AT 指令集在移動衛(wèi)星通信中的應(yīng)用

周琳凱，李晴飛，顧法令

（1.南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210003；2.無錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司，無錫 214000）

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，衛(wèi)星移動通信憑借著自身通信距離遠(yuǎn)、不受通信兩點間任何復(fù)雜地理條件限制、不受通信兩點間任何自然災(zāi)害和人為事件的影響、通信質(zhì)量高、系統(tǒng)可靠性高等特點，在近年也經(jīng)歷了飛速發(fā)展，2018年更是曝光了我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星移動通信智能終端。衛(wèi)星移動通信的研究學(xué)習(xí)具有重要意義，特別是在抗震救災(zāi)、應(yīng)急救援、海上航行等領(lǐng)域更是具有重大的實際應(yīng)用意義。

目前我國的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，由于種種原因，在某些方面并不具有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在衛(wèi)星通信地面站設(shè)備的控制以及業(yè)務(wù)層面大部分采用自定義的私有數(shù)據(jù)接口協(xié)議來進(jìn)行交互，因此不同廠家生產(chǎn)的衛(wèi)星終端往往不能通用，且一些自定義的數(shù)據(jù)接口協(xié)議在復(fù)雜的衛(wèi)星業(yè)務(wù)流程中的可靠性也并未經(jīng)過考驗。因此在這里提出一種將簡單可靠的AT 指令集應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的方案。

本文通過在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中應(yīng)用AT 指令集的實例，重點介紹了AT 指令集的技術(shù)特點，其次，重點闡述了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的模塊組成、工作過程以及AT 指令集在衛(wèi)星移動通信中的應(yīng)用。

1 AT 指令集

1.1 AT 指令集簡介

AT 命令集是由賀氏公司（Hayes）發(fā)明，賀氏公司起初是一家生產(chǎn)撥號調(diào)制解調(diào)器的公司，而AT 命令集最初的用途正是為了控制撥號調(diào)制解調(diào)器，其控制協(xié)議采用文本格式，且每條指令以AT 打頭，AT 指令集因此得名。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，低速的撥號調(diào)制解調(diào)器逐步開始滿足不了高帶寬、高速率的應(yīng)用需求，因此逐步被市場所淘汰。賀氏公司也在這一技術(shù)升級換代的浪潮中所消失。但是AT 指令卻得以保存，其后，當(dāng)時幾家主要的移動電話生產(chǎn)商諾基亞、摩托羅拉、HP 和愛立信基于賀氏的AT指令加以延伸擴展，針對移動電話中的GSM 模塊控制，研制出了一套完整的AT 指令。由此，之后的GSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)在的GSM07.07 標(biāo)準(zhǔn)均將AT 指令納入其中。并且現(xiàn)在工業(yè)上常用的PDU、GPRS 控制等也均采用AT 指令來進(jìn)行實際的控制。因此，AT 指令也成為了這些產(chǎn)品的事實標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 AT 指令集工作原理

ATCoP，是AT Command Processor 的縮寫，它是負(fù)責(zé)軟件實現(xiàn)AT 指令的模塊，我們對AT 指令的新增和修改都是通過AT 命令處理器來實現(xiàn)的。

其具體流程為：當(dāng)AT 命令處理器接收到串口的AT 命令，進(jìn)行相應(yīng)的解析工作，并根據(jù)具體的解析結(jié)果去AT 命令表查找是否存在對應(yīng)的處理選項，若找到對應(yīng)的項，則繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的處理過程，并在處理結(jié)束后將得到的響應(yīng)數(shù)據(jù)返回到串口。AT命令處理器的實現(xiàn)架構(gòu)如圖1所示：

圖1 AT命令處理器的實現(xiàn)架構(gòu)

（1）SIO 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的主要工作是將串口收到的AT命令先進(jìn)行一個數(shù)據(jù)預(yù)處理，同時，將預(yù)處理所產(chǎn)生的非中斷（null-terminated）命令行發(fā)送給AT 命令解析模塊。

（2）AT 命令解析模塊對傳送來的非中斷（null-terminated）命令行進(jìn)行解析，并將每一個非中斷命令行映射成一個token 結(jié)構(gòu)，并將此token 結(jié)構(gòu)放入到隊列中，形成AT 命令表，等待AT命令處理模塊進(jìn)行查找調(diào)用。

