基于北斗短消息信道的云通信技術(shù)研究

文｜莫皓穎，戶江民，羅文，何維武

基于北斗短消息信道的云通信技術(shù)研究

文｜莫皓穎，戶江民，羅文，何維武

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，廣泛應用于交通、海洋、氣象、水利、軍事和測繪等領(lǐng)域。

北斗數(shù)據(jù)通信是一個極為窄的短消息信道，該信道往往傳送單包的數(shù)據(jù)大小在從數(shù)個到數(shù)百個字節(jié)之間。北斗通信終端根據(jù)北斗用戶身份卡的等級高低來確定用戶發(fā)送一次短消息數(shù)據(jù)的長度值，并且該身份卡的等級也決定了北斗通信終端在發(fā)送數(shù)據(jù)時有入站頻度的限制，導致每臺北斗通信終端發(fā)送短消息需要數(shù)十秒到數(shù)分鐘的時間間隔。因此通過單通信節(jié)點北斗短消息信道進行大量數(shù)據(jù)的傳輸時，基本無法保證傳輸?shù)臏蚀_性和時效性。

采用北斗短消息進行通信時，北斗通信終端收發(fā)信號對外界環(huán)境條件要求較高，當有高層建筑和地貌的等外界環(huán)境的影響時都會導致短消息發(fā)送失敗而無法通信。

一、北斗云通信系統(tǒng)設(shè)計

本文構(gòu)建了一套云通信系統(tǒng)，其主要由已接入北斗終端的計算機軟件系統(tǒng)構(gòu)成，該計算機軟件系統(tǒng)在文中簡稱為云通信數(shù)據(jù)終端。北斗云通信數(shù)據(jù)終端主要具備終端發(fā)現(xiàn)、信道規(guī)劃、動態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送計劃制定及分發(fā)、狀態(tài)匯總顯示、運信道模式等功能，默認云通信終端通信模式為值守模式，當需要進行大量數(shù)據(jù)發(fā)送時，用戶將通信模式設(shè)置為群首模式便可以管轄所在網(wǎng)內(nèi)的云通信終端。北斗云通信設(shè)計核心思想主要圍繞集中管控、任務協(xié)同方向進行設(shè)計。云通信數(shù)據(jù)終端主要功能模塊描述如下：

（一）云通信數(shù)據(jù)終端節(jié)點發(fā)現(xiàn)功能

終端發(fā)現(xiàn)依靠IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，用戶選擇其中一個終端設(shè)置模式為群首，然后在該終端軟件中錄入全系統(tǒng)地址表，軟件對地址表進行輪訓發(fā)送數(shù)據(jù)報文。各個通信節(jié)點上的運行云通信軟件收到包后將對該報文按指令類型進行回應，并根據(jù)攜帶的對方下達的指令，進行接管模式、狀態(tài)上報模式等。

（二）云通信數(shù)據(jù)終端收發(fā)北斗短消息功能

云通信數(shù)據(jù)終端需要將自身的計算機平臺與北斗通信終端的串口進行連接，并按照通用北斗管理協(xié)議對北斗進行管理，其中主要包括對北斗短消息數(shù)據(jù)進行接收、發(fā)送短消息數(shù)據(jù)，以及將北斗通信終端的報文發(fā)送頻率，最大短消息長度進行讀取保存。

（三）狀態(tài)統(tǒng)計和動態(tài)規(guī)劃分發(fā)功能

云通信數(shù)據(jù)群首終端與交換網(wǎng)絡(luò)中各個數(shù)據(jù)終端之間建立通信后，便在群首終端中維護有當前群內(nèi)各個終端的狀態(tài)信息。其中主要包含北斗終端發(fā)送短消息頻率表、北斗終端最大發(fā)送短消息報文長度、北斗終端信號強度等信息，群首終端對該信息進行統(tǒng)計并顯示到軟件界面中。

當任務數(shù)據(jù)需要通過群首終端進行發(fā)送時，群首終端需進入任務規(guī)劃分發(fā)流程，首先按照數(shù)據(jù)大小進行分片，其中主要參考各個云通信數(shù)據(jù)終端的最大短消息報文長度、發(fā)送短消息的頻度信息，允許發(fā)送最大報文長度越長，那么對應終端分得的單個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)長度越長；發(fā)送短消息的頻度越小，那么對應終端分得的數(shù)據(jù)包數(shù)量就越多。然后將對應終端所分配的任務通過交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至各個云通信數(shù)據(jù)終端，云通信數(shù)據(jù)終端收到任務后向?qū)蝿諏ο蟀l(fā)送任務中包含的業(yè)務數(shù)據(jù)。

