基于卫星通信系统的多数据业务系统

摘要

本发明公开了一种基于卫星通信系统的多数据业务系统，包括用于实现各数据业务支持的业务服务中心以及与该业务服务中心进行数据交互的用户终端，业务服务中心与地面接收中心及各数据业务网关连接，业务服务中心包括：数据业务接口，用于连接各数据业务网关及地面接收中心，接收各数据业务网关和地面接收中心发送的业务数据；数据存储单元，用于存储接收到的业务数据；协议帧封装/解析单元用于对上行的数据封装，再插入到卫星通信协议帧中的数据段，将下行信号解析为卫星通信协议帧；信号发送单元，用于将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送。本发明丰富了卫星通信的业务种类并不受地理条件限制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多数据业务系统，尤其涉及一种基于卫星通信系统的多数据业务系统。

背景技术

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地面接收中心之间进行的通信。卫星通信系统具有全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动性等优点，是一种向分布在全球的用户提供数据服务的最好的候选方案。如果一个卫星通信系统经过良好的设计，可以覆盖整个地球表面，这对航空和航海用户和处于边远地区缺少地面通信基础设施的用户是极为合适的，甚至是唯一的选择。即使是在有线网络密集的地区，卫星通信也可以作为日益拥挤的地面链路的一种备用选择。卫星网络是一个广播系统，对于飞速发展的点对多点和多点广播特别是宽带多媒体应用具有特别的吸引力。卫星网络可以用作宽带接入网接入各种各样的网络，或者提供固定和移动终端用户之间简单的通信服务。

卫星通信系统由卫星和地面接收中心两部分组成。其中，用作通信的卫星称为通信卫星，地面接收中心是指设在地球表面(包括地面、海洋和大气中)的无线电通信站。卫星在空中起中继站的作用，即把地面接收中心发上来的电磁波放大后再返送回另一地面接收中心。地面接收中心则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地面接收中心出入卫星系统形成链路。由于静止卫星在赤道上空约3600Km，绕地球一周时间恰好与地球自转一周(23小时56分4秒)一致，从地面看上去如同静止不动一般。三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1-10GHZ频段，即微波频段。卫星通信的主要优点如下：通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信；不易受陆地灾害影响；建设速度快；易于实现广播和多址通信；电路和话务量可灵活调整；同一信道可用于不同方向和不同区域。

因此，卫星通信有着先天的优势，在电视转播、全球卫星定位系统(GPS，Global Positioning System)定位、气象等领域有着较广泛的应用。以GPS为例简单说明其应用。GPS系统包括通信卫星、GPS监控站，以及用户接收设备和GPS应用软件等部分。GPS系统可提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。例如可提供定位、导航、测速、授时等数据服务。GPS能为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、三维测速和时间基准。目前在交通、救援等领域应用最为广泛。

可以预见，随着移动通信和Internet日益出现数据拥塞，卫星通信的介入甚至取代前者将成为必然。目前卫星通信虽然已投入使用很多年，但民用的开发依然很有限。阻碍卫星通信普及的因素有很多，其最主要的原因之一是卫星通信系统是独立的通信系统，其所承载的数据业务很有限，不能贴切地满足用户的信息需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于卫星通信系统的多数据业务系统，集多种数据业务于一身，提高了系统的服务质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于卫星通信系统的多数据业务系统，所基于的卫星通信系统包括用于中继转发的通信卫星和用于卫星控制及与所述通信卫星进行数据交互的地面接收中心，该系统包括用于实现各数据业务支持的业务服务中心、以及与该业务服务中心进行数据交互的用户终端，所述业务服务中心与地面接收中心及外部的各数据业务网络中的业务网关连接；

所述地面接收中心接收到通信卫星发送的数据信号后，将接收到的数据信号解析为数据帧，并将数据帧中预留给业务服务中心的数据段中的数据提取出并发送至业务服务中心；所述各数据业务网关接收业务服务中心的业务请求，触发所支持的业务，并将业务执行结果返回至业务服务中心；

所述业务服务中心包括：

数据业务接口，用于连接各数据业务网关及地面接收中心，向各数据业务网关发送业务请求并接收各数据业务网关发送的业务数据，接收地面接收中心解析出的卫星通信协议帧中的业务数据；

数据存储单元，用于存储接收到的业务数据；

协议帧封装单元，用于对发送到通信卫星的上行数据进行封装，并插入到卫星通信协议帧中的预留数据段；

信号发送单元，用于将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送。

其中，所述用户终端包括：

协议帧封装/解析单元，用于对上行的数据进行封装，再插入到卫星通信协议帧中的保留数据段，以及将信号收发单元提取出的有效信号解析为卫星通信协议帧；

信号收发单元，用于将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送，以及在接收到的下行卫星通信信号提取出有效数据信号部分；

