基于北斗短消息信道的云通信技術研究

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研究

文｜莫皓穎，戶江民，羅文，何維武

北斗衛星導航系統是我國自主研發的衛星導航系統，廣泛應用于交通、海洋、氣象、水利、軍事和測繪等領域。

北斗數據通信是一個極為窄的短消息信道，該信道往往傳送單包的數據大小在從數個到數百個字節之間。北斗通信終端根據北斗用戶身份卡的等級高低來確定用戶發送一次短消息數據的長度值，并且該身份卡的等級也決定了北斗通信終端在發送數據時有入站頻度的限制，導致每臺北斗通信終端發送短消息需要數十秒到數分鐘的時間間隔。因此通過單通信節點北斗短消息信道進行大量數據的傳輸時，基本無法保證傳輸的準確性和時效性。

采用北斗短消息進行通信時，北斗通信終端收發信號對外界環境條件要求較高，當有高層建筑和地貌的等外界環境的影響時都會導致短消息發送失敗而無法通信。

一、北斗云通信系統設計

本文構建了一套云通信系統，其主要由已接入北斗終端的計算機軟件系統構成，該計算機軟件系統在文中簡稱為云通信數據終端。北斗云通信數據終端主要具備終端發現、信道規劃、動態數據發送計劃制定及分發、狀態匯總顯示、運信道模式等功能，默認云通信終端通信模式為值守模式，當需要進行大量數據發送時，用戶將通信模式設置為群首模式便可以管轄所在網內的云通信終端。北斗云通信設計核心思想主要圍繞集中管控、任務協同方向進行設計。云通信數據終端主要功能模塊描述如下：

（一）云通信數據終端節點發現功能

終端發現依靠IP網絡實現，用戶選擇其中一個終端設置模式為群首，然后在該終端軟件中錄入全系統地址表，軟件對地址表進行輪訓發送數據報文。各個通信節點上的運行云通信軟件收到包后將對該報文按指令類型進行回應，并根據攜帶的對方下達的指令，進行接管模式、狀態上報模式等。

（二）云通信數據終端收發北斗短消息功能

云通信數據終端需要將自身的計算機平臺與北斗通信終端的串口進行連接，并按照通用北斗管理協議對北斗進行管理，其中主要包括對北斗短消息數據進行接收、發送短消息數據，以及將北斗通信終端的報文發送頻率，最大短消息長度進行讀取保存。

（三）狀態統計和動態規劃分發功能

云通信數據群首終端與交換網絡中各個數據終端之間建立通信后，便在群首終端中維護有當前群內各個終端的狀態信息。其中主要包含北斗終端發送短消息頻率表、北斗終端最大發送短消息報文長度、北斗終端信號強度等信息，群首終端對該信息進行統計并顯示到軟件界面中。

當任務數據需要通過群首終端進行發送時，群首終端需進入任務規劃分發流程，首先按照數據大小進行分片，其中主要參考各個云通信數據終端的最大短消息報文長度、發送短消息的頻度信息，允許發送最大報文長度越長，那么對應終端分得的單個數據包的數據長度越長；發送短消息的頻度越小，那么對應終端分得的數據包數量就越多。然后將對應終端所分配的任務通過交換網絡發送至各個云通信數據終端，云通信數據終端收到任務后向對應任務對象發送任務中包含的業務數據。

在任務執行過程中，群首終端需要對所在交換網絡中所管轄的北斗云通信數據終端進行狀態實時采集，并根據各個終端的任務下發狀況，實時感知信號不穩定或者出現故障的節點，并實時的終止異常數據終端的任務，將終斷的任務進行回收，并重新規劃下發至其他可用終端，實現云通信任務的動態規劃下發功能。

二、北斗短消息通信

（一）簡單北斗短消息通信

北斗終端發送短消息，是通過北斗終端自身的信號收發機與北斗衛星進行通信的，本文介紹的簡單北斗短消息通信，是指用戶采用單個北斗終端進行短消息通信，該種通信模式北斗短消息發送端只會存在一條對外鏈路。由圖1所示，假設從數據中心A向網絡云C中的N臺數據終端每個發送10個短報文，那么需要的時間T=N*10*報文收發頻度。

圖1 簡單北斗短消息通信

（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行北斗短消息的收發，但其與現有技術及應用的不同在于，在利用某個通信節點北斗短消息進行通信之前，先將云通信數據終端設置為北斗云通信群首模式，并同時接入由具備北斗通信終端通信節點組成的IP交換網絡中，從而利用IP網絡調度所在交換網絡中的通信節點的北斗通信終端，使所管轄區域的北斗通信終端的北斗短消息信道能廣義上的聯合起來形成了一條虛擬的北斗短消息云信道。如圖2所示，其中網絡云C及網絡云B的所有數據終端均部署了云通信數據軟件，數據中心A需要將大量數據發送給網絡云C中的所有數據終端時，先將數據中心A設置為云通信模式設置為群首模式和將網絡云B的數據終端中的云通信數據終端模式設置為值守模式，然后將數據中心A通過IP網絡接入了網絡云B，同時數據中心A將網絡云B的所有數據終端統一調度管理起來。然后，數據中心A將需要發送的數據進行分包，并通過IP網絡將數據按照計劃分發給所控的數據終端，數據終端調用自己的北斗通信終端進行數據的收發，并將收發狀態進度及結果通過IP網絡統一上報給數據分發中心。按照此種方式，假設從數據中心A向網絡云C中的N臺數據終端每個發送10個短報文，而網絡云B中有M臺數據終端，那么需要的時間T=N*10*報文收發頻度/M。

圖2 云信道通信模型

三、結語

通過文中簡單北斗短消息通信和北斗云信道通信的對比，可以得出北斗云信道通信的效率與所接入交換網絡中可管可控的通信節點數量成正比的高于簡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研究，使利用北斗短消息進行數據通信的通信節點通過北斗短消息信道發送數據產生排隊情況時，采用云通信技術利用IP網絡將數據傳輸到其他通信節點，使多個北斗通信終端信道共同產生作用，實現負載均衡，完成高效快速的數據傳送。通過對北斗短消息信道的統一調度、資源共享，解決了數據大時北斗發送數據不可靠、時間慢、通信節點受遮擋等問題，提高了依靠北斗短消息信道進行數據分發的準確性和時效性。

作者單位：重慶金美通信有限責任公司