[发明专利]高速实时数据采集传输模块

说明书

本发明公开的一种高速实时数据采集传输模块，旨在提供一种能够满足高速卫星通信系统数据传输要求，并对高速数据传输速率波动具备高容忍度的实时数据采集传输模块。发明通过下述技术方案予以实现：帧数据流通过硬件数据总线进入实时数据采集单元，将传统1s内集中采集数据的方式改为毫秒量级间隔时间的分片采集和处理，并采用缓存序列的方式进行内存申请和模块各单元(数据采集单元、存储单元和传输单元)的解耦隔离；实时数据采集单元将采集到的帧数据流分别送入实时数据记录单元和实时数据传输单元，实时数据记录单元将帧数据流送入磁盘阵列进行存储，实时数据传输单元也采用缓存序列的方式进行数据缓存，并采用TCP协议向后端设备进行数据传输。

技术领域

本发明涉及一种主要用于高速卫星通信系统领域的实时数据采集传输模块。

背景技术

当前信息科技已经进入高度发达阶段，卫星通信领域的信息量呈指数级增长，无论是民用还是军用对卫星通信系统的信息传输能力均提出了越来越高的要求。例如美国国家航空航天局的同步航天器到地面的数据传输速率在2008年达到800Mbps，预计在2020年将达到100Gbps。2008年日本发射的数据通讯卫星成功地建立了一个双向网络链路，每个方向线路的数据传输速度为1.2Gbps，由两个622Mbps信道共同完成。日本还计划于2019年发射以光通信方式中继传输到地面站的“光数据中继卫星”，其传输速率将达到1.8Gbps。

我国虽然在卫星数据传输领域相对西方发达国家起步较晚，但对信息传输速率也提出了越来越高的要求。从以往“风云一号”、“风云二号”的几Mbps、十几Mbps，发展到“资源一号”、“资源二号”的一、二百Mbps传输速率。2013年、2014年我国又先后成功发射高分一号和高分二号遥感卫星，高分二号具备450Mbps双通道传输速度，数据总速率达到900Mbps。2015年底我国成功发射“高分四号”，其数据下传速率为每秒300Mbps。我国“中星九号”卫星传输速度最快将达到1.5Gbps。

卫星通信系统是一种利用无线电波在大气、空间传输媒介中传播进行通信的无线通信系统，主要由通信卫星(空间部分)和通信地面站(地面部分)两大部分构成。通信卫星是悬挂在空中的通信中继站，它居高临下，通信距离远、信息容量大，向地面发送数据通信信号，通信地面站在地面接收通信卫星的数据下发。卫星通信需要将来自信源的消息(语言、文字、图像或数据等)在发送端先变成电信号，然后经发送端设备调制、编码后将基带信号变成合适在传输媒介中传输的形式，经大气、空间传输到地面；通信地面站则利用收端设备进行信号反变换(即解调和译码)，恢复消息并提供给收信者。高速解调器是通信地面站的主要收端设备之一，卫星信号经过天线接收和下变频后，由高速解调器完成卫星信号的数据恢复即解调和译码工作，并将数据以数据帧的形式传输给后端设备执行进一步的数据处理业务。为满足高速卫星通信系统的需求，迫切需要对高速解调器三大核心模块(即：解调、译码和数据采集传输模块)实现技术突破。作为高速解调器三大核心模块之一的“数据采集传输模块”，在卫星信号经过解调、译码之后，执行对恢复后的结构化数据帧从高速解调器硬件总线进行采集，并送往磁盘阵列进行本地存储和通过网络将数据帧传输给后端设备的功能。在高速数据通信中，数据接收和传输速率由于同步时钟波动、复杂的信道干扰和网络环境等因素的影响均不可避免地存在速率波动，如果不能有效适应这种速率波动，对高速卫星通信系统数据传输过程的影响将是灾难性的。高速卫星通信系统中目前现有技术采用的数据采集传输模块主要存在以下缺点：

高速解调器由于未采用多级缓存技术，难以有效隔离数据采集、存储和传输环节。高速解调器处理优先级从高到低为：数据采集、数据存储和数据传输。因此每一级都必须采用数据缓存技术实现各级解耦隔离，才能保障高优先级的任务执行，同时提高系统对传输速率波动的适应能力，否则可能出现传输过程中大量数据丢失现象。

内存申请失败率较高。高速解调器要适应高速数据传输的要求，对缓存块的需求量较大，需要向操作系统申请大量的缓存块，例如2Gbps信号传输速率，具备1s的速率波动/阻断适应能力，就需要申请一个最少256MB的连续内存空间，而连续内存空间的申请，申请空间越大申请失败率越高。