基于北斗卫星通信链路的空地通信系统的制作方法

本发明涉及空地通信，具体是基于北斗卫星通信链路的空地通信系统。

背景技术：

1、通信卫星一般位于赤道上空36000km的同步轨道，卫星通信终端主机经常地移动，并且受环境和卫星天线的影响较大。卫星通信有以下几个特点：

2、a)高误码率，卫星信道的路径衰减较大，易受环境影响。

3、b)带宽较小，带宽在卫星通信中是稀缺资源，现在使用的卫星带宽与经典的以太网相比，卫星通信的带宽相对较小。

4、c）传播延迟，影响卫星通信延迟的因素不止一个，主要的一个是轨道类型。多数情况下低轨系统单向传播延迟是20-25ms，中轨系统是110—130ms，静止轨道系统为250-280ms，系统延迟还受星间路由选择、星上处理以及缓存等因素的影响。

5、d)终端的移动性由于其容易受环境和天线方向的影响，卫星通信终端经常地移动。则导致了卫星通信可能的中断性和比较高的误码率。

6、e)通信费较高，由于卫星的发射和运营成本很高，这就导致了卫星通信的信息费与有线网等通信手段的信息费相比相对较高。

7、对比文件cn116074865a“一种空地一体化网络的传输配置方法、装置及存储介质”通过构建空地一体化网络的吞吐量和传输配置参数组合的第一函数关系，并以最大化频率效率为目标，对第一函数关系进行求解，进而确定传输配置中的各项参数的最优取值；从而解决了空地一体化网络中因跨链路干扰导致频谱效率降低的问题，提高了空地一体化网络的工作效率。

8、对比文件cn114786151a“一种基于空地通信的多路径端到端传输系统及应用方法”本发明根据当前多条信道的质量，对接收到的用户数据流进行重分配。通过算法将用户数据按比例分配到各个信道上进行传输的同时利用多条信道耦合进行加密，在有效增加系统吞吐量的同时，也保证了用户隐私不被泄露，实现了用户数据的安全传输。

9、在具有高误码率、带宽较小以及传播延迟较高的卫星网络中，面对越来越多的数据传输种类和越来越大数据传输量级要求，卫星网络更容易发生拥塞，如何在保证用户端的业务数据能够保持在低误码率下传输的同时，降低较高的数据传输延迟是我们亟需解决的问题，现提供一种基于北斗卫星通信链路的空地通信系统。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供基于北斗卫星通信链路的空地通信系统，包括监控中心，所述监控中心通信连接有数据采集模块、数据处理模块、通信链路选取模块、链路带宽估计模块和跳动窗口模块；

2、所述数据采集模块与若干卫星终端之间通过地面基站进行分布式的通信连接，用于获取若干个边缘用户终端发送的业务数据并将其发送至数据处理模块；

3、所述数据处理模块用于对接收到的业务数据进行处理优先值分析，并根据处理优先值大小依次将对应业务数据发送至地面基站；

4、地面基站接收到业务数据时，由地面基站发送路径请求信息至通信链路选取模块，所述通信链路选取模块用于响应于路径请求信息，获取需要进行北斗卫星通信的卫星轨道类型和卫星通信链路长度，并根据卫星通信链路长度获取当前时刻满足预设通信传输要求的卫星通信链路，并发送至链路带宽估计模块；

5、所述链路带宽估计模块用于对满足预设通信传输要求的通信链路进行实时带宽估计，并根据实时带宽选取数据传输路径并发送至地面基站；

6、所述跳动窗口模块与地面基站相连接，用于为数据传输路径分配数据传输配额，当数据传输路径的数据传输配额已满后，摒弃该路径，同时由地面基站重新发送路径请求信息至通信链路选取模块，所述通信链路选取模块从剩余通信链路中选取新的数据传输路径，以此类推，直至所有的业务数据传输完成。

7、进一步的，所述数据处理模块对接收到的业务数据进行处理优先值分析的过程包括：

8、将同一边缘用户终端发送的业务数据打包成数据包，获取对应的边缘用户终端的采集记录，所述采集记录包括采集时刻、数据类型以及数据量；

9、根据所述对应边缘用户终端的采集记录统计对应边缘用户终端的累计采集次数，将相邻的采集时刻进行均值计算得到中心时刻，将相邻的采集时刻之间进行时间差计算得到采集间隔，将同一相邻的采集时刻获得的中心时刻和采集间隔相关联，根据所述采集间隔的中心时刻与当前时刻的时间差设置采集间隔的权重指标，并根据所述采集间隔和对应的权重指标生成间隔系数，根据所述累计采集次数和间隔系数获取对应边缘用户终端的采集频率；

10、根据所述数据类型、数据量以及采集频率获得边缘用户终端的优先级。

11、进一步的，所述通信链路选取模块响应于路径请求信息，获取需要进行北斗卫星通信的卫星轨道类型和卫星通信链路长度的过程包括：

12、根据路径请求信息获取需要进行北斗卫星通信的卫星轨道类型，所述卫星轨道类型包括星地轨迹和星间轨迹；

13、将卫星星座的星历表下载至通信链路选取模块，所述星历表按卫星星座轨道周期进行定时更新；

14、当进行北斗卫星通信的卫星轨道类型为星地轨迹时，从星历表中获取当前时刻地面站和卫星的纬度和经度地理坐标信息，构建地心坐标系，并将所述地理坐标转换为地心坐标，在地心坐标系下，通过三维空间中的直线距离公式计算地面基站和卫星之间的通信链路长度；

15、当进行北斗卫星通信的卫星轨道类型为星间轨迹时，获取通信链路中低地球轨道层间中的卫星a和高地球轨道层间中的卫星b，首先获取低地球轨道层间中的卫星a与地面基站的通信链路长度；

