軍事衛星通信系統終端快速切換方法研究

王艷花

（91497部隊，浙江 寧波 315000）

1 軍事衛星通信系統終端快速切換方法設計

1.1 引入軍事無線通信技術

軍事衛星通信系統是用于軍事的一種通信系統。同時，作為軍事戰略和國家防御的重要組成部分，在軍事方面采用衛星通信的原因主要是覆蓋區域廣，可以讓所有用戶快速有效地進行信息交換[1]。

軍事無線通信技術利用衛星進行軍事通信的過程具有通信傳播距離遠、傳輸數據容量大、可靠性高、靈活性強及造價成本低等優點，是當代軍事通信的理想形式，同時也取得了非常大的成果[2]。

1.2 構建最短路徑優先算法

本文采用最短路徑優先算法來實現軍事衛星通信系統終端的快速切換。最短路徑優先算法按照終端和地面之間的星間鏈路路徑最短的原則來對終端進行快速切換[3]。由于軍事衛星通信系統的多星覆蓋會造成星間鏈路具有選擇多樣性的特點，當終端要進行切換時，會提前計算出地面-衛星-終端之間總鏈路長度的所有可能值，然后選擇能使總鏈路長度達到最小的衛星作為切換星。

計算從源衛星節點S到目的衛星D的最短路徑的方法具體如下。

（1）初始化。源衛星節點S被設置為ds=0，ps為空；除源衛星節點S以外的節點設置成di=∞，pi為空；同時設置源節點S為已標記節點，記作K=S，而除源衛星節點S以外的節點作為未標記節點。

（2）對所有已標記節點K到未標記節點之間的距離進行檢驗，同時設置dj=[dj,dk+Lkj]，Lkj是節點K到節點J之間的距離。

（3）選取下一個節點。在所有除源衛星節點S以外未標記節點選取d值最小的一個節點R作為最短路徑中的節點，并被設置成已標記的節點。

（4）在所有節點中找到R的前一個節點。從已經標記的節點中找到與R相連的節點T作為節點R的前一個節點，記作pr=T；

（5）如果所有節點都已經被標記完成，則算法計算完成。否則令K=R，重復第二步繼續計算。

最短路徑優先算法在終端切換時能始終保持通信傳輸時延最短。較短的通信時延對系統終端的實時性要求非常重要。軍事衛星由于覆蓋區而發生切換，切換率頻繁會降低軍事衛星通信系統性能[4-5]。

1.3 確定切換策略

本文的軍事衛星通信系統快速終端在每個時刻的狀態都可以預先計算出來，即使軍事衛星通信系統快速終端比普通的話音業務的優先級高，但是當沒有足夠的信道時，通信系統就會放棄話音為系統終端服務。為了更準確地計算出最壞情況下系統終端的性能，本文的軍事衛星通信系統快速終端與話音業務在服務上具有相同的優先級。為了達到降低軍事衛星通信系統快速終端負荷的目的，衛星之間的切換采用硬切換，使軍事衛星通信系統快速終端與衛星斷開連接后還可以尋找新的信道，系統終端的每次切換成功都會改變數據傳輸的星間鏈路。因此，減少切換次數與短的時延同樣重要[6-7]。

1.4 實現軍事衛星通信系統終端快速切換

根據切換策略的確定，在軍事衛星通信系統終端進行切換時，可以選擇合適的切換策略。切換模型的確定，減少了切換次數。基于軍事無線通信技術的引入，構建最短路徑優先算法，實現軍事衛星通信系統終端快速切換。

其中，最短路徑優先算法的構建可以實現軍事衛星通信系統終端快速切換，其軍事衛星通信系統終端快速切換流程如圖1所示。

基于軍事無線通信技術的引入，構建最短路徑優先算法；依托切換策略和切換模型的確定，實現軍事衛星通信系統終端快速切換，完成本文設計的軍事衛星通信系統終端快速切換方法。

圖1 軍事衛星通信系統終端快速切換流程

2 仿真分析

為了驗證本文設計的軍事衛星通信系統終端快速切換方法的可靠性，采用傳統切換方法和本文設計的切換方法，制定切換速度仿真實驗。

2.1 實驗設備選擇

由于現場實驗具有一定難度，因此采用仿真分析的方式，對本文設計的切換方法研究進行驗證。仿真實驗需要準備的設備終端包括搭載終端切換仿真軟件的計算機兩臺，將兩種切換方法載入，進行仿真實驗。

2.2 實驗方法及步驟

實驗過程中，采用衛星信道占用時間為自變量，利用兩種切換方法進行對比實驗。衛星信道占用時間模擬系統終端切換的時間，系統終端切換的時間不同，切換的速度也不同。因此，在系統終端穩定的情況下，進行不同切換時間實驗，獲取終端切換速度。實驗具體步驟如下：

（1）準備仿真實驗環境，運行仿真軟件，載入兩種切換方法；

（2）在切換時間為0～20 s范圍進行實驗，每2 s取一點，進行切換速度統計；

（3）在不使用快速切換方法時記錄系統終端切換速度；

（4）分別執行兩種切換方法，記錄系統終端切換速度，繪制實驗結果曲線。

2.3 實驗數據與結論

根據實驗方法及步驟，得出切換速度對比結果曲線，如圖2所示。

根據采用不同切換方法得到的軍事衛星通信系統終端切換速度曲線可知，當切換時間比較短時，兩種切換方法的切換速度都很快，但隨著切換時間的延長，傳統切換方法的切換速度明顯下降，而本文設計的切換方法雖然切換速度也有下降的趨勢，但是下降幅度很小，最慢速度也達到了6次/s。因此，本文設計的切換方法可以提高軍事衛星通信系統終端的切換速度。

圖2 切換速度與切換時間對比曲線

3 結 論

本文提出軍事衛星通信系統終端快速切換方法研究。基于軍事無線通信技術的引入，構建最短路徑優先算法，再結合切換策略和切換模型的確定，實現軍事衛星通信系統終端快速切換，從而實現本文的研究。實驗數據表明，本文設計的切換方法比傳統切換方法對系統終端的切換速度快。