帧数据预留段数据提取单元，用于提取解析后的卫星通信协议帧中预留段的数据；

数据设备接口，用于提供外设数据设备的接入。

其中，所述地面接收中心包括：

信号收发单元，用于将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送，以及将接收到的卫星信号转换为卫星通信协议帧；

卫星通信协议帧封装/解析单元，用于对上行的数据封装为卫星通信协议帧以及对接收到的下行卫星通信协议帧进行解析；

帧数据预留段数据判断及提取单元，用于判断解析后的数据帧中预留段是否有数据，若有则将其提取出，并发送至业务服务中心数据存储单元；

业务服务中心数据存储单元，用于存储帧数据预留段数据判断及提取单元发送的数据；

业务服务中心数据发送单元，用于将业务服务中心数据存储单元中存储的数据发送至业务服务中心。

其中，所述外部的数据业务网络中的业务网关包括但不限于：用于提供网络数据业务的Internet的网关、用于提供mail数据业务的mail网关、用于提供语音呼叫的公共交换电话网(PSTN，Public Switched Telephone Network)网关和用于提供移动通信数据业务及语音业务的全球移动通讯系统(GSM，GlobalSystem for Mobile Communications)网关。

其中，所述业务服务中心、地面接收中心和用户终端分别包括有唯一的标识信息。

本发明通过设置用于数据业务提供的业务服务中心来为用户提供各种数据业务，该业务服务中心通过Internet网关、mail网关和GSM网关等分别连接于Internet、mail服务器和GSM网络，并可向用户终端提供Internet、mail和移动用户信息传输等业务，大大丰富了卫星通信的业务种类，使这些业务不受地理条件限制地提供给备用户终端用户。

附图说明

图1为本发明多数据业务实现系统结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的多数据业务实现系统是在现有的卫星通信系统基础上而设立的。本发明的系统包括业务服务中心、若干用户终端和卫星通信系统。其中，卫星通信系统包括一个或多个卫星和一个或多个地面接收中心，卫星在空中起中继站的作用，即把地面接收中心发上来的电磁波放大后再返送回另一地面接收中心或经授权的用户终端等。地面接收中心则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地面接收中心出入卫星系统形成链路。地面接收中心包括有信号收发单元、卫星通信协议帧封装/解析单元、帧数据预留段数据判断及提取单元、业务服务中心数据存储单元、业务服务中心数据发送单元、终端系统、通信监控单元和电源，其中，信号收发单元用于将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送以及将接收到的卫星信号转换为卫星通信协议帧；信号收发单元具体由天线、发射单元和接收单元构成，地面接收中心的天线像一口大锅，其中心面向通信卫星，直径一般是10.30米，由天线本身、馈电部分、跟踪部分和驱动部分组成。发射单元将需要播发的音频、视频和相关数据信号调制到通信卫星工作波段的载波上，经大功率放大后，由天线向通信卫星发射出去。接收单元接收来自通信卫星的信号，经放大、检波后提取出有效的传输信号。卫星通信协议帧封装/解析单元用于对上行的数据封装为卫星通信协议帧以及对接收到的下行传输信号解析为卫星通信协议帧；卫星通信协议帧封装/解析单元具体可由中央处理器和相应的解析软件实现，例如可利用具有封装和解析功能的专门芯片及结合封装和解析程序而实现。帧数据预留段数据判断及提取单元用于判断解析后的数据帧中预留段是否有数据，若有则将其提取出，并发送至业务服务中心数据存储单元；若无则由地面接收中心的其他单元处理。业务服务中心数据存储单元用于存储帧数据预留段数据判断及提取单元发送来的数据；该业务服务中心数据存储单元可以是各种可擦写的RAM存储器或闪存Flash。业务服务中心数据发送单元通过有线的方式连接于业务服务中心，用于将业务服务中心数据存储单元中存储的数据发送至业务服务中心。该有线方式可为光缆或电缆，通过E1、STM1、STM4或STM16等接口连接。终端系统由载波电话终端设备、电视终端设备、传真终端和数据终端设备组成，上述各终端分别提供电话、电视、传真和数据服务。通信监控单元负责对地面接收中心的各单元进行监视、控制和定期测试。电源为地面接收中心的各单元提供工作电源。关于地面接收中心的具体结构，通过前述的文字描述对本领域技术人员来说已经比较清楚，各单元部分的实现也是非常容易的，因此未给出相关的结构示意图。

