軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換方法研究

王艷花

（91497部隊(duì)，浙江 寧波 315000）

1 軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換方法設(shè)計(jì)

1.1 引入軍事無(wú)線通信技術(shù)

軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)是用于軍事的一種通信系統(tǒng)。同時(shí)，作為軍事戰(zhàn)略和國(guó)家防御的重要組成部分，在軍事方面采用衛(wèi)星通信的原因主要是覆蓋區(qū)域廣，可以讓所有用戶快速有效地進(jìn)行信息交換[1]。

軍事無(wú)線通信技術(shù)利用衛(wèi)星進(jìn)行軍事通信的過(guò)程具有通信傳播距離遠(yuǎn)、傳輸數(shù)據(jù)容量大、可靠性高、靈活性強(qiáng)及造價(jià)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代軍事通信的理想形式，同時(shí)也取得了非常大的成果[2]。

1.2 構(gòu)建最短路徑優(yōu)先算法

本文采用最短路徑優(yōu)先算法來(lái)實(shí)現(xiàn)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端的快速切換。最短路徑優(yōu)先算法按照終端和地面之間的星間鏈路路徑最短的原則來(lái)對(duì)終端進(jìn)行快速切換[3]。由于軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多星覆蓋會(huì)造成星間鏈路具有選擇多樣性的特點(diǎn)，當(dāng)終端要進(jìn)行切換時(shí)，會(huì)提前計(jì)算出地面-衛(wèi)星-終端之間總鏈路長(zhǎng)度的所有可能值，然后選擇能使總鏈路長(zhǎng)度達(dá)到最小的衛(wèi)星作為切換星。

計(jì)算從源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)S到目的衛(wèi)星D的最短路徑的方法具體如下。

（1）初始化。源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)S被設(shè)置為ds=0，ps為空；除源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)S以外的節(jié)點(diǎn)設(shè)置成di=∞，pi為空；同時(shí)設(shè)置源節(jié)點(diǎn)S為已標(biāo)記節(jié)點(diǎn)，記作K=S，而除源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)S以外的節(jié)點(diǎn)作為未標(biāo)記節(jié)點(diǎn)。

（2）對(duì)所有已標(biāo)記節(jié)點(diǎn)K到未標(biāo)記節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)設(shè)置dj=[dj,dk+Lkj]，Lkj是節(jié)點(diǎn)K到節(jié)點(diǎn)J之間的距離。

（3）選取下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在所有除源衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)S以外未標(biāo)記節(jié)點(diǎn)選取d值最小的一個(gè)節(jié)點(diǎn)R作為最短路徑中的節(jié)點(diǎn)，并被設(shè)置成已標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)。

（4）在所有節(jié)點(diǎn)中找到R的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)。從已經(jīng)標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)中找到與R相連的節(jié)點(diǎn)T作為節(jié)點(diǎn)R的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，記作pr=T；

（5）如果所有節(jié)點(diǎn)都已經(jīng)被標(biāo)記完成，則算法計(jì)算完成。否則令K=R，重復(fù)第二步繼續(xù)計(jì)算。

最短路徑優(yōu)先算法在終端切換時(shí)能始終保持通信傳輸時(shí)延最短。較短的通信時(shí)延對(duì)系統(tǒng)終端的實(shí)時(shí)性要求非常重要。軍事衛(wèi)星由于覆蓋區(qū)而發(fā)生切換，切換率頻繁會(huì)降低軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能[4-5]。

1.3 確定切換策略

本文的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)快速終端在每個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)都可以預(yù)先計(jì)算出來(lái)，即使軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)快速終端比普通的話音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)高，但是當(dāng)沒(méi)有足夠的信道時(shí)，通信系統(tǒng)就會(huì)放棄話音為系統(tǒng)終端服務(wù)。為了更準(zhǔn)確地計(jì)算出最壞情況下系統(tǒng)終端的性能，本文的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)快速終端與話音業(yè)務(wù)在服務(wù)上具有相同的優(yōu)先級(jí)。為了達(dá)到降低軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)快速終端負(fù)荷的目的，衛(wèi)星之間的切換采用硬切換，使軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)快速終端與衛(wèi)星斷開(kāi)連接后還可以尋找新的信道，系統(tǒng)終端的每次切換成功都會(huì)改變數(shù)據(jù)傳輸?shù)男情g鏈路。因此，減少切換次數(shù)與短的時(shí)延同樣重要[6-7]。

1.4 實(shí)現(xiàn)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換

根據(jù)切換策略的確定，在軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端進(jìn)行切換時(shí)，可以選擇合適的切換策略。切換模型的確定，減少了切換次數(shù)。基于軍事無(wú)線通信技術(shù)的引入，構(gòu)建最短路徑優(yōu)先算法，實(shí)現(xiàn)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換。

其中，最短路徑優(yōu)先算法的構(gòu)建可以實(shí)現(xiàn)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換，其軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換流程如圖1所示。

基于軍事無(wú)線通信技術(shù)的引入，構(gòu)建最短路徑優(yōu)先算法；依托切換策略和切換模型的確定，實(shí)現(xiàn)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換，完成本文設(shè)計(jì)的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換方法。

圖1 軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換流程

2 仿真分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換方法的可靠性，采用傳統(tǒng)切換方法和本文設(shè)計(jì)的切換方法，制定切換速度仿真實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇

由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)具有一定難度，因此采用仿真分析的方式，對(duì)本文設(shè)計(jì)的切換方法研究進(jìn)行驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備的設(shè)備終端包括搭載終端切換仿真軟件的計(jì)算機(jī)兩臺(tái)，將兩種切換方法載入，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用衛(wèi)星信道占用時(shí)間為自變量，利用兩種切換方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。衛(wèi)星信道占用時(shí)間模擬系統(tǒng)終端切換的時(shí)間，系統(tǒng)終端切換的時(shí)間不同，切換的速度也不同。因此，在系統(tǒng)終端穩(wěn)定的情況下，進(jìn)行不同切換時(shí)間實(shí)驗(yàn)，獲取終端切換速度。實(shí)驗(yàn)具體步驟如下：

（1）準(zhǔn)備仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，運(yùn)行仿真軟件，載入兩種切換方法；

（2）在切換時(shí)間為0～20 s范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每2 s取一點(diǎn)，進(jìn)行切換速度統(tǒng)計(jì)；

（3）在不使用快速切換方法時(shí)記錄系統(tǒng)終端切換速度；

（4）分別執(zhí)行兩種切換方法，記錄系統(tǒng)終端切換速度，繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法及步驟，得出切換速度對(duì)比結(jié)果曲線，如圖2所示。

根據(jù)采用不同切換方法得到的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端切換速度曲線可知，當(dāng)切換時(shí)間比較短時(shí)，兩種切換方法的切換速度都很快，但隨著切換時(shí)間的延長(zhǎng)，傳統(tǒng)切換方法的切換速度明顯下降，而本文設(shè)計(jì)的切換方法雖然切換速度也有下降的趨勢(shì)，但是下降幅度很小，最慢速度也達(dá)到了6次/s。因此，本文設(shè)計(jì)的切換方法可以提高軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端的切換速度。

圖2 切換速度與切換時(shí)間對(duì)比曲線

3 結(jié) 論

本文提出軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換方法研究。基于軍事無(wú)線通信技術(shù)的引入，構(gòu)建最短路徑優(yōu)先算法，再結(jié)合切換策略和切換模型的確定，實(shí)現(xiàn)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端快速切換，從而實(shí)現(xiàn)本文的研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本文設(shè)計(jì)的切換方法比傳統(tǒng)切換方法對(duì)系統(tǒng)終端的切換速度快。