[发明专利]天地一体化网络中基于冲突消解的卫星随遇接入方法与系统

说明书

本发明提供了一种天地一体化网络中基于冲突消解的卫星随遇接入方法及系统，包括：步骤S1：卫星终端组装源数据包构成初始数据帧并发送初始数据帧至接入卫星；步骤S2：卫星终端等待接入卫星发送的确认ACK消息；步骤S3：卫星终端组装并发送后续的数据帧；步骤S4：接入卫星通过解码获得源数据包；步骤S5：接入卫星发送源数据包的确认ACK消息。本发明以冲突消解技术还原冲突信号，摆脱了传统方案对全局时钟同步的限制；以冲突后的部分重传机制，缩短了重传时的信道占用时间，降低了再冲突概率，进一步提升了接入性能。在大多数接入场景与负载情况下，卫星吞吐率提升20％以上。

技术领域

本发明涉及天地一体化网络领域，具体地，涉及一种天地一体化网络中基于冲突消解的卫星随遇接入方法与系统。

背景技术

天地一体化网络的一个重要特点是支持用户按需随遇地接入卫星，以真正实现全球通信覆盖，提供随时随地的信息服务，因此，为用户提供随机接入是天地一体化网络的基础功能。但是，多用户接入同一卫星时，不同用户间的信号冲突在所难免，接收卫星无法识别出正确信息，因此往往选择丢弃这些信号(如图2)，导致接入失败。

地面网络通常采用载波侦听(CSMA)技术来提高接入成功率，即节点在发送数据包之前，首先侦听信道状态；如果信道在使用，则等待一段时间后再次尝试。但是，由于星地链路单跳时间远大于地面网络，CSMA技术将带来过大的时间开销，因而无法使用。此外，Aloha等随机协议虽然不进行载波侦听，但多用户间随机发送的信号间冲突非常严重，效率极其低下；在长链路时延的卫星通信中，这种现象将更为严重。因此，卫星接入应该基于干扰消解技术，接收端从冲突的信号中恢复出原有信号，即充分利用冲突信号，降低重传量，提高用户接入卫星的效率和系统吞吐量。

在随机接入过程中，频繁的用户间冲突严重制约了数据发送的成功概率，成为了网络性能的瓶颈。虽然干扰消除技术可以利用冲突来恢复原始数据包，但是过量的信号冲突也会导致干扰消除性能极低。

卫星端单位时间内收到的信号量越大，则冲突的概率随之上升。本发明提出了基于部分重传的高效冲突消解技术，即当数据包第一次在卫星侧冲突后，用户端只发送该数据包的一部分，显著减少了接入系统中的交通量和单次重传占用信道的时间，降低了卫星信道中并发信号冲突的概率，有效缓解了引起冲突的两个根本原因。

基于干扰消除技术，从多个并发用户的冲突信号中解析出被干扰的源信号，成为天地一体化网络提供随遇接入服务的重要支持。但是，现有的方案均难以有效支持卫星网络的高效随机接入。Casini等(Enrico Casini,Riccardo De Gaudenzi,Oscar Del RioHerrero.Contention resolution diversity slotted ALOHA(CRDSA):An enhancedrandom access schemefor satellite access packet networks.IEEE Transactions onWireless Communications,6(4),2007)设计了应用于卫星网络的CRDSA协议。在网络所处的发送帧内，每个用户可以在随机地选取2个时隙，将数据包重复发送2次。在一帧内，每个用户只能发送一个数据包。接收端在一帧上进行连续干扰消除，尽可能多的恢复数据包，系统吞吐量最高可以达到55％。基于CRDSA协议框架，为了提高冲突消解比例，GianluigiLiva(Gianluigi Liva.Contention resolution diversity slotted aloha withvariable rate burst repetitions.In GLOBECOM 2010:1-6,IEEE)提出允许每个用户随机地选择所要发送的数据包的副本数量，进一步提升了系统吞吐量。但是，这些方案都有一个重要的前提条件：所有用户终端的时钟必须全局同步，以保证帧同步且时隙同步，否则会导致冲突概率显著上升，但这在由大量独立用户组成的天地一体化网络中是难以实现的。