如图1所示，业务服务中心包括数据业务接口、数据存储单元、协议帧封装单元和信号发送单元，其中，数据业务接口用于连接各数据业务网的各网关及地面接收中心的业务服务中心数据发送单元，通过该数据业务接口向各数据业务网关发送业务请求并接收各数据业务网关发送的业务数据，以及接收地面接收中心解析后的卫星通信协议帧中的发送给业务服务中心的业务数据，即卫星通信协议帧中预留数据段中所携的数据。数据存储单元用于存储接收到的业务数据，主要是数据业务接口接收到的数据，包括业务网关发送的以及地面接收中心发送来的各种数据，本发明的数据存储单元可以是各种可擦写的RAM存储器或闪存Flash。本发明中，对数据业务接口接收的不同单元的不同类型的数据分别存储，例如，对于接收到的地面接收中心发送来的数据，专门划出一个存储区域，并按数据类型的不同而分别存储，这样将方便数据的管理。协议帧封装单元，用于对发送到通信卫星的上行数据进行封装，这些数据是根据用户的业务请求而确定的，封装后的数据插入到卫星通信协议帧中的预留数据段。本发明的协议帧封装单元包括终端通信协议帧封装单元和卫星通信协议帧封装单元，终端通信协议帧封装单元用于对发往通信卫星上行的数据进行初次封装，而卫星通信协议帧封装单元用于生成卫星通信协议帧，并将终端通信协议帧封装单元封装好的终端通信协议帧作为普通数据插入到卫星通信协议帧中的数据段，该特定的数据段为事先设定并约定好的，即前文所述为业务服务中心的数据所专门预留的。关于终端通信协议帧封装单元采用的封装报文的封装格式，将在下文中进行描述。由于卫星通信协议帧为现有的帧结构，这里不再赘述。信号发送单元用于将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送。这里的信号发送单元与地面接收中心的信号收发单元中的发射单元结构相同，即包括有发射天线和发射单元，关于发射天线和发射单元的功用，与前述地面接收中心中的相同，这里不再赘述。

本发明的用户终端包括：协议帧封装/解析单元、信号收发单元、帧数据预留段数据提取单元和数据设备接口，其中，协议帧封装/解析单元用于对上行的数据进行封装，再插入到卫星通信协议帧中的数据段，在接收到的下行卫星通信协议帧的对应数据段中提取出数据，再进行解析；信号收发单元将封装完毕的卫星通信协议帧转换为卫星信号并发送以及将接收到的卫星信号转换为卫星通信协议帧。数据设备接口(图中未示出)用于提供外设数据设备的接入，数据设备接口可以是E1、STM1、STM4或STM16等接口中的一种，也可以是无线接口，如基于蓝牙技术的接口。用户终端中的协议帧封装/解析单元包括有终端通信协议帧封装/解析单元和卫星通信协议帧封装/解析单元，终端通信协议帧封装/解析单元用于对发往通信卫星上行的数据进行初次封装，以及对来自卫星通信协议帧中设定的预留数据段中的数据即终端通信协议帧进行解析。卫星通信协议帧封装/解析单元用于生成卫星通信协议帧，并将终端通信协议帧封装单元封装好的终端通信协议帧作为普通数据插入到卫星通信协议帧中的预留数据段，同时，将接收到的卫星信号解析为卫星通信协议帧。这里，用户终端的卫星通信协议帧封装/解析单元与地面接收中心卫星通信协议帧封装/解析单元的结构和功能均相同，这里不再赘述。使用时，用户终端通过数据设备接口与有数据处理能力的外设连接使用。外设如个人PC、服务器、个人数字助理PDA等。外设通过数据设备接口与用户终端进行交互，例如向用户终端发送业务请求以及欲传输的数据等，同时其接收用户终端发来的请求应答和业务数据等。

