)開通無線射頻鏈路，將系統(tǒng)狀態(tài)更新為“備份”傳輸模式，用當(dāng)前接收的控制消 息序號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行步驟(11)；(8)判斷控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果是否滿足激光鏈路連續(xù)正確接收的探 測包數(shù)量超過預(yù)設(shè)門限值N，如果超過N，執(zhí)行步驟(9)，否則執(zhí)行步驟(10)，N根據(jù)實驗獲 ?。?9)關(guān)閉無線射頻鏈路，同時將系統(tǒng)狀態(tài)更新為“主”傳輸模式，用當(dāng)前接收的控制 消息序號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行步驟(11)；(10)保持狀態(tài)不變，用當(dāng)前接收的控制消息序號更新本地存儲的控制消息序號， 執(zhí)行步驟(11)；(11)銷毀控制消息，并且返回步驟(1)，等待下一個控制消息的到來。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明由于鏈路切換控制裝置中各單元采用模塊化設(shè)計，可以通過硬件、軟件 或軟硬結(jié)合的方式實現(xiàn)，能夠很好的嵌入到混合大氣激光通信節(jié)點中。2.本發(fā)明由于用激光鏈路質(zhì)量探測包代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字序列對激光鏈路的質(zhì)量進(jìn) 行探測，不用設(shè)計專門的激光鏈路數(shù)字序列發(fā)生電路，簡化了大氣激光通信系統(tǒng)的復(fù)雜度。3.本發(fā)明由于采用對接收到的激光鏈路質(zhì)量探測包丟失的狀況進(jìn)行評估的方式 對激光鏈路質(zhì)量優(yōu)劣進(jìn)行判斷，使激光鏈路的質(zhì)量直接和探測包傳輸相關(guān)，避免了因激光 波束對準(zhǔn)以及發(fā)射功率調(diào)整引起的接收功率波動導(dǎo)致的判決時間較長的問題，減小激光鏈 路與無線射頻鏈路之間切換時間，提高了通信質(zhì)量。4.本發(fā)明由于根據(jù)實際通信的業(yè)務(wù)情況配置鏈路切換條件，可以靈活控制鏈路切 換時間，對于實時業(yè)務(wù)，可以將鏈路切換時間控制到較短的毫秒級，這將有利于話音、視頻 等實時業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的改善；而對于數(shù)據(jù)等非實時業(yè)務(wù)，為了減少鏈路切換的頻率，可以控 制將鏈路切換時間控制到較長的秒級。5.本發(fā)明具有良好的通用性，不僅適用于以太網(wǎng)鏈路，而且可用于同步數(shù)字體系 (IP over Ethernet over SDH)等。


圖1是現(xiàn)有混合大氣激光通信系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明提供的鏈路切換控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中激光鏈路質(zhì)量探測單元結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明裝置中鏈路冗余單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明裝置中鏈路控制單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明鏈路切換方法中使用的控制消息格式；圖7是本發(fā)明鏈路切換方法中使用的激光鏈路質(zhì)量探測包格式；圖8是本發(fā)明鏈路切換方法中數(shù)據(jù)包中附加的冗余標(biāo)簽格式；圖9是本發(fā)明激光和無線射頻鏈路切換過程示意圖。
具體實施方式
；圖1所示為混合大氣激光通信系統(tǒng)示意圖，在混合大氣激光通信節(jié)點10和節(jié)點11 之間存在一條激光鏈路12和一條無線射頻鏈路13，其中激光鏈路12為主通信鏈路，無線射 頻鏈路13為備份通信鏈路。通信雙方分別通過鏈路14、15與節(jié)點10和11相連接。本發(fā) 明提供的鏈路切換控制裝置200被嵌入到節(jié)點10和11中。參照圖2，本發(fā)明的鏈路切換控制裝置200，主要由鏈路冗余單元201、鏈路控制單 元202、開關(guān)單元203、激光鏈路質(zhì)量探測單元204、數(shù)據(jù)接口 A，B以及上層數(shù)據(jù)接口 205組 成，其中鏈路冗余單元201的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它主要由冗余標(biāo)簽產(chǎn)生模塊、冗余包處理模 塊和控制消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊構(gòu)成。