天基骨干网动态接入系统、节点、管理中心及方法与流程

本发明涉及空间网络技术领域，具体涉及一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入系统、用户节点、星间网络管理中心及接入方法。

背景技术：

天基骨干网的动态接入指用户节点与骨干卫星节点建立星间链路，实现用户节点利用骨干卫星星间网络传输数据的过程。

天基骨干网的星间链路通常采用窄波束指向性星间链路，骨干卫星节点与用户节点之间建立星间链路需要双方预先获取对方的位置信息(比如中继卫星)，并约定好固定的建链时间，双方在约定的建链时间将星间链路天线指向对方，方能建立通信链路，实现用户节点对天基骨干网的接入。但该方法需要天基骨干网和用户节点事先获取对方的位置信息、约定建链时间，不能实现用户节点的动态随机接入，数据传输的实时性较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入系统、节点、管理中心及方法，能够实现用户节点的动态随机接入，实现实时或近实时响应用户节点的数据传输请求。

本发明的具体实施方案如下：

一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入系统，所述动态接入系统包括用户节点和星间网络管理中心，每个用户节点利用自身安装的北斗报文终端向星间网络管理中心发送传输服务请求，星间网络管理中心利用自身安装的北斗报文终端，接收和处理所述传输服务请求，并完成天基骨干网的数据传输规划，实现动态随机接入天基骨干网。

进一步地，所述传输服务请求包括三种北斗报文数据格式，分别为传输服务请求短报文、建链信息短报文和确认短报文；

传输服务请求短报文包括报文类型、用户节点轨道信息、请求失效时刻及请求传输数据量；若用户节点在设定时间t内未接收到星间网络管理中心发出的建链信息短报文，用户节点继续发送传输服务请求短报文，并发送n次，每次间隔时间不小于t，n＝1～10，取整数；

建链信息短报文包括报文类型、规划结果、骨干卫星节点轨道信息、建链开始时刻及建链结束时刻；星间网络管理中心根据当前天基骨干网的链路资源以及传输服务请求短报文中的请求失效时刻和请求传输数据量规划天基骨干网与用户节点的建链信息；若星间网络管理中心在设定时间t内未接收到用户节点发出的确认短报文，则星间网络管理中心继续发送建链信息短报文，并发送n次，每次间隔时间不小于t；

确认短报文包括报文类型和确认信息；用户节点在接收到建链信息短报文后，判断建链开始时刻是否是未来时间，若是，向星间网络管理中心发送确认短报文，确认信息为真，即可在约定的时间完成数据传输；若否，确认信息为假，传输请求失败。

一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入方法，采用所述的基于北斗短报文的天基骨干网动态接入系统，所述动态接入方法具体流程为：

星间网络管理中心接收到需求方的传输服务请求后，根据当前天基骨干网的链路资源规划天基骨干网与用户节点的建链信息生成建链信息短报文；然后，星间网络管理中心将建链信息短报文发送至用户节点，用户节点收到后发送确认短报文；星间网络管理中心收到用户节点的确认短报文后，将建链信息发送至天基骨干网；天基骨干网与用户节点在约定的时间建立星间链路完成数据传输。

进一步地，若需求方为用户节点，则用户节点产生数据传输服务请求后，生成传输服务请求短报文，然后向星间网络管理中心发送传输服务请求短报文；

若需求方为地面，则地面直接向星间网络管理中心发送传输服务请求。

一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入的用户节点，所述用户节点利用自身安装的北斗报文终端向星间网络管理中心发送传输服务请求，等待接收星间网络管理中心的处理结果，在约定的时间与天基骨干网建立星间链路完成数据传输。

进一步地，所述用户节点产生数据传输服务请求后，生成传输服务请求短报文，然后向星间网络管理中心发送传输服务请求短报文，并等待接收建链信息短报文；

用户节点接收到建链信息短报文后，判断建链开始时刻是否是未来时间，若是，向星间网络管理中心发送确认短报文，确认信息为真，即可在约定的时间完成数据传输；若否，确认信息为假，传输请求失败。

一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入的星间网络管理中心，所述星间网络管理中心利用自身的北斗报文终端，接收和处理需求方的传输服务请求，并完成天基骨干网的数据传输规划，实现用户节点动态随机接入天基骨干网。

进一步地，所述星间网络管理中心接收到需求方的传输服务请求后，根据当前天基骨干网的链路资源规划天基骨干网与用户节点的建链信息生成建链信息短报文并发送至用户节点；

星间网络管理中心接收到用户节点发送的确认短报文后，判断确认信息为真或者假，若为真，星间网络管理中心将建链信息发送至天基骨干网；若为假，传输协商失败，处理流程结束。

