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(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于交通、海洋、氣象、水利、軍事和測(cè)繪等領(lǐng)域。

北斗數(shù)據(jù)通信是一個(gè)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(gè)到數(shù)百個(gè)字節(jié)之間。北斗通信終端根據(jù)北斗用戶身份卡的等級(jí)高低來(lái)確定用戶發(fā)送一次短消息數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度值，并且該身份卡的等級(jí)也決定了北斗通信終端在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)有入站頻度的限制，導(dǎo)致每臺(tái)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(shí)間間隔。因此通過(guò)單通信節(jié)點(diǎn)北斗短消息信道進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)，基本無(wú)法保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和時(shí)效性。

采用北斗短消息進(jìn)行通信時(shí)，北斗通信終端收發(fā)信號(hào)對(duì)外界環(huán)境條件要求較高，當(dāng)有高層建筑和地貌的等外界環(huán)境的影響時(shí)都會(huì)導(dǎo)致短消息發(fā)送失敗而無(wú)法通信。

一、北斗云通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)構(gòu)成，該計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)在文中簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送計(jì)劃制定及分發(fā)、狀態(tài)匯總顯示、運(yùn)信道模式等功能，默認(rèn)云通信終端通信模式為值守模式，當(dāng)需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，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(jì)核心思想主要圍繞集中管控、任務(wù)協(xié)同方向進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(diǎn)發(fā)現(xiàn)功能

終端發(fā)現(xiàn)依靠IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，用戶選擇其中一個(gè)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(duì)地址表進(jìn)行輪訓(xùn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文。各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行云通信軟件收到包后將對(duì)該報(bào)文按指令類型進(jìn)行回應(yīng)，并根據(jù)攜帶的對(duì)方下達(dá)的指令，進(jìn)行接管模式、狀態(tài)上報(bào)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(jì)算機(jī)平臺(tái)與北斗通信終端的串口進(jìn)行連接，并按照通用北斗管理協(xié)議對(duì)北斗進(jìn)行管理，其中主要包括對(duì)北斗短消息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、發(fā)送短消息數(shù)據(jù)，以及將北斗通信終端的報(bào)文發(fā)送頻率，最大短消息長(zhǎng)度進(jìn)行讀取保存。

（三）狀態(tài)統(tǒng)計(jì)和動(dòng)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(gè)數(shù)據(jù)終端之間建立通信后，便在群首終端中維護(hù)有當(dāng)前群內(nèi)各個(gè)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(bào)文長(zhǎng)度、北斗終端信號(hào)強(qiáng)度等信息，群首終端對(duì)該信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并顯示到軟件界面中。

當(dāng)任務(wù)數(shù)據(jù)需要通過(guò)群首終端進(jìn)行發(fā)送時(shí)，群首終端需進(jìn)入任務(wù)規(guī)劃分發(fā)流程，首先按照數(shù)據(jù)大小進(jìn)行分片，其中主要參考各個(gè)云通信數(shù)據(jù)終端的最大短消息報(bào)文長(zhǎng)度、發(fā)送短消息的頻度信息，允許發(fā)送最大報(bào)文長(zhǎng)度越長(zhǎng)，那么對(duì)應(yīng)終端分得的單個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度越長(zhǎng)；發(fā)送短消息的頻度越小，那么對(duì)應(yīng)終端分得的數(shù)據(jù)包數(shù)量就越多。然后將對(duì)應(yīng)終端所分配的任務(wù)通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至各個(gè)云通信數(shù)據(jù)終端，云通信數(shù)據(jù)終端收到任務(wù)后向?qū)?yīng)任務(wù)對(duì)象發(fā)送任務(wù)中包含的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，群首終端需要對(duì)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(jìn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)采集，并根據(jù)各個(gè)終端的任務(wù)下發(fā)狀況，實(shí)時(shí)感知信號(hào)不穩(wěn)定或者出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)，并實(shí)時(shí)的終止異常數(shù)據(jù)終端的任務(wù)，將終斷的任務(wù)進(jìn)行回收，并重新規(guī)劃下發(fā)至其他可用終端，實(shí)現(xiàn)云通信任務(wù)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃下發(fā)功能。

二、北斗短消息通信

（一）簡(jiǎn)單北斗短消息通信

北斗終端發(fā)送短消息，是通過(guò)北斗終端自身的信號(hào)收發(fā)機(jī)與北斗衛(wèi)星進(jìn)行通信的，本文介紹的簡(jiǎn)單北斗短消息通信，是指用戶采用單個(gè)北斗終端進(jìn)行短消息通信，該種通信模式北斗短消息發(fā)送端只會(huì)存在一條對(duì)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(tái)數(shù)據(jù)終端每個(gè)發(fā)送10個(gè)短報(bào)文，那么需要的時(shí)間T=N*10*報(bào)文收發(fā)頻度。

圖1 簡(jiǎn)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(jìn)行北斗短消息的收發(fā)，但其與現(xiàn)有技術(shù)及應(yīng)用的不同在于，在利用某個(gè)通信節(jié)點(diǎn)北斗短消息進(jìn)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(shí)接入由具備北斗通信終端通信節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(lái)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(shí)，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(guò)IP網(wǎng)絡(luò)接入了網(wǎng)絡(luò)云B，同時(shí)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(lái)。然后，數(shù)據(jù)中心A將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分包，并通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)按照計(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，并將收發(fā)狀態(tài)進(jìn)度及結(jié)果通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一上報(bào)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(tái)數(shù)據(jù)終端每個(gè)發(fā)送10個(gè)短報(bào)文，而網(wǎng)絡(luò)云B中有M臺(tái)數(shù)據(jù)終端，那么需要的時(shí)間T=N*10*報(bào)文收發(fā)頻度/M。

圖2 云信道通信模型

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)文中簡(jiǎn)單北斗短消息通信和北斗云信道通信的對(duì)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(diǎn)數(shù)量成正比的高于簡(jiǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)北斗短消息信道發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生排隊(duì)情況時(shí)，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(diǎn)，使多個(gè)北斗通信終端信道共同產(chǎn)生作用，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，完成高效快速的數(shù)據(jù)傳送。通過(guò)對(duì)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(shí)北斗發(fā)送數(shù)據(jù)不可靠、時(shí)間慢、通信節(jié)點(diǎn)受遮擋等問(wèn)題，提高了依靠北斗短消息信道進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

作者單位：重慶金美通信有限責(zé)任公司