衛星通信地球站軟件遠程升級功能設計

馬中海，韓宏亮，陳鑫旺

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210014）

衛星通信的通信覆蓋面非常廣，通信容量大，能夠多播、廣播；通信質量好，建設成本與其他通信相比較低，而且衛星通信受環境的制約非常小，所以現在衛星通信已經成為各種遠距離通信里面較為主要的一種通信方式[1]。衛星通信的以上特性，使其能完成一些別的通信方式無法完成的工作，在傳播信息的手段里面，它的地位非常重要，因此許多的國家都把發展衛星技術作為國家戰略部署的重要方針[2]。近年來，各個國家都表現出對衛星通信的重視，發射了各種各樣的衛星。通信衛星能夠作為地面移動站、機載站、艦載站等終端的通信中繼，各種各樣的衛星為人類提供了不可替代的便利，也為人類文明與科技發展建設提供了非常寶貴的課題資源[3]。因此，衛星通信在飛速發展的現代起著不可替代的作用。

1 軟件遠程升級功能設計

1.1 衛星通信系統

衛星通信系統包括地球站和管理站兩種站型，地球站之間可以互相傳輸業務，管理站負責資源分配以及地球站的管理。當一個地球站要和另一個地球站通信時，會向管理站發送通信請求，管理站將請求信息交與服務器處理。如符合通信條件，則會為通信的兩個地球站分配頻點、功率等衛星資源。這樣兩地球站就能傳輸業務。衛星通信原理如圖1所示。

圖1 衛星通信原理

1.2 軟件更新的主要方式

軟件更新的主要方式有以下4種[4]。

1.2.1 更換已經固化的軟件芯片

將所需更新的芯片從目標板上面取下，用專門的燒寫工具燒寫新的程序。燒寫完畢后重新安裝至目標板上，重新啟動系統。

1.2.2 與PC連接進行軟件更新

用戶到服務商拿到新版本的軟件，將新的軟件拷貝到電腦里。將要更新的芯片通過一定的接口與PC電腦相連，從上位機將新的程序下載到目標板中。

1.2.3 登錄服務網站進行更新

通過電腦利用互聯網登錄服務網站，下載產品的更新軟件到電腦中。再利用目標板與電腦的通信，將升級的程序燒寫到目標板的存儲器中。

1.2.4 在應用編程

通過遠程通信方式對目標板進行在線燒寫更新，這樣實現了軟件的動態升級，無需拆除數據傳輸終端。

1.3 遠程升級技術現狀

目前電子產品升級技術正興起于電子電路研制、生產、功能不全、設備更新能力差、故障診斷等方面。它的出現大大提高了電子產品的質量可靠性，縮短了電子設備的維護時間，大幅度降低了電子設備的更新、檢修費用[5]。

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適用于系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統，是一種軟硬件高度結合的產物，其系統功能實現的關鍵在于經過高效率設計的各類應用軟件。

隨著互聯網應用的日益普及，信息共享程度逐步提高。對于以單片機應用系統為中心的小型嵌入式設備，怎樣利用方便的互聯網資源將嵌入式設備的信息共享到互聯網，成為當今電子世界中非常的熱門話題。傳統的互聯網應用以PC為中心，當代的互聯網應用將轉向以嵌入式設備為中心。經網絡專家預測，將來在互聯網上傳輸的信息當中，將有70%的信息來自于小型嵌入式系統。小型嵌入式系統接入互聯網后，應用軟件和系統都可以很方便地進行遠程升級。很多路由器等都具有遠程升級的功能。

綜上，對于地球站，拆除目標板或登錄網站更新的方法不適用，我們以往設計的更新軟件方法為用PC本地升級。然而地球站分布在全球的各個區域，設備出廠后，通過PC本地升級的成本極大。本文仿照互聯網上的嵌入式設備軟件遠程升級功能，設計一種利用衛星通信來遠程升級軟件的方法。

1.4 軟件遠程升級功能設計

1.4.1 總體設計

由于所有地球站都接受管理站的管理，我們在管理站配置一個用于軟件更新的信道設備，該設備以廣播的方式下發軟件數據，地球站接收到數據后保存至本地文件系統，即可完成本地軟件的遠程升級。地球站只接收管理站的數據，不會發送信息給管理站，這樣節省了衛星資源。由于衛星信道可能受到干擾，導致數據丟包，為了確保軟件更新的可靠性，管理站下發的每包數據重發3次，地球站對于同樣的幀只處理一次。

1.4.2 數據幀格式設計

衛星管理站發的幀類型有兩種：文件信息幀和數據幀。

文件信息幀中的幀類型長度為一個字節，值固定設為1；文件名長度最長為15個字節，為要升級軟件的文件名；版本號為要升級軟件的版本號，地球站與當前軟件版本號比對，如不同則進行軟件升級；數據包數為管理站要發送的數據包總數，與數據幀中最大的幀序號相等；消息摘要算法第5版（Message Digest Algorithm，MD5）校驗長度為16個字節，地球站接收文件完畢后，計算MD5校驗，與此MD5比較，如不同則放棄此次軟件升級，重新執行升級流程，相同則文件升級成功。文件信息幀格式如表1所示。

表1 文件信息幀

1.4.3 程序流程設計

地球站收到管理站發送的數據包后，首先要判斷是否為文件信息幀，如是文件信息幀則保存文件信息幀中的所有信息字段，并與本地軟件版本比較，如版本不同則繼續接收數據并作相應處理，相同則表示本地軟件已為最新，無須更新，結束升級流程。如接收的為數據幀則要作去重處理，還要判斷數據是否為最后一包。最后要計算文件的MD5，并與文件信息幀中的MD5值對比，相同則文件接收正確，結束升級流程；不同則文件接收錯誤，重新執行升級流程。具體流程如圖2所示。

圖2 程序流程

2 結語

本文針對地球站分布區域廣，現場PC升級成本極高的缺陷，提出了通過衛星信道遠程升級的方案。該方案可以同時為分布在各個區域的地球站提供遠程升級服務，地球站只要能成功對星，隨時隨地都可以使自己的軟件保持最新狀態，不僅提升了用戶體驗，還能極大地節約設備維護成本。