（3）AT 命令處理模塊處理AT 命令時，對AT 命令表中的token 結(jié)構(gòu)逐一進(jìn)行查找，如果查找到匹配選項，則繼續(xù)執(zhí)行具體的處理函數(shù)，并將此token 結(jié)構(gòu)刪除，

（4）AT 命令響應(yīng)產(chǎn)生模塊主要是格式化解析AT 命令產(chǎn)生的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并將此格式化的響應(yīng)傳送給數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Equipment：數(shù)據(jù)終端設(shè)備）。

（5）AT 命令處理器的容錯機制為：一次只進(jìn)行一條AT 指令的處理，并且如果當(dāng)前AT 命令存在錯誤，在SIO 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊就會給出一個錯誤響應(yīng)，并產(chǎn)生一個錯誤代碼，不再對其進(jìn)行處理。

2 采用AT 指令集的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

2.1 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)組成

常規(guī)的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要由衛(wèi)星、衛(wèi)星天線、功放及射頻模塊、信道模塊以及用戶組成。其基本邏輯機構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 常規(guī)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)邏輯圖

其中，地面站網(wǎng)絡(luò)管理控制中心（Network Contrl Centre，NCC）負(fù)責(zé)對整個衛(wèi)星網(wǎng)內(nèi)的各衛(wèi)星地面站設(shè)備進(jìn)行入網(wǎng)、退網(wǎng)、建立衛(wèi)星業(yè)務(wù)通道、各種業(yè)務(wù)流程等進(jìn)行統(tǒng)一的管理控制。衛(wèi)星地面站設(shè)備包括衛(wèi)星控制信道、衛(wèi)星業(yè)務(wù)信道、射頻及功放設(shè)備、衛(wèi)星收發(fā)天線等。它負(fù)擔(dān)著整個衛(wèi)星業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)流程控制，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、調(diào)制解調(diào)等工作。衛(wèi)星控制信道主要負(fù)責(zé)整個衛(wèi)星地面站設(shè)備的入網(wǎng)、退網(wǎng)等控制信令的傳輸控制，衛(wèi)星業(yè)務(wù)信道負(fù)責(zé)對需要發(fā)送的衛(wèi)星業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或者衛(wèi)星話音數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、調(diào)制解調(diào)成射頻信號傳輸給射頻設(shè)備，或者對接收到的射頻信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)、解密轉(zhuǎn)變成衛(wèi)星業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或話音數(shù)據(jù)。射頻設(shè)備以及衛(wèi)星收發(fā)天線主要負(fù)責(zé)對經(jīng)過信道處理的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送或者接收對端傳輸來的衛(wèi)星射頻信號。

當(dāng)衛(wèi)星地面站設(shè)備1的衛(wèi)星用戶1想和衛(wèi)星地面站設(shè)備N 的用戶N 進(jìn)行衛(wèi)星通信時，用戶1通過衛(wèi)星電話終端或者衛(wèi)星數(shù)據(jù)終端進(jìn)行衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)起，這時，衛(wèi)星控制信道將對業(yè)務(wù)發(fā)起的控制信令進(jìn)行處理，通過地面站網(wǎng)絡(luò)管理控制中心，為兩個衛(wèi)星地面站設(shè)備建立空中鏈路業(yè)務(wù)通道，之后兩個地面站的用戶就可以進(jìn)行需要的業(yè)務(wù)通信了。當(dāng)通信結(jié)束時，一方用戶進(jìn)行掛機操作，衛(wèi)星控制終端將會發(fā)起業(yè)務(wù)結(jié)束控制信令，拆除兩個衛(wèi)星地面站設(shè)備之間的衛(wèi)星鏈路。

2.2 系統(tǒng)內(nèi)AT 指令集的實現(xiàn)