由于业务服务中心通过各种数据业务网关连接于不同的数据业务网络中，因此可向用户提供如Internet、mail、PSTN呼叫以及GSM网络呼叫和信息交互等业务。由于上述的业务网络和相应的网关技术均比较成熟，并且，实现多业务网络接口的技术也相对成熟，因此，实现上述网络的网关实现这些业务是可行的，只要把相应的业务请求信息发送到上述各网关，这些网关将会自动处理这些请求，并返回相应的应答。本发明将这些应答信息封装发送即可。外设通过用户终端发送相应的业务请求，用户终端接收到该业务请求后对其进行终端协议封装，并插入到卫星通信协议帧的相应数据段中，再通过信号收发单元发送至卫星，卫星转发该信号至地面接收中心，该中心解析卫星通信协议帧，并将其中的请求信息发送给业务服务中心，业务服务中心判断该业务请求的类型，并转发至相应的网关中。接收到网关返回的应答信息后，对该应答信息进行终端协议封装，并经卫星通信协议封装后由信号收发单元发送至卫星，由卫星转发至请求的用户终端，由终端解析后转发给外设。以下对于细节进行具体描述。

当外设有数据需要传输给网关侧用户或业务服务中心侧用户时，传输流程如下：

外设的数据发送至本发明的用户终端，经终端通信协议单元和卫星通信协议单元打包后形成卫星通信协议帧，即形成入站数据，经由通信卫星发送给地面接收中心，地面接收中心根据用户类型将卫星通信协议帧中特定数据段中的数据提取出来，经地面接收中心和业务服务中心之间设置的传输光缆传输给业务服务中心，业务服务中心根据数据中携带的接收方用户地址类型把用户数据经由网关或直接转发给用户，如数字数据传输网(DNN，Digital Data Network)用户、手机用户；若不是固定用户，则只是直接存储以备查询。

固定用户的数据经终端通信协议单元和卫星通信协议单元的封装后，可以由业务服务中心的信号收发单元经由通信卫星转发至用户终端，用户终端将数据解析后返回给外设。

本发明中，业务服务中心、地面接收中心和用户终端分别包括有唯一的ID，以在通信过程中确定各自的身份。

以水文系统应用为例，可以说明本发明的数据处理流程：水文系统将边远地区的水文数据定时采集后，传输到本发明的用户终端，用户终端将该数据分别利用终端协议单元进行封装，然后再插入到卫星通信协议单元生成的卫星通信协议帧的预留数据段中，用户终端将封装好的数据帧转换为基带信号，放大后发射到通信卫星，通信卫星将信号转发到地面接收中心，地面接收中心接收到数据后提取其内的特定数据段中的数据，并转发给业务服务中心，服务中心根据数据中所携带的目的用户地址，通过Internet把数据传输给水文用户监控中心。如果对端用户监控中心当时未能接收到数据，可以在一定时段内作同步操作，提高了数据处理的灵活方便性。同时，用户监控中心可以通过本发明的系统向用户终端发送数据采集控制指令，实现远程数据采集控制灵活定制。

以下详细说明本发明所采用的终端通信协议数据帧的结构和格式。如下表所示，为终端通信协议帧控制段部分。

  序号  指令分类  指令名称  简要说明  1  状态类指令  查询终端状态  外设查询终端的工作状态  2  终端状态信息  终端返回给外设的工作状态信息  3  设置终端状态  外设设置终端的工作状态  4  查询报文顺序号  外设查询终端当前报文顺序号  5  输出报文顺序号  终端返回给外设当前报文顺序号  6  定位类指令  定位申请  外设向终端发出定位请求  7  结束连续定位  外设向终端发出结束连续定位请求  8  位置信息  终端返回的定位详细信息  9  通信类指令  遇险通信申请  外设向终端发送遇险类通信请求  10  终端到终端通信申请  外设向终端发送终端到终端通信请求  11  终端到固定通信申请  外设向终端发送终端到固定用户通信请求  12  终端查询网管最新报文  外设向终端发送查询网管最新报文通信请求  13  通信回执申请  外设向终端发送通信回执请求  14  超长报文通信申请  外设向终端发送超长报文通信请求  15  通信申请成功状态  终端返回的指令接收成功状态信息，为握手协议  16  通信输出  终端接收到通信信息后给外设返回的数据  17  超长报文通信输出  终端接收到超长报文通信后给外设返回的数据  18  通信输出成功状态  外设接收到通信输出数据后，返回给终端的数据接收解析成功状态信息，为握手协议  19  通信回执输出  最终收信终端或业务服务中心给予发信方的确认，表明最终收信终端或业务服务中心已经收到发信方发出的通信信息  20  系统回执输出  业务服务中心给予发信方的确认，表明收信方已经收到发信方发出的通信信息  21  最终固定用户接收回执确认输出  最终固定用户给予发信方的确认，表明收信方已经收到发信方发出的通信信息  22查询类指令  查询申请  外设向终端发送的定位或通信查询请求  23  定位查询结果  终端返回的定位查询结果  24  通信查询结果  终端返回的通信查询结果  25  回执查询结果  终端返回的通信回执查询结果