該冗余標(biāo)簽產(chǎn)生模塊產(chǎn)生如圖8所示的冗余標(biāo)簽，對于來自 本激光鏈路質(zhì)量探測單元204傳來的激光鏈路質(zhì)量探測包和上層用戶傳來的數(shù)據(jù)包，該冗 余包處理模塊生成其副本，并將冗余標(biāo)簽產(chǎn)生模塊生成的冗余標(biāo)簽插入到冗余包中，然后 將冗余包分別發(fā)送到數(shù)據(jù)接口 A和B上；對來自數(shù)據(jù)接口 A和B上的冗余包，該冗余包處理 模塊根據(jù)冗余標(biāo)簽摘除冗余包，并把去掉冗余的數(shù)據(jù)包根據(jù)包類型發(fā)給激光鏈路質(zhì)量探測 單元204或上層數(shù)據(jù)接口 205 ；對于來自鏈路質(zhì)量探測單元204或鏈路控制單元202的控 制消息，該控制消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)。鏈路控制單元202結(jié)構(gòu)如圖4所示，它主要由定時器模塊、控制消息產(chǎn)生模塊、控 制消息處理模塊和鏈路控制信號產(chǎn)生模塊構(gòu)成。該定時器模塊定時驅(qū)動控制消息產(chǎn)生模塊 產(chǎn)生如圖6所示的控制消息；該控制消息產(chǎn)生模塊將生成的控制消息發(fā)送給鏈路冗余單元 201 ；該控制消息處理模塊收到鏈路冗余單元201傳來的控制消息，對控制消息中攜帶的切 換條件評估結(jié)果與預(yù)設(shè)的切換門限進(jìn)行比較，當(dāng)滿足切換條件時，生成切換指示信號；該鏈 路控制信號產(chǎn)生模塊根據(jù)切換指示信號產(chǎn)生鏈路控制信號，驅(qū)動開關(guān)單元203開通或著關(guān) 斷無線射頻鏈路。鏈路質(zhì)量探測單元204結(jié)構(gòu)如圖5所示，它主要由定時器模塊、探測包產(chǎn)生模塊、 激光鏈路質(zhì)量評估模塊以及控制消息設(shè)置模塊構(gòu)成。該定時器模塊定時驅(qū)動探測包產(chǎn)生模 塊產(chǎn)生激光鏈路質(zhì)量探測包；該探測包產(chǎn)生模塊產(chǎn)生如圖7所示的激光鏈路質(zhì)量探測包， 并將生成的激光鏈路質(zhì)量探測包發(fā)送給鏈路冗余單元201 ；該激光鏈路質(zhì)量評估模塊接收 鏈路冗余單元201傳來的激光鏈路質(zhì)量探測包，通過對激光鏈路質(zhì)量探測包丟失情況的進(jìn) 行統(tǒng)計并對激光鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估，評估結(jié)果傳送給控制消息設(shè)置模塊，該控制消息設(shè)置 模塊根據(jù)評估結(jié)果設(shè)置控制消息，并把設(shè)置后的控制消息發(fā)送給鏈路冗余單元201。參照圖6，本發(fā)明設(shè)計的控制消息，包括類型域，其長度為1字節(jié)，用來標(biāo)識控制消息的類型；
8
長度域，其長度為1字節(jié)，用于標(biāo)識控制消息的長度，控制消息最長為12字節(jié)；序號域，其長度為2字節(jié)，用于區(qū)分消息產(chǎn)生的先后次序，防止新舊消息之間產(chǎn)生 混亂，通常最大序號數(shù)為216-1已經(jīng)能夠保證系統(tǒng)中不會出現(xiàn)相同序號的消息，系統(tǒng)初始化 時，序號域置為0，以后周期性的每發(fā)送一個控制消息，序號域模216加1 ；狀態(tài)域，其長度為1字節(jié)，用于指示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，即系統(tǒng)當(dāng)前處于“主”模式還 是“備份”模式，系統(tǒng)狀態(tài)的更新由是否滿足切換條件決定，當(dāng)滿足切換條件時，鏈路控制單 元202會紀(jì)錄下切換后的系統(tǒng)狀態(tài)，否則保持當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)。當(dāng)一個新的控制消息產(chǎn)生 時，控制器設(shè)置新控制消息的狀態(tài)域為當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)。切換條件域，其長度為12字節(jié)，用于攜帶激光鏈路質(zhì)量探測單元的評估結(jié)果。切 換條件域中攜帶的評估結(jié)果可根據(jù)實際的傳輸網(wǎng)絡(luò)類型和業(yè)務(wù)需求靈活設(shè)置，例如利用切 換條件域攜帶包丟失率評估的結(jié)果。上述控制消息由鏈路控制單元202周期性地產(chǎn)生，當(dāng)鏈路控制單元202產(chǎn)生一個 控制消息，并根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)對類型、序號、狀態(tài)域進(jìn)行設(shè)置后，立即將其傳給激光鏈 路質(zhì)量探測單元204。