2024年4月28日发(作者：佟佳文茵)
2021年第10期
基于卫星链路的空海跨域通信系统设计
*
商志刚
1
摇徐晓帆
2
摇梁萱卓
1
摇张博
1
摇王永皎
1
2郾中国星网网络创新研究院有限公司
(1郾中国电子科学研究院,北京
,
100041;
北京100029)
摘要:随着信息与网络技术的发展,随时随域接入的网络服务已成为人们需求的重点。基于空海跨域通
信技术所作研究,结合卫星网络的概念、应用场景,介绍了基于卫星链路的空海跨域通信网络浮标系统
的工作原理及系统组成等。
关键词:卫星通信;卫星网络;空海跨域通信
中图分类号:TN927郾2;TN918摇摇摇摇文献标识码:A
引用格式:商志刚,徐晓帆,梁萱卓,等郾基于卫星链路的空海跨域通信系统设计[J].信息通信技术与
政策,2021,47(10):63鄄67郾
doi:10郾12267/j郾issn郾2096鄄5931郾2021郾10郾13
0摇引言
铱星(Iridium)系统是一个低轨全球个人卫星移
动通信系统,其生产商是美国摩托罗拉公司。目前,铱
当前,卫星技术和通信技术不断发展,能够满足各
星系统有66颗卫星在轨,除了提供话音业务外,还提
类应用的网络平台逐渐成为了人们研究的重点。为了
供传真、数据、寻呼等业务。铱星卫星通信系统的优势
有效保障社会发展和人民生活,卫星通信网络应运而
在于传输速度较快,信息质量高,而且无需专门的地面
生。在卫星通信网络构建过程中,海上应用是典型方
接收站,在偏远地区使用移动卫星手提电话进行通信
向,空海跨域通信系统是天基信息系统向海洋延伸的
十分方便
[4鄄6]
重要手段,受到了越来越多的关注。
1郾2摇国内研究进展
。
1摇卫星通信网络国内外研究现状
国内卫星的发展历史已有30余年,其中最主要的
空间网络系统是通信卫星和中继卫星两大系列
[7]
1郾1摇国外研究进展
。
国外主流的卫星通信系统包括Inmarsat、Iridium
“
鄄3]
范围包括中国及周边
天通一号冶卫星通信系统由中国自主研发
[8鄄10]
、中东、非洲等相关地区,最主要
,覆盖
等典型系统
[1
Inmarsat海事卫星系统是由通信卫星
。
、岸站和船
的优势体现在终端的小型化、便携化上。
站三大部分组成,布放于太平洋、大西洋和印度洋三个
2摇卫星通信网络与空海跨域通信
洋区。Inmarsat鄄A是1976年启用的第一个系统,
Inmarsat鄄M是1993年开发的系统,这两个系统可以提
卫星通信网络系统是一个以通信为主的异构网络
系统,包括天基、地基等网络,其中天基网络由高轨和
供电话、数据、电传等业务;Inmarsat鄄C主要用于数据
中低轨卫星组成,其作用是天基用户通过天基网络与
通信,体型小巧,可以手提。
地面互联,再通过星间链路实现覆盖全球的卫星通信
*基金项目:军事科技领域青年人才托举工程项目(No郾18鄄JCJQ鄄QT鄄048)资助
·63·
.. All Rights Reserved.
技术与标准
摇
网络
摇
。卫星通信网络系统架构如图1所示。
跨域通信网络实质是由海上分布式节点组成的水
3摇基于卫星链路的空海跨域通信网络浮标
声鄄无线异构广域通信网络,主要由布放在海底、海水
系统
中、海面的固定传感器节点/移动节点(潜艇、AUV
3郾1摇系统组成
等)、网关节点(固定浮标网关节点)等组成,其连接关
基于卫星链路的空海跨域通信网络系统包括跨域
系参见图2。
通信组网、跨域通信网关、显示终端系统等部分。跨域
基于跨域通信网络体系架构,可制定跨域通信网
通信组网设计包括网络架构设计、网络协议栈设计、多
路径传输协议设计和嵌入式控制协议设计等;跨域通信
络协议,研制异构协议融合单元等关键器件,搭建由基
网关由跨域通信浮标结构子系统和跨域通信单元子系
于浮标的异构信息处理平台、水下潜标固定传感器节
统组成;显控终端系统设计主要由通信与数据处理单元
点、移动节点(AUV等)组成的水下探测、监听、通信、
设计、显示控制单元设计和跨域网络协议仿真等组成。
导航一体化综合信息网络。基于卫星链路的空海跨域组网示意图如图3所示。
图1摇卫星通信网络体系架构
·64·
.. All Rights Reserved.
2021年第10期
图2摇跨域通信网络连接关系图
图3摇基于卫星链路的空海跨域组网示意图
·65·
.. All Rights Reserved.
