[发明专利]一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种终端接入卫星方法，主要用于抵抗星地链路高误码的特点，提高星地链路通信可靠性，属于卫星通信技术领域。

背景技术

卫星链路分为星际链路和星地链路，星际链路主要以自由空间传播损耗为主，误码服从高斯分布；星地链路的衰落环境较复杂，影响因素包括：多径衰落、阴影遮蔽以及Ka波段特有的雨衰影响等。卫星链路的特点包括：长时延、高误码率及上下行链路不对称。其中高误码率(BER)影响卫星链路的可靠性。前向纠错(FEC)编码在一定程度上可以补偿信道误码，但是降低了数据传输的有效性。

冗余数据传输是当前保证数据传输可靠性的主要方法，如多路径或重传。其中，多路径方法在源和目的(sink)之间构建多条路径，通过将数据报文同时沿着多条路径传输来增加数据传输的可靠性。重传主要在单条路径上的每跳步传输多份数据备份。它们的主要思想就是将数据传输多次或多份，以抵御数据丢失，保证数据能成功传输到目的地。多路径方法是从端到端保证可靠性，而大部分重传方法是在每跳步间保证可靠性，因此，多路径一般比重传耗能要多。但是，重传方法将所有数据流量都集中在一条路径上，不利于能量均衡；节点失效对单条路径的影响更大，因此，多路径的鲁棒性更强；此外，重传增加了信道竞争，在发生拥塞时，如果调度不当，不但达不到预期的可靠性，还会继续恶化拥塞，导致大量包被丢弃，降低网络吞吐率。另外，每个跳步重传会增加报文的传输延迟，而许多紧急事件都是延迟敏感的。因此，具体使用哪一种方法主要依赖于应用的需求，如果主要关注低能耗并对延时没有要求，可以选择重传方法；如果要求流量均衡或者低延迟，则可以使用多路径方法。

无线通信中的一个重要问题就是考虑如何对抗信道衰落，提高传输的可靠性。是否能在保证用户数据传输可靠性的前提下，有效利用无线资源，是设计多接入并行传输机制的关键。本发明提出了一种新的多路接入方案，能够达到吞吐量和可靠度的折衷。

发明内容

    技术问题：卫星链路的高误码率是卫星链路的固有特性之一，卫星信道的比特差错率 (BER)大约为10^-6--10^-4数量级，这远远高于高速有线媒质。另外空间信道的各种随机因素使得信道易出现突发错误。高误码率(BER)影响卫星链路的可靠性。前向纠错(FEC)编码在一定程度上可以补偿信道误码, 但是降低了数据传输的有效性。本发明提供了一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法，用于抵抗卫星信道的高误码率，提高通信可靠性，并且相对于传统多路并行

传输方案，降低了传输的数据量，达到了吞吐量与可靠度的折衷。

技术方案：卫星通信中通信终端之间可能存在多条链路连接，通常只选择其中一条作为通信链路，可靠性保证的方法主要是前向纠错或自动重传。为解决星地链路高误码率的问题本发明在此基础上提出终端以多路接入的方式接入卫星，但多个接入链路中传输的不是相同的数据，而是分别传输具有一定纠错能力的编码序列以及用于提高纠错能力的冗余数据。这样与传统多路并行传输相比降低了传输数据，提高了吞吐量；与单纯的纠错编码方案相比，由于增加了冗余数据，提高了可靠性。

本发明实现了多路传输、纠错编码及自动重传技术的集合，在提高通信可靠性的同时并没有因为过多的传输冗余数据而造成吞吐量的较大降低。实现模型如图1所示。

一、 体系结构

基于本发明的系统由终端、接入星以及地面站或其他中转设备三部分组成，如图1所示。以下对各部分进行具体说明：

(1)终端：指各种要求接入卫星网络的设备，如飞机、船舶等。此处假设各终端处在多种异构网络时支持多模通信。

(2)卫星系统：包括高轨卫星系统和低轨卫星系统。其中高轨卫星主要负责信息包的交换和转发，低轨卫星做接入星，主要负责终端接入。终端根据一定的接入方案所选取的欲接入卫星，终端通过接入星接入卫星网络。

(3)地面站或其他中转设备：这些设备一方面与卫星直接由链路相连，另一方面又可以与终端具有相连的通信链路，这就为终端与卫星的相连提供了冗余链路。

二、方法流程

当一个终端与接入星进行数据通信时，以如下步骤进行：

步骤1：终端接入卫星前设置卫星链路可容忍误码率。终端对原始数据进行编码形成卷积码，然后对卷积码中特定位置进行删除形成删除卷积码，选择合适的接入星进行通信。