激光鏈路質(zhì)量探測單元204—旦接收到該控制消息，先將最新的激光 鏈路的評估結(jié)果寫入到控制消息的切換條件域中，然后將其發(fā)給鏈路控制單元202。鏈路控 制單元202根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和控制消息中攜帶的信息，通過與預(yù)設(shè)的門限比較決定無 線射頻鏈路的通/斷。當(dāng)鏈路控制單元202處理完接收到的控制消息，記錄下序號域和狀 態(tài)域的信息后，該控制消息即被鏈路控制單元202銷毀。參照圖7，本發(fā)明設(shè)計的激光鏈路質(zhì)量探測包，包括類型域，其長度為1字節(jié)，用來標(biāo)識探測包的類型；序號域，其長度為4字節(jié)，用來區(qū)分不同的探測包，系統(tǒng)初始化時，序號域置為0， 激光鏈路質(zhì)量探測單元204每生成一個探測包，序號增加1，并按照序號模232的方式設(shè)置 序號域；狀態(tài)域，其長度為1字節(jié)，用于指示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，即系統(tǒng)當(dāng)前處于“主”模式還 是“備份”模式，該域內(nèi)容與控制消息中狀態(tài)域的內(nèi)容始終一致；填充域，其長度為40字節(jié)，隨機(jī)填充數(shù)據(jù)，用來探測信道的傳輸錯誤。該激光鏈路質(zhì)量探測包的長度是固定的46個字節(jié)，考慮100Mbps的激光以太鏈 路，假設(shè)每lms發(fā)送一個激光鏈路質(zhì)量探測包，相應(yīng)的傳輸幀長度為64字節(jié)，大約引入 512Kbps的鏈路開銷。激光鏈路質(zhì)量探測包由激光鏈路質(zhì)量探測單元204周期性地產(chǎn)生。探測包發(fā)送周 期的長短可根據(jù)實際通信和業(yè)務(wù)情況靈活配置。在激光鏈路質(zhì)量探測單元204發(fā)送激光鏈 路質(zhì)量探測包之前，根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)對類型、序號、狀態(tài)域進(jìn)行設(shè)置后，立即將其傳給 鏈路冗余單元201，鏈路冗余單元201接收到該包后，添加冗余標(biāo)簽，然后分別發(fā)送到激光 和無線射頻鏈路上。在“主”傳輸模式下，無線射頻鏈路處在“斷”的狀態(tài)，接收方的鏈路冗 余單元201只會收到來自激光鏈路的激光鏈路質(zhì)量探測包，此時，鏈路冗余單元201將去掉 冗余標(biāo)簽，并把激光鏈路質(zhì)量探測包發(fā)給本端的激光鏈路質(zhì)量探測單元204 ；在“備份”傳 輸模式下，接收方的鏈路冗余單元201會收到來自兩個鏈路上的激光鏈路質(zhì)量探測包，此 時，該鏈路冗余單元201將根據(jù)冗余標(biāo)簽中的鏈路標(biāo)識，丟掉無線射頻鏈路上的激光鏈路 質(zhì)量探測包，只把激光鏈路上收到的激光鏈路質(zhì)量探測包發(fā)給本端的激光鏈路質(zhì)量探測單元204。在以上兩種情況下，激光鏈路質(zhì)量探測單元204對接收到的激光鏈路探測包進(jìn)行分 析，對激光鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估。評估的內(nèi)容和方法取決于設(shè)定的切換條件和切換時間。例如切換條件是探測包的丟失是否超過預(yù)設(shè)門限且切換時間不超過50ms，則對于 以太鏈路的情況，設(shè)每毫秒發(fā)送1個探測包，若激光鏈路發(fā)生探測包丟失或錯誤的數(shù)量超 過預(yù)設(shè)的門限值M，則認(rèn)為激光鏈路中斷若激光鏈路連續(xù)正確接收的探測包數(shù)量超過預(yù) 設(shè)門限值N，則判為激光鏈路恢復(fù)。門限值M和N根據(jù)實際試驗情況進(jìn)行調(diào)整，既要考慮切 換時延不能超過50毫秒，又要考慮瞬間的快衰落不會導(dǎo)致激光鏈路和無線射頻鏈路之間 的頻繁切換。當(dāng)混合大氣激光通信系統(tǒng)工作在“備份”傳輸模式的時候，數(shù)據(jù)既從無線射頻鏈路 傳輸，也從通信質(zhì)量不完全中斷的激光鏈路傳輸，這種情況下可能存在數(shù)據(jù)包的冗余，因此 需要在待發(fā)送的包中添加冗余標(biāo)簽，以便進(jìn)行冗余處理。參照圖8，本發(fā)明設(shè)計的冗余標(biāo)簽，包括鏈路域，其長度為1比特，用來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包是在激光鏈路還是無線射頻鏈路上傳 輸；分段域，其長度為1比特，用于分段標(biāo)識，該位置0表示無分段，置1表示分段；序號域，其長度為30比特，用于冗余判斷，發(fā)送方的鏈路冗余單元201產(chǎn)生冗余幀 的時候，設(shè)置該域，即相同的兩個包中該域的序號是一樣的，以后每發(fā)送一個包，該序號域 模23°加1。