技术与标准
3郾2摇工作原理
尚不能一体化组网,严重制约了海军基于网络信息体
跨域通信网关是基于卫星链路的空海跨域通信系系的一体化联合作战;在民事上,面向海洋的观测呈现
统的核心装备,搭载多源通信设备,可实现不同物理域
网络化发展的趋势,基于卫星链路的空海跨域通信系
异构数据的跨域传输和处理,使信息在本地完成融合、
统对于开展区域内观测设备的联合作业,实现多参数、
处理。在跨域通信网关浮标中添加自主转接单元,接
多站位同步联合观测意义重大。
入多制式通信协议自适应组网。水面无线通信多频段
接入多制式通信链路,结合通信协议及通信频段,网关
参考文献
核心协议融合单元通过自主转接单元,将协议融合到
跨域通信网络协议中,通过通信链路转发达到与其他
[1]温小东
科技大学
郾VSAT
,2011郾
卫星通信监测技术研究[D].西安电子
设备融合的目的。
[2]甘志强
3郾3摇系统设计
洋气象观中的应用
,陆土金,李大君
[J].
,
气象水文海洋仪器
等郾北斗卫星通信在南海海
,2015,32
3郾3郾1摇
[3]
(1):70
跨域通信网关舱体通信系统搭载天通卫星
跨域通信网关系统设计
、数传
唐超
电台、4G设备、水声通信机等水上和水下设备,天线包
防科学技术大学
郾浮标卫星通信系统关键技术研究与实现
鄄74郾
,2016郾
[D].国
括天通卫星天线、4G设备天线、数传电台天线3根,定
[4]周智海
位天线为北斗天线(见图4)。
术研究与设计
,刘志勇
[J]
郾
.
海洋环境监测数据卫星通信系统技
海洋技术学报,2003,22(1):58鄄62郾
3郾3郾2摇
[5]
空海跨域通信网络协议是实现跨域通信组网的
跨域协议设计
制研究
黎明,时海勇
[J].海洋技术学报
郾基于北斗卫星的大型海洋浮标通信机
,2012(1):1鄄5郾
核心,自下而上分别是物理层(外设部分/运算、存储
[6]赵荣阳
部分)、数据链路层、网络层、应用层,配置路由表、基
监测系统研究
,刘志先
[J
,
].
姜愉
电脑与电信
,等郾基于北斗卫星通信的海洋
,2017(5):43鄄46郾
础参数等网络参数,可进行系统管理、网络安全管
[7]Zhao
理等。
andperformance
B,KongHC,
analysis
LiuXY
for
,et
aeronautical
al郾Transmit
broadband
diversity
3郾3郾3摇
satellitecommunicationsystems[J].Physical
显控系统主要用于监测管理处于任务状态的浮标
显控系统设计
Communication,2021,48(prepublish)郾
系统,并可操控实施部分任务。显控子系统主要由通
[8]Zhang
andcommunication
SH,CuiGF,
resource
LongYT,
allocation
etal郾Joint
for
computing
satellite
信单元、主机、显控单元构成,可实现系统任务规划管
communicationnetworkswithedgecomputing[J].中国
理、控制指令下发、浮标状态信息监测及数据采集显示
通信,2021,18(7):236鄄252郾
等功能。
[9]Alam
4摇结束语
al郾Metamaterial
Touhidul,
array
Almutairi
based
Ali
meander
F,Samsuzzaman
lineplanar
Md
antenna
,et
forcubesatellitecommunication[J].ScientificReports,
卫星通信网络军民需求迫切。在军事上,海战场
中通信保障仍是短板弱项,海上岸海空天潜等各部分
[10]
2021,11(1):14087郾
BrucePrior郾GarmininReachminisatellitecommunica
图4摇跨域通信网关舱体结构图
·66·
.. All Rights Reserved.
