DCS系统卫星链路下行数据确认帧传输方法

1.一种卫星数据采集系统(DCS)下行数据确认帧传输方法，其特征在于，动态调整卫星与地面数据采集平台(DCP)数据确认帧的传输通信模式，该方法包括：
步骤201、卫星接收到DCP数据之后，将待确认DCP ID存入ID池中，并对DCP ID按照需要确认的种类确认接收完毕、确认重传、确认拒绝接入、确认请求发送进行分类整理；
步骤202、以帧长时间为单位，分析当前ID池中适合进行多播还是单播，将适合多播的分为一组，其余的则分为另一组，并继续判断适合多播的这一组是否适合组播，若是进入步骤204，否则进入步骤203；其余的那一组经步骤205、206和207处理后进入步骤208进行单播传输；
步骤203、对适合广播的数据帧进行广播发送；
步骤204、对适合组播的数据帧进行组播发送；
步骤205、对单播下行链路确认帧进行变长编码；
步骤206、对单播下行链路确认帧进行比特压缩；
步骤207、对单播下行链路确认帧进行幅度编码；
步骤208、对编码后的确认帧进行调制发送；
所述下行链路确认帧变长编码结构由业务标示、变长编码方式标示、可变长的DCP标示(ID)位和数据信息字标示组成；
所述业务标志位用于标示单播、广播、组播方式；
所述变长编码方式标示用于指示对于DCP ID的压缩方法；
所述数据信息字标示卫星对DCP的指令。

DCS系统卫星链路下行数据确认帧传输方法\n1技术领域\n[0001] 本发明设计到卫星通信领域，涉及在多终端卫星数据采集系统（DCS）卫星数据采集系统。\n2背景技术\n[0002] 卫星通信中的数据采集系统（DCS）是一种通过远端数据采集平台采集数据或是对数据采集平台进行定位的系统。它采用了航天中的遥测、遥控和遥监等技术，将远端数据采集平台采集的各种监测量经过卫星实时或存储转发后传输到地面接收处理中心，最后由数据处理中心将数据交付给用户使用。虽然几百个乃至几千个数据采集平台在地理位置上是分散的，但通过DCS系统它们被有机地联系在一起，共同协作完成某一监测任务。数据采集平台大多被设计为自动完成数据的采集、发送，而无需人工值守，因此数据采集平台的分布地域广阔，不受环境、地理条件的限制，特别适合安装在人烟稀少或环境恶劣地区，进行野外工作。\n[0003] 但由于DCS中的卫星处理能力有限，其下行速率较低，对有大量DCS终端的系统下行确认帧按照传统一次接收一次确认的方法传输确认信息，大量占用信道资源，这大大限制了单位时间对地面DCP接收数据确认的数量，其通信质量也容易受到信道条件的影响，发生拥塞、丢包重传等现象，所以必须针对其确认信息特侦进行分析，设计适合多终端DCS的数据确认帧格式以及相应的确认方法，进而对DCS数据确认过程进行优化。\n[0004] 对于帧格式的设计，通常需要考虑帧序列号、确认号、头长度、标志位、目的标示（ID）、保留域和校验位等，由于DCS下行链路传输速率小，但其DCP数量众多，在DCS中应尽量在保证下行确认功能完备的基础上设计较短的帧，降低确认帧平均发送时间。\n[0005] 传统确认方法是对地面DCP数据进行依次确认，随着DCP数量的变大，确认时间也呈线性增加，DCS卫星过顶时间大约是20分钟，这限制了地面DCP的数量。针对DCS特点，采用新的下行链路确认方式，降低确认时间。首先设计群确认方案，由于卫星波束覆盖范围大，适合用组播进行群传播传输，对需要确认的DCP信息进行存储，分组确认，设计组播通信模式可以提高一次传输确认信息的DCP。其次设计进一步压缩帧长度的，变长压缩优化技术，压缩优化的方法种类繁多，这里利用DCP ID的信息冗余，能使用一定的编码压缩方法将下行帧进行压缩，减少每一帧传输占用的信道资源。\n3发明内容\n[0006] 本发明设计了一种可变长下行链路确认帧变长编码结构，由业务标示、变长编码方式标示、可变长的DCP标示（ID）位和数据信息字标示组成。\n[0007] 本发明实施提供了一种下行链路确认帧传输方法，能对DCP数据的确认过程进行分组管理，组播、单播结合，提高传输效率，实现简单。\n[0008] 本发明实施提供一种由比特压缩、幅度编码、变长压缩编码三种方法联合的下行链路确认帧压缩优化方法，压缩下行链路确认帧长度。\n4附图说明\n[0009] 图1为本发明设计的可变长下行数据确认帧格式；\n[0010] 图2为本发明实现DCS下行数据确认帧传输方案示意图。\n5具体实施方式\n[0011] A.下行数据确认帧格式设计\n[0012] 本发明设计了一种可变长下行链路确认帧格式，设计业务标示位标示的含义，设计可变长ID标示位长度以及数据信息字表示位的含义。\n[0013] 本发明提出了一种可变长帧结构，一个dcs系统dcp数量m个，则卫星ID标示需要位。如图1下行链路确认帧结构所示，包括2比特业务标示，2比特变长编码方式标示，0～ 比特可变长度卫星ID标示和4比特的数据信息字。假设m为60000个，则可变长度卫星ID标示位为16位。\n[0014] 业务标志位用于标示单播、广播、组播方式，如最高两位为11，表示后面地址为组播地址；为00，后面的地址为单播地址；为01，所发消息即为广播确认消息等。借鉴IP子网掩码的方式，通过群确认或群查询的方式，提高确认或查询的速率。