一种多模物联网卫星的通信终端系统及其网络管理方法与流程

本发明涉及卫星网络技术领域，尤其涉及一种多模物联网卫星的通信终端系统及其网络管理方法。

背景技术：

近年来随着移动互联网、物联网、传感器技术的发展，各行业均在加速部署、升级业务信息化系统，提升各自的精细化管理能力，因此对各类移动资产装备、进出口货物及原材料在全球范围内的实时在线追踪和状态监控的需求日益增加，基于卫星链路的具有双向通信能力的卫星物联网通信终端系统受到系统、设备集成商及终端用户的青睐。

卫星网络是目前唯一可提供全球覆盖的网络通信手段，可以解决海洋，偏远地区、两极区域网络通信问题。随着小卫星技术与商业航天的发展，卫星的制造发射成本越来越低，而物联网业务的特性，对卫星网络的链路的带宽和实时性要求都不高，发射、组网、运营门槛低，因此除传统老牌的卫星运营商继续扩大自身物联网服务业务以外，越来越多的初创卫星运营企业也开始涉入物联网卫星星座运营业务。

基于系统成本、终端尺寸及所需的链路能需求匹配考虑，用于物联网卫星的频段通常集中在vhf、uhf、l频段，可用频率资源非常有限，各个国家基于本国的无线电管理及电信管理办法，以及商业、频段保护、信息安全等一系列非技术因素，会对不同的卫星星座做出限制、甚至禁止使用的监管约束。对于大部分卫星星座而言，很难在全球所有国家和区域获得运营资质。因此，基于监管的原因，并非所有的卫星星座都可提供全球无差别网络服务。

不同运营商的物联网卫星星座的信号频率、数传体制，编解码方式、接口协议均不相同，目前行业也缺乏一个统一的接入标准，因此现有的物联网数据收发模块无法在实现不同运营商间的漫游通信，导致网络服务在途径某些地域时会出现服务中断情况的发生，无法实现全球无间断追踪监控业务。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供一种多模物联网卫星的通信终端系统及其网络管理方法，解决了不同运营商接入标准不同导致服务中断的问题。

本发明实施例提供一种多模物联网卫星的通信终端系统，包括卫星基带单元阵列、射频单元、基带开关切换单元、中频开关切换单元、主控单元、射频接口、网络切换管理单元、gnss单元、传感器单元和数据存储单元；

卫星基带单元阵列用于实现在不同卫星网络中实现数据的发送与接收；

射频单元用于同时兼容多个工作频段；

基带开关切换单元用于连接收发数据与对应的卫星基带单元的数据交换通路；

中频开关切换单元用于连接在用的卫星基带单元与射频单元的信号传输通路；

主控单元用于对卫星基带单元阵列模块的自动识别、注册、网络参数管理；

射频接口用于兼容不少于两个的运营商的射频链路频段；

网络切换管理单元用于实现和卫星网络服务参数管理，网络切换策略权重因子管理、并实现网络切换策略的算法；

gnss单元用于获取当前的地理位置与时间；

传感器单元用于获取监控对象的状态；

数据存储单元用于存储传感单元采集数据、卫星网络服务参数和通信终端服务日志信息。

进一步地，所述主控单元还包括对基带开关/中频开关/射频单元参数配置下发、卫星基带模块的激活与休眠控制、gnss位置定位/授时数据读取、传感模块和数据存储模块的控制与读取。

进一步地，所述射频单元还包括具有动态可调，根据不同的模块，由主控单元完成射频链路的参数配置。

进一步地，所述监控对象的状态包括但不限于温度、湿度和压力的各类业务状态采集数据。

进一步地，网络切换管理单元还包括通过网络切换策略实现网络的动态选择，并将最终选择结果反馈至主控单元，实现卫星网络的动态切换。

一种多模物联网卫星通信终端系统的网络管理方法，包括以下步骤，

安装卫星基带单元，卫星基带单元自动向主控单元发起在线注册申请；

主控单元从gnss模块获取当前位置信息，并传送至网络管理单元，网络管理单元确定最佳接入网络并将对应的基带单元编号及链路配置参数或配置文件发送至主控单元；

主控单元成功获取卫星基带模块编号后，将基带模块、中频切换开关、射频切换开关和射频模块从低功耗睡眠模式中唤醒；

主控单元将系统配置参数/配置文件，将频率参数配置、基带开关切换单元配置和中频切换开关配置分别下发至射频模块、中频切换开关和射频切换开关，完成链路参数及数据通道配置；

主控单元将待发送的数据，通过基带开关切换单元选通的数据通道，发送至选定的卫星网络基带模块进行调制，并将调制后的中频信号通过中频切换开关发送至射频模块进行变频、放大，最后由射频天线发射，与卫星建立通信链路；