接收方的鏈路冗余單元201只接收比當(dāng)前序號新的包，小于或等于當(dāng)前序號的 包將被丟棄，每當(dāng)成功接收一個包以后，當(dāng)前序號將立即更新為最新接收到的包序號。冗余 標(biāo)簽的添加和摘除均在鏈路冗余單元201中完成。在有些應(yīng)用場合，加入的冗余標(biāo)簽可能會使得鏈路層幀長度超過最大傳輸單元長 度，會引起接收端接收失敗，因此當(dāng)這種情況發(fā)生時，需要對鏈路層的幀進(jìn)行分段處理，即 將上層的數(shù)據(jù)分段，分別打上冗余標(biāo)簽，然后在鏈路上傳輸，接收端根據(jù)分段域和序號域?qū)?接收到的幀進(jìn)行重新組合。參照圖9，本發(fā)明的混合大氣激光通信鏈路切換方法，包括以下步驟步驟1 本地混合激光通信節(jié)點中鏈路控制單元202判斷是否接收到激光鏈路質(zhì) 量探測單元(204)傳來的控制消息，如果沒有接收到控制消息，則返回步驟1，否則執(zhí)行步 驟2 ；步驟2 提取控制消息中的序號，執(zhí)行步驟3 ；步驟3 比較當(dāng)前控制消息的序號與本地儲存的上次接收控制消息序號的大小， 如果小于存儲的消息序號，意味著該消息比前一次到達(dá)的消息舊，已經(jīng)過期，則丟掉該控制 消息，返回步驟1 ；否則執(zhí)行步驟4 ；步驟4 提取控制消息中的狀態(tài)域和切換條件域中的信息，執(zhí)行步驟5 ；步驟5 判斷當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，如果系統(tǒng)處于“主”傳輸模式，則執(zhí)行步驟6，如果系 統(tǒng)處于“備份”傳輸模式，則執(zhí)行步驟8 ；步驟6 判斷控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果是否滿足探測包的連續(xù)丟失數(shù)量 超過預(yù)設(shè)門限M,如果超過M,意味著此時激光鏈路的鏈路質(zhì)量已經(jīng)不能滿足傳輸要求，則 執(zhí)行步驟7，否則執(zhí)行步驟10;步驟7 鏈路控制單元202控制開關(guān)單元203打開無線射頻鏈路，并更新系統(tǒng)狀態(tài)為“備份”傳輸模式；用當(dāng)前接收的控制消息序號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行步驟 11 ；步驟8 判斷控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果是否滿足激光鏈路連續(xù)正確接收 的探測包數(shù)量超過預(yù)設(shè)門限值N，如果超過N，執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行步驟10 ；步驟9 鏈路控制單元202控制開關(guān)單元203關(guān)閉無線射頻鏈路，并更新系統(tǒng)狀 態(tài)為“主”傳輸模式，用當(dāng)前接收的控制消息序號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行步驟 11 ；步驟10 保持狀態(tài)不變，用當(dāng)前接收的控制消息序號更新本地存儲的控制消息序 號，執(zhí)行步驟11;步驟11 鏈路控制單元銷毀該控制消息，并且返回步驟1等待下一個控制消息的 到來。
權(quán)利要求
一種混合大氣激光通信系統(tǒng)中鏈路切換控制裝置，其特征在于包括激光鏈路質(zhì)量探測單元(204)，用于生成激光鏈路質(zhì)量探測包，并對接收到的探測包進(jìn)行統(tǒng)計，對激光鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估，將評估的結(jié)果通過鏈路控制消息傳送回鏈路控制單元(202)；鏈路冗余單元(201)，用于生成待發(fā)數(shù)據(jù)包的副本和對從數(shù)據(jù)接口A和B接收的包進(jìn)行冗余處理；鏈路控制單元(202)，用于處理鏈路控制消息，根據(jù)回傳的鏈路控制消息控制開關(guān)單元中無線射頻鏈路的通斷；開關(guān)單元(203)，用于實現(xiàn)無線射頻鏈路的開通和關(guān)斷；所述的鏈路冗余單元(201)分別與激光鏈路質(zhì)量探測單元(204)、數(shù)據(jù)接口(205)和鏈路控制單元(202)雙向連接，該鏈路控制單元(202)與開關(guān)單元(203)單向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換控制裝置，其特征在于激光鏈路質(zhì)量探測單元(204)位 于鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層之間；鏈路冗余單元(201)位于鏈路層，且在媒質(zhì)接入 子層之上；鏈路控 制單元(202)位于鏈路層，且在媒質(zhì)接入子層之上；開關(guān)單元(203)位于物理層，只控制無 線射頻發(fā)送鏈路的通斷，保持激光鏈路為暢通狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換控制裝置，其特征在于鏈路冗余單元(201)通過開關(guān)單 元(203)與數(shù)據(jù)接口 A和B雙向連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換控制裝置，其特征在于激光鏈路質(zhì)量探測單元(204)，包括定時器模塊，用于定時的驅(qū)動探測包產(chǎn)生模塊產(chǎn)生激光鏈路質(zhì)量探測包；探測包產(chǎn)生模塊，用于生成激光鏈路質(zhì)量探測包，并把生成的探測包發(fā)送給鏈路冗余 單元(201)；激光鏈路質(zhì)量評估模塊，用于判斷鏈路冗余單元(201)傳送的探測包的丟失，對激光 鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估；控制消息設(shè)置模塊，用于根據(jù)激光鏈路評估的結(jié)果，設(shè)置控制消息，并把設(shè)置后的控制 消息發(fā)送給鏈路冗余單元(201)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換控制裝置，其特征在于鏈路冗余單元(201)，包括冗余標(biāo)簽產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生冗余標(biāo)簽，并將其傳給冗余包處理模塊；冗余包處理模塊，用于對來自本地用戶的數(shù)據(jù)生成冗余包，并將冗余標(biāo)簽插入到該冗 余包中，將冗余包分別發(fā)送到數(shù)據(jù)接口 A和B上；對來自數(shù)據(jù)接口 A和B上的冗余包，根據(jù) 冗余標(biāo)簽摘除冗余包，并把去掉冗余的數(shù)據(jù)包發(fā)給上一層用戶(209)；控制消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于控制消息的轉(zhuǎn)發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換控制裝置，其特征在于鏈路控制單元(202)，包括定時器模塊，用于定時的驅(qū)動控制消息產(chǎn)生模塊產(chǎn)生控制消息；控制消息產(chǎn)生模塊，用于控制消息的生成，并把生成的控制消息發(fā)送給鏈路冗余單元 (201)；控制消息處理模塊，用于將控制消息中攜帶的切換條件評估結(jié)果與預(yù)設(shè)的切換門限進(jìn) 行比較，當(dāng)滿足切換條件時，生成切換指示信號；鏈路控制信號產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)切換指示信號產(chǎn)生鏈路控制信號，驅(qū)動開關(guān)單元(203)的開通或關(guān)斷無線射頻鏈路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的切換控制裝置，其特征在于探測包產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的激光鏈路 質(zhì)量探測包，包括類型域，其長度為1字節(jié)，用來標(biāo)識探測包的類型；序號域，其長度為4字節(jié)，用來區(qū)分不同的探測包，系統(tǒng)初始化時，序號域置為0，激光 鏈路質(zhì)量探測單元(204)每生成一個探測包，序號增加1，并按照序號模232的方式設(shè)置序 號域；狀態(tài)域，其長度為1字節(jié)，用于指示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，即系統(tǒng)當(dāng)前處于“主”模式還是 “備份”模式，該域內(nèi)容與控制消息中狀態(tài)域的內(nèi)容始終一致；填充域，其長度為40字節(jié)，隨機(jī)填充數(shù)據(jù)，用來探測信道的傳輸錯誤。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切換控制裝置，其特征在于冗余標(biāo)簽產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的冗余標(biāo) 簽，包括鏈路域，其長度為1比特，用來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包是在激光鏈路還是無線射頻鏈路上傳輸；分段域，其長度為1比特，用于分段標(biāo)識，該位置0表示無分段，置1表示分段；序號域，其長度為30比特，用于冗余判斷，發(fā)送方的鏈路冗余單元每發(fā)送一個冗余包， 該序號域模23°加1 ；接收方的鏈路冗余單元(201)只接收比當(dāng)前序號新的包，小于或等于 當(dāng)前序號的包將被丟棄，每當(dāng)成功接收一個包以后，當(dāng)前序號將立即更新為最新接收到的 包序號。