一種基于網(wǎng)關(guān)交換的北斗和天通短信互通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張開(kāi)禾 王力權(quán) 崔利東

摘?要：天通衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)均是我國(guó)自主研發(fā)的系統(tǒng)，且均支持短信功能，已應(yīng)用于漁業(yè)、氣象、林業(yè)等部門(mén)，但兩者之間短信無(wú)法直接互通。本文在不改變天通和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)短信傳輸模式的前提下，充分利用兩個(gè)衛(wèi)星各自在短信傳輸中的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種天通和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)短信交互的短信網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)間的短信互通，更好地發(fā)揮了各自系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。該設(shè)計(jì)無(wú)須與天通衛(wèi)星信關(guān)站、北斗總站直接交互，自稱系統(tǒng)、獨(dú)立性強(qiáng)，便于部署。目前已完成上星測(cè)試。

關(guān)鍵詞：天通衛(wèi)星?北斗衛(wèi)星?短信網(wǎng)關(guān)?短信互通

中圖分類號(hào)：TN927?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1003-9082（2020）10-000-01

一、前言

“天通一號(hào)”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是我國(guó)第一代自主研發(fā)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，作為國(guó)家戰(zhàn)略性通信基礎(chǔ)設(shè)施，在應(yīng)急、政府、行業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域作為應(yīng)急通信“第一反應(yīng)器”發(fā)揮著重要的通信保障作用。系統(tǒng)支持話音、短信和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在林業(yè)、漁業(yè)、邊防等行業(yè)用戶中有著廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全球化導(dǎo)航定位和短信通信功能，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的短信收發(fā)，同樣具有覆蓋范圍廣泛，不受地形條件限制等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各類應(yīng)急通信等領(lǐng)域。

但是，兩者屬于不同的衛(wèi)星系統(tǒng)，其傳輸體制和短信格式各不相同，因此不同直接互通，因此根據(jù)某特定用戶領(lǐng)域需求設(shè)計(jì)一種方案，實(shí)現(xiàn)北斗和天通短信互通。

二、互通方案設(shè)計(jì)

天通終端之間進(jìn)行短信通信時(shí)，直接由天通信關(guān)站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);天通終端和地面網(wǎng)其他終端進(jìn)行短信通信時(shí)，需要從信關(guān)站出局后轉(zhuǎn)發(fā)到地面網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)互通。北斗終端間，北斗終端與指揮機(jī)間可收發(fā)短信。目前，兩個(gè)系統(tǒng)間短信不能直接進(jìn)行互通。

為了實(shí)現(xiàn)短信互通，可采用專線建設(shè)方案，該方案中天通信關(guān)站與北斗總站建設(shè)專線分別接入交互控制中心，由交互控制中心實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)短信交互，但該方法需要經(jīng)各系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商同意，才能實(shí)施，并且需要租賃專線，造價(jià)較高。針對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)間互發(fā)短信數(shù)量較少特點(diǎn)，同時(shí)考慮減少運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)，以及降低成本等，可以采用無(wú)線鏈路交互方案，如圖1所示。

方案中天通、北斗收發(fā)模塊用于衛(wèi)星鏈路收發(fā)，完成各自系統(tǒng)內(nèi)短信的接收和發(fā)送;交換控制單元用于兩個(gè)系統(tǒng)短信的解析、轉(zhuǎn)譯和交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間短信互通。北斗終端的短信通過(guò)北斗衛(wèi)星發(fā)送到北斗收發(fā)模塊的號(hào)碼上，北斗收發(fā)模塊把短信轉(zhuǎn)發(fā)到交換控制單元，由交互控制單元按照北斗短信格式完成短信目的天通號(hào)碼和內(nèi)容解析，并按照天通系統(tǒng)短信格式重新進(jìn)行組幀，并轉(zhuǎn)發(fā)到天通收發(fā)單元，由其通過(guò)天通衛(wèi)星發(fā)送到目的天通號(hào)碼終端，實(shí)現(xiàn)短信交互，反之亦然。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由天通收發(fā)模塊、北斗收發(fā)模塊和嵌入式處理器三部分組成。天通收發(fā)模塊采用我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基帶芯片MSC02A和射頻芯片，此外還包括電源管理、發(fā)送濾波器、接收濾波器、SIM卡單元等組成，對(duì)外接口包括UART口、USB口、USIM口等，該模塊實(shí)現(xiàn)天通衛(wèi)星無(wú)線鏈路解析及協(xié)議處理，完成天通短信收發(fā)功能。

