低轨卫星信息转发方法、装置、系统以及控制器和介质与流程

本发明涉及低轨卫星通信技术领域，尤其涉及一种低轨卫星信息转发方法、装置、系统以及控制器和介质。

背景技术：

低轨卫星网络是指由若干低地球轨道（lowearthorbit）卫星，简称leo构成的空间网络。低轨卫星利用无线电覆盖地球上的区域，处于该区域内的用户可以接入卫星实现多种形式的通信。

传统通信卫星信息处理和转发通常在地面上完成，星上只做透明转发。在低轨（500公里到1000公里）运行的时候，每次飞过地面站上空时间只在几分钟之内，其他时间，透明转发通信卫星不能工作。此外，需要大量的地面站来完成全球覆盖，要时刻保持每一颗星下面都有地面站，才可以让卫星具有透明转发功能，成本极高。这样就造成了低轨卫星星座转发资源无法调配，拥堵的只能继续拥堵，空闲的会一直空闲，完全由地面需求决定，不能把空闲的卫星资源调配给繁忙的网段。

技术实现要素：

本发明目的在于，提供一种低轨卫星信息转发方法、装置、系统以及控制器和介质，使得低轨卫星具有星上信息转发功能，降低了成本，提高了通信速度和卫星资源利用率。

为了解决上述技术问题，根据本发明一方面，提供了一种低轨卫星信息转发方法，包括：

接收发送端发送的第一信号并进行处理，生成报文信息；

基于所述报文信息和预设的转发流表确定对应的输出通道；

处理所述报文信息，生成第二信号，并通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

进一步的，所述接收发送端发送的第一信号并进行处理，生成报文信息，包括：

接收发送端发送的第一信号；

将所述第一信号转换为l频段的第一模拟信号；

将所述第一模拟信号转换为第一数字信号；

将所述第一数字信号进行解调、解码和协议解析后生成所述报文信息。

进一步的，基于所述报文信息和预设的转发流表确定对应的输出通道，包括：

将所述报文信息的报文头绕过操作系统协议栈从内核态直接搬移至用户态；

根据所述报文头和所述转发流表匹配数据源和数据目的地的映射定义，从而得到对应输出通道。

进一步的，所述处理所述报文信息，生成第二信号，包括：

将所述报文信息进行协议封装、加码和调制后生成第二数字信号；

将所述第二数字信号转换为l频段第二模拟信号；

将所述第二模拟信号转换为第二信号。

进一步的，所述第一信号和第二信号均为高频电磁信号，所述发送端为地面终端或低轨卫星，所述接收端为地面终端或低轨卫星。

根据本发明另一方面，提供了一种低轨卫星信息转发装置，安装在低轨卫星上，包括：

信息接收模块，配置为接收发送端发送的第一信号并进行处理，生成报文信息；

输出通道确定模块，配置为基于所述报文信息和预设的转发流表确定对应的输出通道；

信息发送模块，配置为处理所述报文信息，生成第二信号，并通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

进一步的，所述信息接收模块和信息发送模块均包括天线模块、变频器、ad/da转换器、基带模块，其中，

信息接收过程中：

所述天线模块用于接收发送端发送的第一信号；

所述变频器用于将所述第一信号转换为l频段的第一模拟信号；

所述ad/da转换器用于将所述第一模拟信号转换为第一数字信号；

所述基带模块用于将所述第一数字信号进行解调、解码和协议解析后生成所述报文信息；

信息发送过程中：

所述基带模块用于将所述报文信息进行协议封装、加码和调制后生成第二数字信号；

所述ad/da转换器用于将所述第二数字信号转换为l频段第二模拟信号；

所述变频器用于将所述第二模拟信号转换为第二信号；

所述天线模块用于通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

进一步的，所述天线模块包括星间天线和星地天线，所述星间天线用于与低轨卫星通信，所述星地天线用于与地面发送端或接收端通信。

进一步的，所述输出通道确定模块包括：

驱动单元，配置为将所述报文信息的报文头绕过操作系统协议栈从内核态直接搬移至用户态；

输出通道确定单元，配置为根据所述报文头和所述转发流表匹配数据源和数据目的地的映射定义，从而得到对应输出通道。

进一步的，所述第一信号和第二信号均为高频电磁信号，所述发送端为地面终端或低轨卫星，所述接收端为地面终端或低轨卫星。

根据本发明又一方面，提供一种低轨卫星信息转发系统，包括一个安装在地面的地面站控制器和若干低轨卫星，每一所述低轨卫星上均安装有所述低轨卫星信息转发装置，所述低轨卫星之间采用物理链路连接，所述地面站控制器与所述若干低轨卫星中的过顶卫星进行通信，相互连接的低轨卫星之间能够通过低轨卫星信息转发装置进行信息转发。