进一步地，若需求方为用户节点，星间网络管理中心接收用户节点生成的传输服务请求短报文；

若需求方为地面，则星间网络管理中心直接接收地面的传输服务请求。

有益效果：

1、本发明在每个用户节点上安装一个北斗报文终端，利用北斗短报文的全球覆盖特性，实现动态随机接入天基骨干网响应用户节点的数据传输请求。

2、本发明的用户节点与星间网络管理中心交互采用三种北斗报文数据格式，便于判断传输状态并实现数据传输。

附图说明

图1为本发明的系统架构；

图2为传输服务请求短报文格式；

图3为建链信息短报文格式；

图4为确认短报文格式

图5为用户节点向地面发送消息情景下用户节点处理流程；

图6为用户节点向地面发送消息情景下星间网络管理中心处理流程；

图7为地面向用户节点发送数据情景下用户节点处理流程；

图8为地面向用户节点发送数据情景下星间网络管理中心处理流程。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于北斗短报文的天基骨干网动态接入系统，利用北斗短报文的全球覆盖特性实现天基骨干网的动态随机接入。

动态接入系统包括用户节点和星间网络管理中心，如图1所示，在每个用户节点上安装星间链路终端的同时也安装一个北斗报文终端，用户节点利用北斗报文终端向星间网络管理中心发送传输服务请求，星间网络管理中心利用自身安装的北斗报文终端，接收和处理用户节点发送的传输服务请求，并完成天基骨干网的数据传输规划，实现动态随机接入天基骨干网。

用户节点与星间网络管理中心交互采用三种北斗报文数据格式，分别为传输服务请求短报文、建链信息短报文和确认短报文。

用户节点请求传输服务时，通过传输服务短报文请求，传输服务请求短报文包括报文类型、用户节点轨道信息、请求失效时刻及请求传输数据量，如图2所示，其中报文类型填1。设定时间t定为60s，若用户节点在60s内未接收到星间网络管理中心发出的建链信息短报文，用户节点继续发送传输服务请求短报文，并至多发送3次，每次间隔不小于60s。

建链信息短报文包括报文类型、规划结果、骨干卫星节点轨道信息、建链开始时刻及建链结束时刻，其中报文类型填2，如图3所示。星间网络管理中心根据当前天基骨干网的链路资源以及传输服务请求短报文中的请求失效时刻和请求传输数据量规划天基骨干网与用户节点的建链信息，具体包括由哪颗骨干卫星节点与用户节点建链，以及在何时建链，还包括该骨干卫星节点的轨道信息等。若规划成功，则星间网络管理中心将建链信息短报文中的规划结果置为真，并将建链信息封装在建链信息短报文中,发送给用户节点，等待用户节点的确认短报文；若规划失败，则将建链信息短报文中的规划结果置为假，发送给用户节点。若星间网络管理中心在60s内未接收到用户节点发出的确认短报文，则星间网络管理中心继续发送建链信息短报文，并至多发送3次，每次间隔不小于60s。

确认短报文包括报文类型和确认信息，如图4所示，其中报文类型填3。用户节点在接收到建链信息短报文后，判断建链开始时刻是否是未来时间，若是，向星间网络管理中心发送确认短报文，确认信息为真，即可在约定的时间完成数据传输；若否，确认信息为假，传输请求失败。

星间网络管理中心会根据接收到的短报文的类型判断其中包含的内容。星间网络管理中心在收到用户节点确认短报文后，将建链信息包括建链调度、用户节点卫星轨道信息等发送给天基骨干网，实现用户节点动态随机接入天基骨干网。短报文链路为控制链路，三种短报文通过控制链路在报文终端之间传输，星间链路和星地链路为数传链路，数据传输通过数传链路在星间链路终端和星地链路终端传输。

用户节点和星间网络管理中心均需要遵循相应的动态接入方法，以实现用户节点动态随机接入天基骨干网，具体的动态接入方法分为用户节点向地面发送数据情景和地面向用户节点发送数据两种情景。

(1)用户节点向地面发送数据情景

用户节点向地面发送数据情景下，用户节点的处理流程图如图5所示。

用户节点产生数据传输服务请求后，根据需要传输的数据量、传输请求的失效时刻以及用户节点的卫星轨道信息，生成传输服务请求短报文，然后将传输服务请求短报文发送出去，并进入等待接收建链信息短报文的状态。如果用户节点收到建链信息短报文，那么进行进一步的判断。如果用户节点未收到确认信息短报文，那么检查是否已经等待了60s，如果等待时间未到60s，那么继续等待，如果等待时间超过60s，那么，用户节点再次发送传输服务请求短报文。传输服务请求短报文最多发送3次，若发送3次后均未收到建链信息短报文，则该次传输请求失败。