16、根据所述星历表分别获取所述卫星a的星下点经纬和所述卫星b的星下点经纬，并根据所述卫星a的星下点经纬和所述卫星b的星下点经纬获取卫星a与卫星b之间的瞬时地心角；

17、并根据所述星历表获取卫星a的轨道高度和卫星b的轨道高度，根据卫星a的轨道高度和卫星b的轨道高度和卫星a与卫星b之间的瞬时地心角获得双星星间链路长度；

18、则卫星轨道类型为星间轨迹的通信链路总长度为低地球轨道层间中的卫星a与地面基站的通信链路长度与双星星间链路长度之和。

19、进一步的，所述通信链路选取模块根据通信链路长度选取满足预设通信传输要求的卫星通信链路的过程包括：

20、根据通信链路长度计算当前时刻的传播时延；

21、设置传播时延阈值，将通信链路的传播时延与传播时延阈值进行比较；

22、当通信链路的传播时延大于传播时延阈值时，则剔除所述通信链路；

23、当通信链路的传播时延小于等于传播时延阈值时，则将所述通信链路标记为候选通信链路。

24、进一步的，所述链路带宽估计模块对满足预设通信传输要求的通信链路进行实时带宽估计的过程包括：

25、所述链路带宽估计模块通过候选通信链路向卫星发送固定时间间隔的探测数据包，确定所述探测数据包的数据长度，当卫星接收到探测数据包后，向链路带宽估计模块发送确认响应数据，当所述链路带宽估计模块接收到确认响应数据后，记录接收到认应答包的时刻，根据所述探测数据包的数据长度、接收到认应答包的时刻以及候选通信链路的传播时延获取带宽样本值；

26、每当所述链路带宽估计模块接收到一个确认响应数据对链路带宽进行估计，得到一个带宽样本值时，利用ewma滤波器对带宽样本值进行滤波处理，获得当前时刻的平稳带宽估计值。

27、进一步的，所述链路带宽估计模块根据实时带宽选取数据传输路径并发送至地面基站的过程包括：

28、获取各个候选通信链路的当前时刻的平稳带宽估计值，选取平稳带宽估计值最大的前k个通信链路作为数据传输路径。

29、进一步的，所述跳动窗口模块为数据传输路径分配数据传输配额的过程包括：

30、将地面基站所接收的数据包划分为k个子数据包，为每个子数据包分配一个对应的数据传输路径，并在子数据包进行数据传输前设置一个跳动窗口，确定跳动窗口的初始窗口长度，所述子数据包根据所述初始窗口长度获取当前时刻进行数据传输的数据字节数，并且当卫星成功接收到数据后，向跳动窗口模块反馈确认响应数据，所述跳动窗口模块根据确认响应数据和所述数据的发送时间确定当前数据的往返时延，根据所述往返时延对下一时刻进行数据传输的数据字节数进行动态调增，以此类推，直至子数据包中的数据派发完成。

31、进一步的，所述跳动窗口模块根据所述往返时延对下一时刻进行数据传输的数据字节数进行动态调增的过程包括：

32、设置时延阈值，将往返时延与时延阈值进行比较；

33、若往返时延大于时延阈值，则子数据包摒弃当前数据传输路径，并向地面基站发送路径请求信息，由地面基站重新发送路径请求信息至通信链路选取模块，所述通信链路选取模块从剩余通信链路中选取新的数据传输路径；

34、若往返时延小于等于时延阈值，则获取当前时刻的时延变化幅值；

35、设置时延变化幅值阈值，将时延变化幅值与时延变化幅值阈值进行比较；

36、当时延变化幅值大于时延变化幅值阈值时，则子数据包摒弃当前数据传输路径，并向地面基站发送路径请求信息，由地面基站重新发送路径请求信息至通信链路选取模块，所述通信链路选取模块从剩余通信链路中选取新的数据传输路径；

37、当时延变化幅值小于等于时延变化幅值阈值时，则根据时延变化幅值将进行数据传输时的下一时刻的初始窗口长度以指数形式进行增长，以此类推，直到子数据包中的数据全部传输完成。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、1、本发明的数据采集模块根据边缘用户终端的采集记录获取边缘用户终端的传输的业务数据的数据类型、数据量以及采集频率，获取边缘用户终端的业务数据处理优先级，根据业务数据处理优先级的大小将对应的业务数据依次传输至地面基站，使数据处理更有层次，井井有条；

40、2、地面基站接收到业务数据时，由地面基站发送路径请求信息至通信链路选取模块，所述通信链路选取模块用于响应于路径请求信息，获取需要进行北斗卫星通信的卫星轨道类型和卫星通信链路长度，并根据卫星通信链路长度获取当前时刻满足预设通信传输要求的卫星通信链路，并发送至链路带宽估计模块；所述链路带宽估计模块对满足预设通信传输要求的通信链路进行实时带宽估计，并根据实时带宽选取数据传输路径并发送至地面基站，有效提高了数据传输效率；

41、3、利用ewma滤波器对带宽样本值进行滤波处理，获得当前时刻的平稳带宽估计值，有效降低了通信链路实时带宽估计的偏差率，降低了通路链路传输的误码率；

42、4、所述跳动窗口模块为数据传输路径分配数据传输配额，并根据所述往返时延对下一时刻进行数据传输的数据字节数进行动态调增，在避免了同一路径传输数据包过多、持续传输时间过长带来的传输效率低下问题的同时，在不影响路径数据传输速度的基础上，动态调增数据传输的数据字节数，进一步加快了卫星通信链路数据传输效率。