康蕾蕾 劉玉豪 鄭曉哲
【摘要】 衛(wèi)星用戶地面站作為衛(wèi)星應(yīng)急通信設(shè)備具有使用方便、組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)。本文針對(duì)這些特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了具有快速配置、可靠傳輸?shù)木S護(hù)平臺(tái)。文中介紹了衛(wèi)星用戶地面站維護(hù)平臺(tái)的接口、基本功能、通信協(xié)議以及通信流程。
【關(guān)鍵詞】 衛(wèi)星應(yīng)急通信 維護(hù)臺(tái) UDP 可靠通信
一、引言
當(dāng)突發(fā)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候,常規(guī)的地面通信設(shè)備或者系統(tǒng)就會(huì)遭到嚴(yán)重破壞,衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)將能夠確保關(guān)鍵信息的傳輸,使上級(jí)能夠根據(jù)災(zāi)情進(jìn)行有效的指揮,從而拯救更多的生命和財(cái)產(chǎn)。衛(wèi)星應(yīng)急通信的特點(diǎn)是:具有開通時(shí)間短、傳輸距離遠(yuǎn)、通信容量較大、網(wǎng)絡(luò)部署快、組網(wǎng)方式靈活、可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)如圖1所示。
二、基于UDP協(xié)議的衛(wèi)星用戶地面站維護(hù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)
2.1 需求分析
本課題主要針對(duì)衛(wèi)星應(yīng)急通信的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)維護(hù)平臺(tái)。當(dāng)?shù)卣饘?dǎo)致常規(guī)地面通信遭到嚴(yán)重破壞時(shí),可以把衛(wèi)星用戶地面站拿過(guò)來(lái),作為與衛(wèi)星通信的交換機(jī),這里就需要一個(gè)維護(hù)臺(tái)來(lái)配置這個(gè)衛(wèi)星用戶地面站,讓其快速的進(jìn)入工作狀態(tài),例如對(duì)槽號(hào)、話路號(hào)的優(yōu)先級(jí)、衛(wèi)星呼出權(quán)、CO中繼權(quán)、會(huì)議召集權(quán)等參數(shù)的快速配置,從而確保關(guān)鍵信息的及時(shí)傳輸。
2.2 接口要求
衛(wèi)星用戶地面站和維護(hù)臺(tái)之間通過(guò)TCP/IP協(xié)議通信,物理層采用以太網(wǎng)接口。UDP協(xié)議作為傳輸協(xié)議,消息數(shù)據(jù)作為UDP的凈荷。
2.3 基本功能
配置管理功能:完成用戶屬性、會(huì)議和衛(wèi)星模塊的配置功能,并具備配置數(shù)據(jù)單獨(dú)文件生成和加載功能;狀態(tài)監(jiān)控:監(jiān)視用戶站的各種工作狀態(tài),并能完成對(duì)用戶站的自檢和自檢結(jié)果處理功能;計(jì)費(fèi)功能:完成呼叫記錄的獲取、存儲(chǔ)、檢索和計(jì)費(fèi)功能;配置數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能:完成從用戶站配置獲取數(shù)據(jù),并具有配置數(shù)據(jù)單獨(dú)生成配置文件功能;多用戶站管理:維護(hù)臺(tái)能夠管理多個(gè)用戶站,根據(jù)用戶站ID選擇對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),但同一時(shí)刻只管理一個(gè)用戶站。
2.4 通信協(xié)議的格式
消息的組成如表1所示,每條消息以數(shù)據(jù)幀的格式采用FLAG封裝,每一條消息以標(biāo)志字符(FLAG)開始和結(jié)束,A字段為鏈路層凈荷的長(zhǎng)度,C字段為一個(gè)序號(hào),用于完成消息的可靠傳輸。CRC字段是一個(gè)循環(huán)冗余的檢驗(yàn)碼,以檢測(cè)數(shù)據(jù)幀中的錯(cuò)誤。
三、衛(wèi)星用戶地面站與維護(hù)臺(tái)的可靠通信流程
3.1 識(shí)別
因?yàn)閁DP協(xié)議本身是面向無(wú)連接的,而本協(xié)議中加入的識(shí)別機(jī)制則解決了這一不可靠因素,使連接更快速,更有目的性。本過(guò)程完成通信雙方之間的識(shí)別,獲得雙方的IP地址。通信采用廣播(廣播地址為255.255.255.255)形式。目的地址均為廣播地址,源地址為發(fā)送方的IP地址。識(shí)別過(guò)程如下圖2。
3.2 雙線程