射频天线接收卫星下传的射频信号，由射频模块进行变频处理后，通过中频切换开关，传输至卫至选定的卫星网络基带模块进行解调；

进行数据包的收发，完成一次完整的数据传输过程；

数据收发结束后，主控单元向基带模块、中频切换开关、射频切换开关、射频模块发送休眠令，使上述模块进入休眠状态，以降低系统的功耗。

进一步地，所述主控单元可从安装的卫星基带模块获取通信模块的链路配置和服务区域信息，并反馈注册成功报文。

进一步地，网络管理单元利用卫星服务网络策略算法，确定当前区域的最佳接入网络。

进一步地，所述待发送的数据包括传感器单元的数据或数据存储单元的数据。

进一步地，将射频单元接收的卫星数据，通过中频开关切换单元传输至对应的基带单元，由卫星基带单元对信号进行解调处理。

进一步地，将解调后的数据通过基带开关切换单元传输至主控单元，由主控单元对数据包进行后续的处理。

本发明的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：

1、可覆盖全球：用户可根据监管的移动对象的移动路线，工作区域，选择卫星运营服务组合，实现监控全过程的服务覆盖。

2、配置灵活：通过热插拔、模块化、标准的结构化安装和接口连接方式，用户可以根据监控移动载体的路线变更，网络商服务价格变化、灵活的安装、更换卫星通信模块和网络使用策略。

3、降低用户决策成本：传统的终端通常需要与卫星运营服务商绑定，而从用户的角度，往往需要采购、安装、运营数量庞大的终端设备，如果后期更换运营商，需要将所有终端拆除，重新采购安装，系统平台也需要改造，导致用户决策压力和成本很高，本发明提供的卫星通信终端系统在更换运营商时，仅仅需要对卫星通信模块进行在线的拆卸与更换，部署时间短，成本低，避免了用户前期选择运营商的决策压力。

4、提高网络服务费效比：不同物联网星座的链路质量、流量价格、时效性均不相同，本专利使用的网络选择策略算法，在同时有多个网络可用时，通过综合分析价格要素，链路质量要素，时效性要素，选择最佳服务网络，提高网络服务的总体费效比。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例一中多模物联网卫星的通信终端系统的结构示意图。

图2是本发明实施例一中多模物联网卫星通信终端系统的网络管理方法的流程图。

图3是本发明实施例二中多模物联网卫星通信终端的网络切换流程的部分流程图。

图4是本发明实施例二中多模物联网卫星通信终端的网络切换流程的部分流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置及相关应用、方法的例子。

实施例一

图1是本发明实施例一中多模物联网卫星的通信终端系统的结构示意图，该多模物联网卫星的通信终端系统，如图1所示，包括卫星基带单元阵列1、射频单元2、基带开关切换单元3、中频开关切换单元4、主控单元5、射频接口6、网络切换管理单元7、gnss单元8、传感器单元9和数据存储单元10。

卫星基带单元阵列用于数据的调制与解调，通信终端的核心单元之一，包含多个卫星运营商基带模组，终端主板采用模块化、可热插拔设计，通过标准化的软硬件接口设计，兼容多个卫星物联网运营商，模块安装后自动注册识别。

射频单元用于兼容不少于两个的运营商的终端模块工作的射频频段，不同卫星星座使用的频率不同，包括uhf、vhf、l，射频接收及发射单元需要同时兼容多个工作频段，且具有动态可调，根据不同的模块，由主控单元完成射频链路的参数配置。

基带开关切换单元用于连接收发数据与对应的卫星基带单元的数据交换通路，网络切换管理单元做出网络选择后，主控单元控制基带开关切换单元。

中频开关切换单元用于连接在用的卫星基带单元与射频单元的信号传输通路，网络切换管理单元做出网络选择后，主控单元控制中频切换开关。

主控单元用于对卫星基带单元阵列模块的自动识别、注册、网络参数管理，主控单元是通信终端的核心控制部分，主控单元还包括基带开关/中频开关/射频单元参数配置下发、卫星基带模块的激活与休眠控制、gnss位置定位/授时数据读取、传感模块、数据存储模块的控制与读取等功能。

射频接口用于兼容不少于两个的运营商的终端模块，不同卫星星座使用的频率不同，包括uhf、vhf、l，射频接口需选择能够覆盖所有选取的卫星运营商的射频链路频段。

网络切换管理单元用于网络切换策略权重因子管理、网络切换策略的算法实现和卫星网络服务参数管理，通过网络切换策略实现网络的动态选择，并将最终选择结果反馈至主控单元，实现卫星网络的动态切换。

gnss单元用于获取当前的地理位置与时间。

传感器单元用于获取监控对象的状态，包括但不限于温度、湿度、压力、等各类业务的状态采集数据。

数据存储单元用于存储传感单元采集数据、卫星网络服务参数和通信终端服务日志信息。

终端系统利用热插拔、模块化、结构化安装和标准的控制及数据接口连接方式，根据用户卫星网络运营商选择需求，可搭载两个或两个以上不同的物联网卫星网络的数据收发模块，且可以灵活的替换、增加、减少卫星收发模块，通信终端可以在线识别模块硬件连接行为，自动的完成网络的注册和注销操作。