北斗收發(fā)模塊采用的TM8650集成了RDSS射頻收發(fā)芯片、基帶芯片以及功放等，兼容2.1和4.0協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)北斗一代的短信通信及定位功能，在此設(shè)計(jì)中完成北斗短信的收發(fā)功能。

交換控制單元采用高性能嵌入式處理器PowerPC，外置64位SDRAM存儲(chǔ)器，同時(shí)為了備份短信，處理器的PCI總線連接了SATA控制器，可實(shí)現(xiàn)短信數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。處理器通過(guò)UART實(shí)現(xiàn)與天通、北斗收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)交互。為了查看數(shù)據(jù)，處理器配置千兆以太網(wǎng)口，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)發(fā)。

2.軟件設(shè)計(jì)

2.1終端短信格式設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)前提是不影響天通系統(tǒng)終端和北斗系統(tǒng)終端通過(guò)各自系統(tǒng)正常收發(fā)短信功能，因此本系統(tǒng)的短信格式必須按照各自系統(tǒng)格式進(jìn)行收發(fā)，包括短信頭和短信內(nèi)容。其中，短信頭主要包括衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)端號(hào)碼和收端號(hào)碼，短信內(nèi)容為用戶信息。若一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)終端通過(guò)該互通系統(tǒng)發(fā)向另一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)終端，需要終端在短信頭的收端號(hào)碼字段中填寫(xiě)網(wǎng)關(guān)中本系統(tǒng)收發(fā)模塊的號(hào)碼，同時(shí)在短信內(nèi)容起始字節(jié)填寫(xiě)另一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的終端號(hào)碼，這樣網(wǎng)關(guān)收到短信后通過(guò)解析短信內(nèi)容，獲得另一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)終端的收端號(hào)碼，進(jìn)而通過(guò)另一個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送到目的終端，以天通到北斗短信過(guò)程為例，如圖2所示。

短信依次經(jīng)由天通手機(jī)—>天通衛(wèi)星—>網(wǎng)關(guān)天通收發(fā)模塊—>網(wǎng)關(guān)交換控制單元—>網(wǎng)關(guān)北斗收發(fā)模塊—>北斗衛(wèi)星—>北斗終端。

2.2網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)軟件主要包括接口設(shè)計(jì)、短信幀格式轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)設(shè)計(jì)等。接口設(shè)計(jì)主要完成與天通收發(fā)模塊、北斗收發(fā)模塊進(jìn)行短信交互;短信幀格式轉(zhuǎn)換主要完成天通或北斗短信格式解析，包括目的地址解析、短信頭填充和實(shí)際短信內(nèi)容搬移等;存儲(chǔ)設(shè)計(jì)主要完成短信的SATA存儲(chǔ)，用于后續(xù)查詢和遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)發(fā)。

結(jié)語(yǔ)

使用天通和北斗終端作為交互中繼，用于兩個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)之間短信互通，該方案具有靈活性強(qiáng)、部署方便等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，這種方式避免了與天通系統(tǒng)信關(guān)站、北斗總站的交互，自成系統(tǒng)，獨(dú)立性強(qiáng)，且節(jié)省成本。該系統(tǒng)也存在并發(fā)交互數(shù)量較少等缺點(diǎn)，在使用中可通過(guò)采用多臺(tái)并行部署的方法，以增大并發(fā)用戶數(shù)量。目前，設(shè)備已進(jìn)行測(cè)試，處于待裝備階段。

參考文獻(xiàn)

[1]紀(jì)明星.天通一號(hào)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)市場(chǎng)及應(yīng)用分析[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2018（04）：42-43.

[2]郝雅楠，祝彬，朱華橋.全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)分析[J].國(guó)防科技工業(yè)，2020（07）：20-24.

[3]張正烜，高亢，郭廣闊，等.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探討[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2019（11）：58-6

[4]李志煒，傅軍，劉李歡，等.基于北斗短報(bào)文的遠(yuǎn)程圖像通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].導(dǎo)航定位與授時(shí)，2019，6（06）：119-123.

[5]張舒黎，石元兵，王雍.北斗短報(bào)文通信安全研究[J].通信技術(shù)，2019，52（11）：2776-2780.

[6]崔利東.一種基于衛(wèi)星通信的固定專網(wǎng)接入方案設(shè)計(jì)[J].信息系統(tǒng)工程，2018（12）：124-125.

[7]孫琦，傅軍，賀偉，等.無(wú)人水文氣象觀測(cè)設(shè)備北斗/GSM互聯(lián)服務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2020，33（06）：70-72.

[8]孫德榮.基于PowerPC的嵌入式大容量高速率存儲(chǔ)技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（14）：190-192.

作者簡(jiǎn)介：張開(kāi)禾（1981—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。