用户节点收到星间网络管理中心发送的建链信息短报文后，需要确认两个条件：建链结果标识是否为真；建链开始时刻是否在未来。

若这两个条件均满足，那么将确认短报文的确认信息置为真，并生成确认短报文，发送给星间网络管理中心。若上面两个条件有一个不满足，则将确认短报文的确认信息置为假，并生成确认短报文，发送给星间网络管理中心，该次传输请求失败。

如果上面两个条件均满足，用户节点将在约定的建链时刻与天基骨干网建立星间链路并进行数据传输。

用户节点向地面发送数据情景下，星间网络管理中心的处理流程图如图6所示。

星间网络管理中心在收到用户节点的传输请求短报文后，根据用户节点请求传输的数据量、用户请求失效时刻以及当前星间网络资源使用情况进行建链规划，如果建链规划成功即规划的时间段能够传输完用户请求的数据量，规划的传输结束时刻早于用户请求失效时刻，那么将建链信息短报文的规划结果标识置为真，生成建链信息短报文，将建链信息短报文发送给用户节点，并进入等待接收确认短报文的状态。如果规划失败，则将规划结果置为假。如果星间网络管理中心收到了用户节点发送的确认短报文，那么，将进行进一步的判断。如果星间网络管理中心未收到确认短报文，那么检查是否已经等待了60s，如果等待时间未到60s，那么继续等待，如果等待时间超过60s，那么，星间网络管理中心再次发送建链信息短报文。建链信息短报文最多发送3次，若发送3次后均未收到确认短报文，则该次传输请求失败。

星间网络管理中心在收到用户节点发送的确认短报文后，检查确认短报文的确认信息是否为真，若是，则星间网络管理中心与用户节点之间的传输协商成功。接着，星间网络管理中心将建链信息发送给天基骨干网，天基骨干网将在约定的时间与用户节点建立星间链路，并进行数据传输。若确认短报文的确认信息是否为假，那么，星间网络管理中心与用户节点之间的传输协商失败，处理流程结束。

(2)地面向用户节点发送数据情景

地面向用户节点发送数据情景下，用户节点的处理流程图如图7所示。

用户节点会一直处于等待接收建链信息短报文的状态，如果用户节点收到了建链信息短报文，那么需要确认两个条件：建链结果标识是否为真；建链开始时刻是否在未来。

若这两个条件均满足，那么将确认短报文的确认信息置为真，并生成确认短报文，发送给星间网络管理中心。若上面两个条件有一个不满足，则将确认短报文的确认信息置为假，并生成确认短报文，发送给星间网络管理中心，传输请求失败，重新进入等待接收建链信息短报文的状态。

如果上面两个条件均满足，用户节点将在约定的建链时刻天基骨干网建立星间链路并进行数据传输。

地面向用户节点发送数据情景下，星间网络管理中心的处理流程图如图8所示。

星间网络管理中心在收到用户的传输请求后，根据当前星间网络资源使用情况进行建链规划，如果建链规划成功即规划的时间段能够传输完用户请求的数据量，规划的传输结束时刻早于用户请求传输时刻，那么将建链信息短报文的规划结果标识置为真，生成建链信息短报文，将建链信息短报文发送给用户节点，并进入等待接收确认短报文的状态。如果规划失败，则将规划结果置为假，并结束。如果星间网络管理中心收到了用户节点发送的确认短报文，那么，将进行进一步的判断。如果星间网络管理中心未收到确认短报文，那么检查是否已经等待了60s，如果等待时间未到60s，那么继续等待，如果等待时间超过60s，那么，星间网络管理中心再次发送建链信息短报文。建链信息短报文最多发送3次，若发送3次后均未收到确认短报文，则传输请求失败。

星间网络管理中心在收到用户节点发送的确认短报文后，检查确认短报文的确认信息是否为真，若是，则星间网络管理中心与用户节点之间的传输协商成功。接着，星间网络管理中心将建链信息发送给天基骨干网，天基骨干网将在约定的时间与用户节点建立星间链路，并进行数据传输。若确认短报文的确认信息为假，那么，星间网络管理中心与用户节点之间的传输协商失败，处理流程结束。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。