根据本发明又一方面，提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述方法的步骤。

根据本发明又一方面，提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述程序在由一计算机或处理器执行时实现所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种低轨卫星信息转发方法、装置、系统以及控制器和介质可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明使得低轨卫星具有星上信息转发功能和星上处理数据包的能力，且能通过单地面站低轨卫星网络控制，实现全局覆盖，无需在地面站布置大量地面站，即可实信息转发和星间通信，降低了成本，提高了通信速度和卫星资源利用率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例提供低轨卫星信息转发方法流程图；

图2为本发明一实施例提供的低轨卫星信息转发装置示意图；

图3为本发明一实施例提供的低轨卫星信息转发装置结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的低轨卫星信息转发过程输出通道确定过程示意图。

【符号说明】

1：信息接收模块2：输出通道确定模块

3：信息发送模块11：天线模块

12：变频器13：ad/da转换器

14：基带模块111：星间天线

112：星地天线21：驱动单元

22：输出通道确定单元

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种低轨卫星信息转发方法、装置、系统以及控制器和介质的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

本发明实施例提供了一种低轨卫星信息转发方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤s1、接收发送端发送的第一信号并进行处理，生成报文信息；

其中，报文信息包括数据来源信息、数据目的地信息以及承载的待转发数据等信息。

步骤s2、基于所述报文信息和预设的转发流表确定对应的输出通道；

其中，所述数据流表中可存储地址段和地址段对应的转发出口、转发出口信息。

步骤s3、处理所述报文信息，生成第二信号，并通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

本发明实施例所述方法使得低轨卫星具有星上信息转发功能，降低了成本，提高了通信速度和卫星资源利用率。

作为一种示例，所述第一信号和第二信号均为高频电磁信号，所述发送端为地面终端或低轨卫星，所述接收端为地面终端或低轨卫星，其中地面终端包括手机、笔记本、车载电脑等等。

作为一种示例，所述步骤s1包括：

步骤s11、接收发送端发送的第一信号；

步骤s12、将所述第一信号转换为l频段的第一模拟信号；

步骤s13、将所述第一模拟信号转换为第一数字信号；

步骤s14、将所述第一数字信号进行解调、解码和协议解析后生成所述报文信息。

作为一种示例，所述步骤s2包括：

步骤s21、将所述报文信息的报文头绕过操作系统协议栈从内核态直接搬移至用户态；

步骤s22、根据所述报文头和所述转发流表匹配数据源和数据目的地的映射定义，得到对应输出通道，从而可以把数据搬移到匹配的映射定义出口发出数据。

具体地，如图4所示，步骤s21-步骤s22中，操作系统包括两大部分组成，一部分是在用户态，另一部分是内核态，可通过高速驱动把到达网口的报文的头部绕过操作系统协议栈，直接搬移至在用户态的转发逻辑，这样可以节省大量的操作系统中断处理开销和内存复制开销。在用户态的转发逻辑收到搬移过来的报文头之后，通过转发流表的定义，匹配数据源与数据目的地的映射定义，把数据从高速驱动中搬移到匹配的映射定义出口发出数据，具体可体现为选择对应的天线发出。

作为一种示例，所述步骤s3包括：

步骤s31、将所述报文信息进行协议封装、加码和调制后生成第二数字信号；

步骤s32、将所述第二数字信号转换为l频段第二模拟信号；

步骤s33、将所述第二模拟信号转换为第二信号；

步骤s34、通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

通过本发明实施例所述方法，发送端可通过一个卫星转发信息到接收端，也可通过多个卫星进行星间信息转发到接收端，提高了信息转发效率和卫星资源利用率。

本发明实施例还提供了一种低轨卫星信息转发装置，如图2所示，安装在低轨卫星上，包括信息接收模块1、输出通道确定模块2和信息发送模块3，其中，信息接收模块1配置为接收发送端发送的第一信号并进行处理，生成报文信息，其中，报文信息包括数据来源信息、数据目的地信息以及承载的待转发数据等信息。输出通道确定模块2配置为基于所述报文信息和预设的转发流表确定对应的输出通道，其中，所述数据流表中可存储地址段和地址段对应的转发出口、转发出口信息。信息发送模块3配置为处理所述报文信息，生成第二信号，并通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