維護(hù)平臺(tái)后臺(tái)啟用兩個(gè)線程,分為控制線程與數(shù)據(jù)線程。采用雙線程機(jī)制,即兩個(gè)線程采用不同的容錯(cuò)策略??刂凭€程在成功進(jìn)行握手后便由數(shù)據(jù)線程來(lái)接手?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸,中間還需要數(shù)據(jù)端口發(fā)送鏈路?;钕?,直至數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束,整個(gè)過(guò)程中的所有檢測(cè)消息和數(shù)據(jù)傳輸均采用表1所描述的消息結(jié)構(gòu)。
3.3 鏈路通斷檢測(cè)
使用Keep-Alive?;钕?,用于鏈路的通斷檢測(cè)。?;钚畔⒓皵?shù)據(jù)消息收發(fā)所用端口為:初始化收發(fā)序號(hào)均為0,狀態(tài)均為DOWN,KEEP_ALIVE的周期為3秒,連續(xù)3次KEEP_ALIVE發(fā)送后,對(duì)方無(wú)響應(yīng)認(rèn)為鏈路DOWN,并且清除隊(duì)列,暫停保活定時(shí)、等待新的連接,否則發(fā)送新的?;顖?bào)文。
3.4 停等待機(jī)制
鏈路在UP狀態(tài)下,采用改進(jìn)的停等待機(jī)制。此機(jī)制能保證消息傳送的有序、不重復(fù)、防丟包,使接收方收到準(zhǔn)確無(wú)誤的消息。發(fā)送時(shí)在沒(méi)有收到響應(yīng)消息前,不能進(jìn)行下一條消息發(fā)送,。接收時(shí)對(duì)于相同序號(hào)的消息只處理第一次條,其它的只進(jìn)行確認(rèn)響應(yīng)。通信雙方各自維護(hù)自己的序號(hào)C字段,范圍為0~127循環(huán),接收到消息并確認(rèn)正確后,將序號(hào)C字段的第7位置為1,組成響應(yīng)幀發(fā)送給對(duì)方,并記錄當(dāng)前接收的對(duì)端序號(hào)C字段的值,如果再次收到同樣序號(hào)C字段的消息只進(jìn)行響應(yīng)而不處理。
四、維護(hù)臺(tái)界面的測(cè)試
4.1 識(shí)別
維護(hù)平臺(tái)上加入識(shí)別連接界面,進(jìn)行與衛(wèi)星用戶地面站的數(shù)據(jù)通信,能達(dá)到快速識(shí)別,以便于對(duì)其進(jìn)行快速配置。利用本維護(hù)平臺(tái)目前能達(dá)到快速識(shí)別和連接到衛(wèi)星用戶地面站。點(diǎn)擊搜索按鈕,客戶端會(huì)發(fā)出廣播消息,用戶站收到此消息后會(huì)給出響應(yīng)消息,然后客戶端通過(guò)對(duì)收到的響應(yīng)消息進(jìn)行分析,得到用戶站的IP地址和設(shè)備ID號(hào),并顯示在窗體中。如圖3所示。
4.2 ?;?/p>
點(diǎn)擊連接按鈕,則線程回歸到主窗體中,主窗體上的信息欄會(huì)顯示“連接到用戶站:121.193.211.138”。如果連接中間出現(xiàn)斷開情況,則信息欄會(huì)給出“失去與用戶站(121.193.211.138)的聯(lián)系,請(qǐng)重新進(jìn)行設(shè)備識(shí)別”的提示,客戶機(jī)應(yīng)進(jìn)行設(shè)備的重新識(shí)別和通信連接的建立。
4.3 維護(hù)臺(tái)功能模塊的實(shí)現(xiàn)
維護(hù)臺(tái)通過(guò)以太網(wǎng)連接于用戶站連接,通過(guò)發(fā)送廣播包搜索設(shè)備,等1秒后,確認(rèn)是否有連接的用戶站,如果有多個(gè)用戶站響應(yīng),選擇一個(gè)作為當(dāng)前設(shè)備,根據(jù)匯報(bào)的設(shè)備ID,選擇其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行工作。
五、結(jié)論
對(duì)于衛(wèi)星用戶地面站和維護(hù)臺(tái)之間的可靠通信,本文加入了一些機(jī)制,使可靠性得到了保證。對(duì)于維護(hù)臺(tái)的設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)單、實(shí)用為原則,實(shí)現(xiàn)其要求的基本功能,能夠?qū)崿F(xiàn)快速投入使用、快速配置衛(wèi)星用戶地面站。隨著問(wèn)題研究的深入,在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,速率和可靠性之間存在的矛盾將是接下來(lái)要解決的問(wèn)題。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 王毳. 衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用. 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,2009,39(4):50-52.
[2] 丹尼斯羅迪著,張更新,劉愛(ài)軍,張杭等譯. 衛(wèi)星通信[M]. 北京:人民郵電出版社,2002.