  26授时类指令  授时申请  外设向终端发送的授时请求，该授时是普通授时，仅供外设进行一般的时间同步  27  授时信息  终端返回的授时信息  28GPS类指令  GPS定位申请  当用户终端内部接有GPS模块或通过另一个串口外接GPS接收机时，外接设备可以通过串口向终端申请GPS定位数据，GPS模块或GPS接收机与用户终端之间的数据接口符合NMEA0183标准  29  结束GPS定位  外设向终端发送的结束GPS定位请求  30  GPS定位信息  终端返回的GPS定位信息

                                   表1

外设通过终端通信协议与用户终端通信，主要包括：终端状态查询、返回终端状态信息、设置终端状态、查询报文顺序号、输出报文顺序号。

外设向用户终端发送用户终端状态查询指令，查询用户终端工作状态，用户终端向外设返回用户终端状态信息。用户终端状态信息包括：通道接收信号功率电平、通道锁定卫星波束、响应波束、信号抑制、供电状态、终端ID、通播地址、服务频度、串口波特率和校验和等。响应波束是指用户终端入站响应的卫星波束，即用户终端向地面接收中心注册的用于接收信号的卫星波束号，具体规定与通道锁定卫星波束的定义相同。信号抑制是指信道过载时地面接收中心的中心控制系统对终端发射入站信号的抑制。0表示没有信号抑制，1表示有信号抑制。供电状态是指终端的能源是否可以满足其正常工作的要求。0表示不能满足，1表示可以满足。服务频度是指终端向中心控制系统申请定位、通信和授时服务时，连续两次入站之间的时间间隔，单位为秒；服务频度的设置受终端用户等级限制，不能超过用户等级规定的范围，可以由外设进行设置。串口波特率是指终端利用串口传输数据的速率，1表示波特率为2.4Kbps，2表示波特率为4.8Kbps，3表示其波特率为9.6Kbps，4表示其波特率为19.2Kbps，终端的默认波特率为9.6Kbps。

查询用户终端状态信息后，设置用户终端状态。设置用户终端状态数据内容如表2所示，设置终端状态数据内容指令数据传输方向为：从终端到外设，包括服务频度、串口波特率、响应波束、回执类型、校验和。

  帧头  服务频度  串口波特率  响应波束  回执类型  校验和

                              表2

其中服务频度、串口波特率、响应波束与前述一致。回执类型用于打开或关闭系统回执和通信回执。系统回执是业务服务中心给予发信方的确认，表明收信方已经收到发信方发出的通信信息。系统回执仅适用于单一收信方通信模式。通信回执是收信方给发信方的确认，表明收信方已经收到发信方发出的通信信息。通信回执的发信方可能是业务服务中心也可能是发信终端。校验和是指将报文内容按字节取异或得出的结果。

外设需要精密控制通信过程，每次传送报文前，需查询当前报文顺序号。或不需要精密控制则不用查询当前报文顺序号，当进行超长报文通信申请前，必须要查询当前报文顺序号，报文顺序号用于保证传输报文时正确分包和组包。用户终端产生报文顺序号返回给外设。

用户终端与用户终端通信方式，首先要进行用户终端与用户终端通信申请，数据内容包括：发信方标识、收信方地址、保密要求、回执标志、电文长度、校验和，如表3所示。

  帧头  发信方标识  收信方地址  保密要求  回执标志  电文长度  校验和

                                    表3

用户终端将报文经卫星通信协议单元封装后发送至卫星系统，卫星系统转发至业务服务中心。

用户终端到固定用户通信申请，数据内容包括：发信方标识、收信方地址、收信方类型、保密要求、回执标志、电文长度、电文内容、校验和。

其中收信方类型可以是终端用户、Email用户、GSM用户、传真用户、固定电话用户、呼叫中心(Call Center)用户、Web用户、DDN用户、业务服务中心直接控制的终端用户、业务服务中心。用户终端在开机或者重新捕获卫星后，需要向业务服务中心查询最新报文。通信回执申请，回执内容包括：用户终端成功接收通信报文、业务服务中心成功接收终端通信报文、业务服务中心成功接收终端报警信息、业务服务中心接收终端通信查询、成功发送到最终固定用户、发送到最终固定用户失败。通信申请成功，要返回通信申请成功状态。通信内容输出到终端或者固定用户。

对于表1中常用的业务指令如定位类指令以及GPS类指令等，由于为卫星通信系统的常规业务，本发明不作过多描述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。