本发明实施例所述装置使得低轨卫星具有星上信息转发功能，降低了成本，提高了通信速度和卫星资源利用率。

作为一种示例，所述第一信号和第二信号均为高频电磁信号，所述发送端为地面终端或低轨卫星，所述接收端为地面终端或低轨卫星。

如图3所示示例，所述信息接收模块1和信息发送模块3均包括天线模块11、变频器12、ad/da转换器13（模数/数模转换器）、基带模块14，其中，

信息接收过程中：所述天线模块11用于接收发送端发送的第一信号；所述变频器12用于将所述第一信号转换为l频段的第一模拟信号；所述ad/da转换器13用于将所述第一模拟信号转换为第一数字信号；所述基带模块14用于将所述第一数字信号进行解调、解码和协议解析后生成所述报文信息。

信息发送过程中：所述基带模块14用于将所述报文信息进行协议封装、加码和调制后生成第二数字信号；所述ad/da转换器13用于将所述第二数字信号转换为l频段第二模拟信号；所述变频器12用于将所述第二模拟信号转换为第二信号；所述天线模块11用于通过所述输出通道将所述第二信号发送给接收端。

作为示例，如图3所示，所述天线模块11包括星间天线111和星地天线112，所述星间天线111用于与低轨卫星通信，所述星地天线112用于与地面发送端或接收端通信。天线模块11可由铜线连接至变频器12，变频器12可由铜线连接至ad/da转换器13子卡上，ad/da子卡通过高速串行总线（pcie）接口连接至基带模块14。

输出通道确定模块2可置一转发板上，转发板上的中央处理器（cpu）为通用架构，例如arm或者risc-v，外加多种接口，转发板上运行的软件系统可为linux操作系统。

作为一种示例，所述输出通道确定模块2包括驱动单元21和输出通道确定单元22，驱动单元21配置为将所述报文信息的报文头绕过操作系统协议栈从内核态直接搬移至用户态；输出通道确定单元22配置为根据所述报文头和所述转发流表匹配数据源和数据目的地的映射定义，从而得到对应输出通道。

如图4所示，操作系统包括两大部分组成，一部分是在用户态，另一部分是内核态，输出通道确定模块2可通过高速驱动把到达网口的报文的头部绕过操作系统协议栈，直接搬移至在用户态的转发逻辑，这样可以节省大量的操作系统中断处理开销和内存复制开销。在用户态的转发逻辑收到搬移过来的报文头之后，通过转发流表的定义，匹配数据源与数据目的地的映射定义，把数据从高速驱动中搬移到匹配的映射定义出口发出数据，具体可体现为选择对应的天线发出。

需要说明的是，为了防止低轨卫星信息转发装置中的部分组成单元突发故障，影响低轨卫星信息转发装置的使用，可以进行冗余设计，即在地卫星上另外设置一套信息接收模块1、输出通道确定模块2和信息发送模块3，在其中的单元故障时，能切换到另一对应的单元继续运行。

通过本发明实施例所述装置，发送端可通过一个卫星转发信息到接收端，也可通过多个卫星进行星间信息转发到接收端，提高了信息转发效率和卫星资源利用率。

本发明实施例还提供一种低轨卫星信息转发系统，包括一个安装在地面的地面站控制器和若干低轨卫星，每一所述低轨卫星上均安装有所述低轨卫星信息转发装置，所述低轨卫星之间采用物理链路连接，所述地面站控制器与所述若干低轨卫星中的过顶卫星进行通信，相互连接的低轨卫星之间能够通过低轨卫星信息转发装置进行信息转发。所述低轨卫星信息转发系统只要保证该地面站时刻有卫星过顶，就能保证该地面站内控制系统对所有低轨卫星的信息交互，从而实现全网控制。该方案不仅能大大降低成本和复杂度，还能使得整个卫星更具灵活性，可以应对时刻变化的网络带宽需求。

本发明实施例还提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述低轨卫星信息转发方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述程序在由一计算机或处理器执行时实现所述低轨卫星信息转发方法的步骤。

本发明实施例使得低轨卫星具有星上信息转发功能和星上处理数据包的能力，且能通过单地面站低轨卫星网络控制，实现全局覆盖，无需在地面站布置大量地面站，即可实信息转发和星间通信，降低了成本，提高了通信速度和卫星资源利用率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。