通信网络管理方法主要基于终端所在的地理位置，根据当前所在的位置区域与系统中已注册的可用卫星网络的服务区域进行网络匹配，匹配后的多个可用卫星网络将通过，通过系统内置的卫星服务与网络选择策略分析算法，自动判断当前可用的最佳卫星网络，并从系统中读取选择的网络参数、完成通道切换、射频单元的参数配置下发，打通数据传输链路，完成入网和用户数据的收发。

图2是本发明实施例一中多模物联网卫星通信终端系统的网络管理方法的流程图，如图2所示，该多模物联网卫星通信终端系统的网络管理方法，包括以下步骤，

步骤101、安装卫星基带单元，卫星基带单元自动向主控单元发起在线注册申请。

主控单元通过获取通信模块的链路配置和服务区域信息，反馈注册成功报文。

步骤102、主控单元从gnss模块获取当前位置信息，并传送至网络管理单元，并将对应的基带单元编号及链路配置参数或配置文件发送至主控单元。

步骤103、主控单元成功获取卫星基带模块编号后，将基带模块、中频切换开关、射频切换开关和射频模块从低功耗睡眠模式中唤醒。

步骤104、主控单元将系统配置参数/配置文件，将频率参数配置、基带开关切换单元配置和中频切换开关配置分别下发至射频模块、中频切换开关和射频切换开关，完成链路参数及数据通道配置。

步骤105、主控单元将待发送的数据，通过基带开关切换单元选通的数据通道，发送至选定的卫星网络基带模块进行调制。

将调制后的中频信号通过中频切换开关发送至射频模块进行变频、放大，最后由射频天线发射，与卫星建立通信链路。

待发送的数据包括传感器单元的数据或数据存储单元的数据。

网络管理单元利用卫星服务与网络策略算法，确定当前区域的最佳接入网络。

步骤106、射频天线接收卫星下传的射频信号，由射频模块进行变频处理后，通过中频切换开关，传输至选定的卫星网络基带模块进行解调。

将解调后的数据通过基带开关切换单元传输至主控单元，由主控单元对数据包进行后续的处理。

步骤107、重复步骤106和步骤107，进行数据包的收发，完成一次完整的数据传输过程。

步骤108、数据收发结束后，主控单元向基带模块、中频切换开关、射频切换开关、射频模块发送休眠令，使上述模块进入休眠状态，以降低系统的功耗。

实施例二

图3是本发明实施例二中多模物联网卫星通信终端的网络切换流程的部分流程图，图4是本发明实施例二中多模物联网卫星通信终端的网络切换流程的部分流程图，如图3和图4所示，该多模物联网卫星通信终端的网络切换流程，包括以下步骤：

步骤201、终端获取数据发送请求，进入数据发送工作模式。

步骤202、从gnss模块读取当前位置。

步骤203、检索可用网络列表，查询当前所在位置区域的可用卫星服务网络。

步骤204、若当前无可用网络，则返回步骤2，等待终端进入可用卫星网络覆盖区域。

步骤205、若查询到当前仅1个可用网络，进入步骤7。

步骤206、若查询到当前可用2个或2个以上可用网络，则根据卫星服务网络策略选择算法模型，分析计算出最佳接入卫星服务网络。

步骤207、读取待接入网络的链路、通道配置参数，配置基带开关切换单元、中频切换开关、基带单元和射频单元。

步骤208、建立握手链接，入网成功。

步骤209、开始数据包的收发。

步骤210、仍有待传输数据包，跳转至步骤9，继续数据包传输。

步骤211、数据包收发完成跳转至步骤12。

步骤212、卫星基带单元、切换开关和射频单元进入休眠状态，等待下一次数据传输时唤醒信号。

采用了上述发明的实施例，可覆盖全球：用户可根据监管的移动对象的移动路线，工作区域，选择卫星运营服务组合，实现监控全过程的服务覆盖；配置灵活：通过热插拔、模块化、标准的结构化安装和接口连接方式，用户可以根据监控移动载体的路线变更，网络商服务价格变化、灵活的安装、更换卫星通信模块和网络使用策略；降低用户决策成本：传统的终端通常需要与卫星运营服务商绑定，而从用户的角度，往往需要采购、安装、运营数量庞大的终端设备，如果后期更换运营商，需要将所有终端拆除，重新采购安装，系统平台也需要改造，导致用户决策压力和成本很高；本发明提供的卫星通信终端系统在更换运营商时，仅仅需要对卫星通信模块进行在线的拆卸与更换，部署时间短，成本低，避免了用户前期选择运营商的决策压力；提高网络服务费效比：不同物联网星座的链路质量、流量价格、时效性均不相同，本专利使用的网络选择策略算法，在同时有多个网络可用时，通过综合分析价格要素，链路质量要素，时效性要素，选择最佳服务网络，提高网络服务的总体费效比。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。