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切換控制裝置，其特征在于控制消息產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的控制消 息，包括類型域，其長度為1字節(jié)，用來標(biāo)識控制消息的類型；長度域，其長度為1字節(jié)，用于標(biāo)識控制消息的長度，控制消息最長為12字節(jié)；序號域，其長度為2字節(jié)，用于區(qū)分消息產(chǎn)生的先后次序，系統(tǒng)初始化時，序號域置為 0，以后周期性的每發(fā)送一個控制消息，序號域模216加1 ；狀態(tài)域，其長度為1字節(jié)，用于指示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)；切換條件域，其長度為12字節(jié)，用于攜帶激光鏈路質(zhì)量探測單元的評估結(jié)果。
10.一種混合大氣激光通信系統(tǒng)中鏈路切換方法，包括以下步驟(1)開始階段，等待控制消息到來；(2)通信節(jié)點判斷是否接收到控制消息，如果收到控制消息，則執(zhí)行步驟(3)，否則返 回步驟(1)；(3)將當(dāng)前控制消息的序號與本地存儲的上次接收控制消息的序號進(jìn)行比較，如果當(dāng) 前控制消息的序號小于之前的消息序號，執(zhí)行步驟(4)，反之執(zhí)行步驟(5)；(4)丟掉該控制消息，返回步驟(1)；(5)判斷當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，如果系統(tǒng)處于“主”傳輸模式，則執(zhí)行步驟(6)，否則執(zhí)行步 驟⑶；(6)判斷控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果是否滿足探測包的連續(xù)丟失數(shù)量超過預(yù)設(shè) 門限M，如果超過M，執(zhí)行步驟(7)，否則執(zhí)行步驟(10)，M根據(jù)實驗獲取；(7)開通無線射頻鏈路，將系統(tǒng)狀態(tài)更新為“備份”傳輸模式，用當(dāng)前接收的控制消息序 號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行步驟(11)；(8)判斷控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果是否滿足激光鏈路連續(xù)正確接收的探測包 數(shù)量超過預(yù)設(shè)門限值N，如果超過N，執(zhí)行步驟(9)，否則執(zhí)行步驟(10)，N根據(jù)實驗獲??；(9)關(guān)閉無線射頻鏈路，同時將系統(tǒng)狀態(tài)更新為“主”傳輸模式，用當(dāng)前接收的控制消息 序號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行步驟(11)；(10)保持狀態(tài)不變，用當(dāng)前接收的控制消息序號更新本地存儲的控制消息序號，執(zhí)行 步驟(11)；(11)銷毀控制消息，并且返回步驟(1)，等待下一個控制消息的到來。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合大氣激光通信系統(tǒng)中鏈路切換控制裝置及切換方法，主要解決現(xiàn)有混合大氣激光通信系統(tǒng)切換時間長的問題。其切換裝置包括鏈路控制單元(202)、開關(guān)單元(203)、鏈路冗余單元(201)、激光鏈路質(zhì)量探測單元(204)，該激光鏈路質(zhì)量探測單元(204)產(chǎn)生激光鏈路質(zhì)量探測包，并對接收到的經(jīng)由鏈路冗余單元(201)處理后的探測包進(jìn)行統(tǒng)計，對激光鏈路質(zhì)量進(jìn)行評估，將評估的結(jié)果通過鏈路控制消息傳送回鏈路控制單元(202)；該鏈路控制單元(202)根據(jù)回傳的鏈路控制消息攜帶的激光鏈路評估結(jié)果控制無線射頻鏈路的通斷。本發(fā)明可根據(jù)業(yè)務(wù)類型靈活配置切換時間，具有通信質(zhì)量好的優(yōu)點，可用于高速隱蔽通信、光纖鏈路備份和各種應(yīng)急通信。
文檔編號H04B10/08GK101867409SQ201010192759
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者劉增基, 尚韜, 岳鵬, 易湘, 李峰, 熊桂芳, 鞠茂光, 黃果 申請人:西安電子科技大學(xué)