\n[0015] 比特变长编码方式标示用于指定对于DCP ID的压缩方法，如果标示为00：去掉ID右边0，标示为01去掉ID左边的0，标示为10去掉ID右边的1，标示为11去掉标示左边的1。\n[0016] 卫星ID标示设计为可变长类型，通过设计的编码优化方法，能够将卫星ID标示的长度压缩在0～16比特之间，这样就将下行链路确认帧的长度压缩。\n[0017] 数据信息字设置为4位，表示卫星对DCP的指令，如0111表示接收完毕，0110表示重传，0101表示同意接入，0110表示拒绝接入，0100表示非紧急业务发送完当前数据后停止接入，0101表示如有空闲信道非紧急业务可以接入，0010表示发送自身状态信息给卫星，最高位为保留位，可用于询问DCP，1001表示要求向卫星发送信息。\n[0018] B.下行数据确认帧高速传输方案\n[0019] 本发明实施提供了一种下行链路确认帧传输方法，能对DCP数据的确认过程进行分组管理，组播、单播结合，并根据编码理论，采取由比特压缩、幅度编码、变长压缩编码三种方法联合的下行链路确认帧压缩优化方法，压缩下行链路确认帧长度。\n[0020] 引入组播，终端可以通过业务标示识别这是一个组播帧还是一个单播帧，对于编码，则需要在卫星内增加存储和计算单元，当卫星运行到数据采集区域，需要下行传输确认数据帧的时候，首先对于加入组播组中的DCP按照组播传输，然后对其余未在组播中且需要进行数据采集确认的DCP，进行单播传输，并对单播传输的帧进行压缩编码处理。在DCP端，也应引入一定的信号处理单元，使得其能够接收到信号识别组播帧和单播帧，并对单播帧进行译码处理。\n[0021] 下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的具体实施方案。如图2所示实现DCS下行链路确认帧方案的具体步骤如下：\n[0022] 步骤201、卫星接收到DCP数据之后，将待确认DCP ID存入ID池中，并对DCP ID按照需要确认的种类例如确认接收完毕、确认重传、确认拒绝接入、确认请求发送等进行分类整理，等待进一步的处理；\n[0023] 步骤202、以帧长时间为单位，分析当前ID池中适合进行多播还是单播，将适合多播的分为一组，如果暂时未有多播帧需要处理，则进行单播帧的发送。由于多播帧一次确认的DCP数量多，优先发送多播帧；\n[0024] 步骤203、对适合广播的数据帧进行广播发送，例如要求卫星覆盖范围内所有DCP向卫星发送数据，则启用广播下行链路进行通知确认，当DCP接收到卫星发送数据前2位是\n01的时候，确认这是一个广播帧，对其数据信息字进行处理；\n[0025] 步骤204、对适合组播的数据帧进行组播发送，并将业务标示为设置为11，例如在ID标示为16位时，发送：11（组播标示）1111111111111111111000（ID标示）1001（确认字）表示的含义为：需要DCP ID为1111111111111000到1111111111111111的用户向卫星发送信息，也可以采用相同的方式，通过1条指令就可以实现多个信道的确认。DCP接收到帧的时候，如果前两位是11则进入组播过程，根据ID信息判别自己是否在多播组里，如果在则对其数据信息字进行处理；\n[0026] 步骤205、对单播下行链路确认帧进行变长编码，在DCP ID中存在左右两端有多个\n0和多个1的情况，如果ID右边0比较多，则设置比特变长编码方式标示为00，去掉ID右边的\n0，如果ID左边0比较多则设置为01，去掉ID左边的0，如果ID右边1比较多则设置为10，去掉ID右边的1，如果ID左边1比较多则设置为11，去掉ID左边的1；\n[0027] 步骤206、对单播下行链路确认帧进行比特压缩，采用比特压缩的算法将下行数据的比特进行压缩，映射为固定长度较小的二进制值，从而提高数据的传输速率。但是采用比特压缩的方法不能通过算法恢复原来的数据，但是可以通过查表等方法恢复原来的数据。\n例如，利用哈希算法将任意长度的二进制值映射为固定长度较小的二进制值；\n[0028] 步骤207、对单播下行链路确认帧进行幅度编码，将每4位为一组，映射到幅度上。\n如利用归一化表示：1111表示电压幅度1V，1110表示电压幅度为15/16V，1100表示电压为\n14/16V，……，0001表示电压为1/16V，0000为表示电压为0V，这样就可以将帧中ID的长度压缩为四分之一。\n[0029] 步骤208、对编码后的确认帧进行调制发送。\n[0030] 从上述过程可以看出，首先在卫星上建立了待确认DCP ID池，当DCS下行链路确认帧适合群传输的时候，选择组播或者广播进行群传输，可以降低传统卫星下行链路依次确认的时间。设立待确认DCP ID池，对于DCP传输数量大的情况，能更灵活的发送确认消息，降低确认信息因为拥塞造成的丢包率。对于单播中引入的变长编码，在考虑一次传输的ID出现多个0或多个1的情况，用2比特信息就可以替代，实现简单。\n[0031] 本发明在传统DCS下行链路确认技术的基础上，提出了基于多播与单播结合的混合确认模式，并将变长编码、比特压缩与幅度调制相结合提高了DCS下行确认的速率。所有操作均有软件完成，编码实现简单，可行性高。