多衛星天線的通信網絡構建策略

文/陳靜 任翠池 李漢挺

1 引言

通信技術的發展拉進了人們之間“距離”，革新了人類社會的生產生活方式。人類對通信技術的探索與時俱進。無線電通信技術的典型代表衛星通信的特點有：

（1）不受地形影響，通信范圍較廣；

（2）搭建衛星通信Vsat站點較為便利，不用拉結較長的線纜等。

無線通信基于不同頻率的電磁波實現超短波、短波、長波等通信，但在頻率應用中存在一定的無序性。如一個通信頻率在同一個時間在一個較近的地點有大于一個通信業務在開展，這就造成了無線通信環境的污染，用戶業務間相互干擾，通信功率小的業務有較大的概率被通信功率大的業務所覆蓋。在衛星通信中就會表現為鏈路入網困難、入網門限值增大、鏈路震蕩等問題。

基于上述情況，本文給出了一種多衛星天線的通信網絡構建策略。在通信站點中部署多個衛星通信天線，每個天線根據對星策略與相應的衛星進行對準。引入了多調制解調器進行數據包的多路由通信理念，對數據鏈路狀態探測方法進行了闡述，對數據包幀的分發與重組理念進行了介紹。本文工作豐富了面向衛星通信的網絡構建方法，具有一定的理論意義及應用實踐價值。

2 網絡架構

本節對本文所述的多衛星天線網絡構建理念進行介紹。

網絡中有若干個衛星站點包括Vsat衛星站1、Vsat衛星站2、...、Vsat衛星站點n；每個Vsat衛星站可與衛星1、衛星2、...、衛星n等多個通信衛星相鏈接。所有的Vsat衛星站點可通過衛星鏈路實現多路信息通路。一個Vsat衛星站點包括衛星天線1、衛星天線2、...、衛星天線n等多個衛星天線，每個衛星天線可與不同的衛星進行對準。一個Vsat衛星站點還包括調制解調器1、調制解調器2、...、調制解調器n等多個調制解調器，每個調制解調器的調制解調制式不同。

3 路由選擇及包交換算法

算法1：數據包路由選擇算法

輸入：數據包X的源地址Vsat衛星站點i；數據包X的目的地址Vsat衛星站點j；衛星通信網絡Q。

輸出：數據包X的路由鏈路。

第一步：遍歷衛星通信網絡Q，獲取Vsat衛星站點i到Vsat衛星站點j的所有通信鏈路，假設為集合K。

第二步：遍歷通信鏈路集合K，假設當前鏈路為e。運用鏈路偵測技術對當前鏈路e的狀態進行測量。對通信帶寬、通信速率、誤碼率、鏈路頻率、ping命令時延等參數信息進行確定。根據系統設定的參數最大值和最小值對鏈路狀態進行歸一化處理，這里約定值越小鏈路狀態越佳。

第三步：設定變量max=<鏈路名稱,狀態值>，并初始化為max=。遍歷通信鏈路集合K，若鏈路k的鏈路狀態值w小于變量max的狀態值，則令max=。

第四步：輸出max代表的路由鏈路。

算法1給出了多衛星天線通信網的路由選擇理念，由算法1可知，因多衛星天線實現了多路衛星通路，對于某一數據包在進行包的路由時，可選擇鏈路質量最佳的通路進行傳遞，與單一衛星通信鏈路相比可有效提高鏈路冗余度，可實質性提高數據包傳遞成功率。

算法2：數據包交換及重組算法

輸入：數據W={x1, x2, ..., xn},其中x1, x2, ..., xn為數據包；源地址i；目的地址j；衛星通信網絡Q。

輸出：重組后的數據W。

第一步：遍歷數據W，假設當前數據包為xj。把數據包xj、源地址i；目的地址j作為算法1的輸入參數，可獲取數據包xj的路由鏈路Y。

第二步：假設xj的通信鏈路為，通過源地址Vsat衛星站點i的調制解調器k，經過衛星天線p，經過衛星t，到目的地址Vsat衛星站點j衛星天線n，再到調制解調器u。則標記數據包xj在數據W中的位置后，按照數據鏈路Y發送數據包xj。

第三步：目的節點j接收到數據包xj后，根據xj的位置插入到已收到的數據包集合中。目的節點根據數據包應接收的總量與實際接收的個數計算數據包接收百分比。若達到100%，則跳轉至第四步，否則繼續在此步接收數據包。

第四步：輸出重組后的數據W={x1, x2, ..., xn}。

算法2給出了多衛星天線通信網的包交換及重組理念，由算法2可知，數據包在發送前需明確數據鏈路，目的節點在接收到數據包后需按位置標記進行數據插入，實現了數據包高效傳遞及有序組合。

4 結語

鑒于當前衛星通信組網模式中固定頻點及固定通信衛星的局限性，提出了一種多衛星天線的通信網絡構建策略。主要理念是：通過多衛星天線可與不同衛星進行對準，實現了多衛星鏈路；通過多調制解調器器可綜合多種調制解調制式；基于多天線和多調制解調器可為Vsat通信站點構建較多的數據包路由通路；數據包可根據實時的路由狀態選擇最優的數據鏈路，達到穩定衛星網絡鏈路，緩解衛星鏈路震蕩的目的。本文工作豐富了面向衛星通信的網絡構建方法，具有一定的理論意義及應用實踐價值。下一步將對本文所述的網絡包交換技術做更深入的研究。