通過前面的簡介可以知道，在整個衛(wèi)星移動通信過程中，由于衛(wèi)星通信天生的時延等特性，要進(jìn)行正常的衛(wèi)星業(yè)務(wù)通信，對每個衛(wèi)星地面站設(shè)備的入退網(wǎng)管控、話音或者衛(wèi)星數(shù)據(jù)流程的發(fā)起、結(jié)束，衛(wèi)星業(yè)務(wù)鏈路的建立、拆除等控制流程起著至關(guān)重要的作用，因此這里我們將簡單可靠的AT 指令集引入，作為衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的控制協(xié)議。這里我們將衛(wèi)星控制信道稱之為AT命令解析器（AT Command Processor，AP），將衛(wèi)星業(yè)務(wù)信道稱之為信道處理器（Channel Processor，CP）在衛(wèi)星控制信道中使用AT 指令來進(jìn)行具體對本地面站設(shè)備的的控制與解析、對衛(wèi)星業(yè)務(wù)流程的發(fā)起管理與結(jié)束、以及對CP 的設(shè)置與查詢等指令。在CP 中主要接收來自AP 的一些參數(shù)的設(shè)置與查詢命令，以及根據(jù)來自AP 的AT 指令進(jìn)行業(yè)務(wù)通信的具體流程。簡要的基于AT 指令的衛(wèi)星移動通行系統(tǒng)邏輯圖如圖3所示。

2.3 主要業(yè)務(wù)流程的AT 指令集實現(xiàn)

由于衛(wèi)星頻率資源的緊缺，常規(guī)的衛(wèi)星移動通信終端一般選取低速率的話音以及短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)，因此這里我們主要討論AT 指令集在話音和短數(shù)據(jù)兩個業(yè)務(wù)中的具體控制過程。其中在AP 和CP 中進(jìn)行的話音和短數(shù)據(jù)具體處理流程均符合GSM通用標(biāo)準(zhǔn)。在此不再詳細(xì)介紹。

圖3 基于AT指令的衛(wèi)星移動通行系統(tǒng)邏輯圖

2.3.1 衛(wèi)星話音業(yè)務(wù)流程

衛(wèi)星話音業(yè)務(wù)流程的示意圖如圖4所示。

圖4 衛(wèi)星話音業(yè)務(wù)流程示意圖

（1）有話音業(yè)務(wù)發(fā)起時，AP 側(cè)根據(jù)用戶側(cè)發(fā)來的信息進(jìn)行AT 指令轉(zhuǎn)換，AP 下發(fā)ATD 指令到CP 進(jìn)行撥打電話，CP 內(nèi)會進(jìn)行一系列的基于AT 指令的電話呼叫流程控制，并且成功返回 OK 。

（2）收到CP 的AT 指令響應(yīng)之后，AP 下發(fā)AT+CLCC 輪詢當(dāng)前話音業(yè)務(wù)狀態(tài)，返回結(jié)果為+CLCC：，如果當(dāng)前存在多通電話，則返回多條+CLCC 信息，每條對于一個電話。

2.3.2 衛(wèi)星短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程

衛(wèi)星短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程示意圖如圖5所示。

圖5 衛(wèi)星短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程示意圖

本例是以一條長短信發(fā)送為示例：

（1）用戶側(cè)將需要發(fā)送的短數(shù)據(jù)發(fā)送到AP，AP 側(cè)進(jìn)行AT命令封裝并下發(fā)+CMGS 命令帶上長度參數(shù)。

（2）隨后AP 端使用AT 指令下發(fā)第一條短信PDU。

（3）AP 側(cè)收到下發(fā)成功響應(yīng)+CMGS：1和 OK 。

（4）3s 內(nèi)AP 端下發(fā)第二條+CMGS 命令帶上長度參數(shù)。

（5）AP 端下發(fā)第二條短信PDU。

（6）AP 側(cè)收到下發(fā)成功響應(yīng)+CMGS：1和 OK 。

3 結(jié)束語

本文主要提出了一種將AT 指令集應(yīng)用于衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的設(shè)計方案，主要介紹了AT 指令集的工作原理，其次重點介紹了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)組成，以及將AT 指令集應(yīng)用于該系統(tǒng)的方案，并詳細(xì)介紹了在主要衛(wèi)星業(yè)務(wù)流程中AT 指令集的工作過程。該方案使用簡單可靠的AT 指令集，大大簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時AT 指令集是一種開放的公用標(biāo)準(zhǔn)，便于行業(yè)內(nèi)進(jìn)行相互的學(xué)習(xí)進(jìn)步。因此在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中使用AT 指令集使得系統(tǒng)的實時性、可靠性等都具有一定優(yōu)勢。