在任務執(zhí)行過程中，群首終端需要對所在交換網(wǎng)絡(luò)中所管轄的北斗云通信數(shù)據(jù)終端進行狀態(tài)實時采集，并根據(jù)各個終端的任務下發(fā)狀況，實時感知信號不穩(wěn)定或者出現(xiàn)故障的節(jié)點，并實時的終止異常數(shù)據(jù)終端的任務，將終斷的任務進行回收，并重新規(guī)劃下發(fā)至其他可用終端，實現(xiàn)云通信任務的動態(tài)規(guī)劃下發(fā)功能。

二、北斗短消息通信

（一）簡單北斗短消息通信

北斗終端發(fā)送短消息，是通過北斗終端自身的信號收發(fā)機與北斗衛(wèi)星進行通信的，本文介紹的簡單北斗短消息通信，是指用戶采用單個北斗終端進行短消息通信，該種通信模式北斗短消息發(fā)送端只會存在一條對外鏈路。由圖1所示，假設(shè)從數(shù)據(jù)中心A向網(wǎng)絡(luò)云C中的N臺數(shù)據(jù)終端每個發(fā)送10個短報文，那么需要的時間T=N*10*報文收發(fā)頻度。

圖1 簡單北斗短消息通信

（二）北斗云信道通信

北斗云信道通信的建立，同樣采用北斗通信終端進行北斗短消息的收發(fā)，但其與現(xiàn)有技術(shù)及應用的不同在于，在利用某個通信節(jié)點北斗短消息進行通信之前，先將云通信數(shù)據(jù)終端設(shè)置為北斗云通信群首模式，并同時接入由具備北斗通信終端通信節(jié)點組成的IP交換網(wǎng)絡(luò)中，從而利用IP網(wǎng)絡(luò)調(diào)度所在交換網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點的北斗通信終端，使所管轄區(qū)域的北斗通信終端的北斗短消息信道能廣義上的聯(lián)合起來形成了一條虛擬的北斗短消息云信道。如圖2所示，其中網(wǎng)絡(luò)云C及網(wǎng)絡(luò)云B的所有數(shù)據(jù)終端均部署了云通信數(shù)據(jù)軟件，數(shù)據(jù)中心A需要將大量數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)云C中的所有數(shù)據(jù)終端時，先將數(shù)據(jù)中心A設(shè)置為云通信模式設(shè)置為群首模式和將網(wǎng)絡(luò)云B的數(shù)據(jù)終端中的云通信數(shù)據(jù)終端模式設(shè)置為值守模式，然后將數(shù)據(jù)中心A通過IP網(wǎng)絡(luò)接入了網(wǎng)絡(luò)云B，同時數(shù)據(jù)中心A將網(wǎng)絡(luò)云B的所有數(shù)據(jù)終端統(tǒng)一調(diào)度管理起來。然后，數(shù)據(jù)中心A將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行分包，并通過IP網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)按照計劃分發(fā)給所控的數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)終端調(diào)用自己的北斗通信終端進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，并將收發(fā)狀態(tài)進度及結(jié)果通過IP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一上報給數(shù)據(jù)分發(fā)中心。按照此種方式，假設(shè)從數(shù)據(jù)中心A向網(wǎng)絡(luò)云C中的N臺數(shù)據(jù)終端每個發(fā)送10個短報文，而網(wǎng)絡(luò)云B中有M臺數(shù)據(jù)終端，那么需要的時間T=N*10*報文收發(fā)頻度/M。

圖2 云信道通信模型

三、結(jié)語

通過文中簡單北斗短消息通信和北斗云信道通信的對比，可以得出北斗云信道通信的效率與所接入交換網(wǎng)絡(luò)中可管可控的通信節(jié)點數(shù)量成正比的高于簡單北斗短消息通信的效率。

本文基于北斗短消息的云通信技術(shù)研究，使利用北斗短消息進行數(shù)據(jù)通信的通信節(jié)點通過北斗短消息信道發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生排隊情況時，采用云通信技術(shù)利用IP網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌ㄐ殴?jié)點，使多個北斗通信終端信道共同產(chǎn)生作用，實現(xiàn)負載均衡，完成高效快速的數(shù)據(jù)傳送。通過對北斗短消息信道的統(tǒng)一調(diào)度、資源共享，解決了數(shù)據(jù)大時北斗發(fā)送數(shù)據(jù)不可靠、時間慢、通信節(jié)點受遮擋等問題，提高了依靠北斗短消息信道進行數(shù)據(jù)分發(fā)的準確性和時效性。

作者單位：重慶金美通信有限責任公司