2021年第10期
tionsdevice[J].QST,2021,105(7)郾
工作
梁萱卓摇中国电子科学研究院助理工程师,主要从事
作者简介:
空海跨域通信等方面的研究工作
张博摇摇中国电子科学研究院工程师,主要从事水下
商志刚摇中国电子科学研究院高级工程师,主要从事
信息网络等方面的研究工作
空海跨域通信等方面的研究工作
王永皎摇中国电子科学研究院工程师,主要从事水下
徐晓帆摇中国星网网络创新研究院有限公司高级工程
通信网络系统设计等方面的研究工作
师,主要从事卫星通信网络等方面的研究
Designofair鄄seacross鄄domaincommunicationsystembasedonsatellitelinks
SHANGZhigang
1
,XUXiaofan
2
,LIANGXuanzhuo
1
,ZHANGBo
1
,WANGYongjiao
1
(1郾China
2郾China
Academic
Satellite
ofElectronics
NetworkInnovation
andInformation
Co郾,Ltd
Technology
郾,Beijing
,Beijing
100029,
100041,
China)
China;
Abstract:Withthedevelopmentofinformationandnetworktechnology,theabilitytoprovidenetworkserviceswhich
canbeaccessedanytimeandanywherehasbecomethefocusofpeople蒺sneeds郾Basedontheresearchofair鄄seacross鄄
domaincommunicationtechnology,combinedwiththeconceptandapplicationscenariosofsatellitenetworks,this
paperintroducestheworkingprincipleandsystemcompositionoftheair鄄seacross鄄domaincommunicationnetworkbuoy
systembasedonsatellitelinks郾
Keywords:satellitecommunications;satellitenetwork;air鄄seacross鄄domaincommunication
(收稿日期:2021-08-10)
·67·
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2024年4月28日发(作者：佟佳文茵)
2021年第10期
基于卫星链路的空海跨域通信系统设计
*
商志刚
1
摇徐晓帆
2
摇梁萱卓
1
摇张博
1
摇王永皎
1
2郾中国星网网络创新研究院有限公司
(1郾中国电子科学研究院,北京
,
100041;
北京100029)
摘要:随着信息与网络技术的发展,随时随域接入的网络服务已成为人们需求的重点。基于空海跨域通
信技术所作研究,结合卫星网络的概念、应用场景,介绍了基于卫星链路的空海跨域通信网络浮标系统
的工作原理及系统组成等。
关键词:卫星通信;卫星网络;空海跨域通信
中图分类号:TN927郾2;TN918摇摇摇摇文献标识码:A
引用格式:商志刚,徐晓帆,梁萱卓,等郾基于卫星链路的空海跨域通信系统设计[J].信息通信技术与
政策,2021,47(10):63鄄67郾
doi:10郾12267/j郾issn郾2096鄄5931郾2021郾10郾13
0摇引言
铱星(Iridium)系统是一个低轨全球个人卫星移
动通信系统,其生产商是美国摩托罗拉公司。目前,铱
当前,卫星技术和通信技术不断发展,能够满足各
星系统有66颗卫星在轨,除了提供话音业务外,还提
类应用的网络平台逐渐成为了人们研究的重点。为了
供传真、数据、寻呼等业务。铱星卫星通信系统的优势
有效保障社会发展和人民生活,卫星通信网络应运而
在于传输速度较快,信息质量高,而且无需专门的地面
生。在卫星通信网络构建过程中,海上应用是典型方
接收站,在偏远地区使用移动卫星手提电话进行通信
向,空海跨域通信系统是天基信息系统向海洋延伸的
十分方便
[4鄄6]
重要手段,受到了越来越多的关注。
1郾2摇国内研究进展
。
1摇卫星通信网络国内外研究现状
国内卫星的发展历史已有30余年,其中最主要的
空间网络系统是通信卫星和中继卫星两大系列
[7]
1郾1摇国外研究进展
。
国外主流的卫星通信系统包括Inmarsat、Iridium
“
鄄3]
范围包括中国及周边
天通一号冶卫星通信系统由中国自主研发
[8鄄10]
、中东、非洲等相关地区,最主要
,覆盖
等典型系统
[1
Inmarsat海事卫星系统是由通信卫星
。
、岸站和船
的优势体现在终端的小型化、便携化上。
站三大部分组成,布放于太平洋、大西洋和印度洋三个
2摇卫星通信网络与空海跨域通信
洋区。Inmarsat鄄A是1976年启用的第一个系统,
Inmarsat鄄M是1993年开发的系统,这两个系统可以提
卫星通信网络系统是一个以通信为主的异构网络
系统,包括天基、地基等网络,其中天基网络由高轨和
供电话、数据、电传等业务;Inmarsat鄄C主要用于数据
中低轨卫星组成,其作用是天基用户通过天基网络与
通信,体型小巧,可以手提。
地面互联,再通过星间链路实现覆盖全球的卫星通信
*基金项目:军事科技领域青年人才托举工程项目(No郾18鄄JCJQ鄄QT鄄048)资助
·63·
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技术与标准
摇
网络
摇
。卫星通信网络系统架构如图1所示。
跨域通信网络实质是由海上分布式节点组成的水
3摇基于卫星链路的空海跨域通信网络浮标
声鄄无线异构广域通信网络,主要由布放在海底、海水
系统
中、海面的固定传感器节点/移动节点(潜艇、AUV
3郾1摇系统组成
等)、网关节点(固定浮标网关节点)等组成,其连接关
基于卫星链路的空海跨域通信网络系统包括跨域
系参见图2。
通信组网、跨域通信网关、显示终端系统等部分。跨域
基于跨域通信网络体系架构,可制定跨域通信网
通信组网设计包括网络架构设计、网络协议栈设计、多
路径传输协议设计和嵌入式控制协议设计等;跨域通信
络协议,研制异构协议融合单元等关键器件,搭建由基
网关由跨域通信浮标结构子系统和跨域通信单元子系
于浮标的异构信息处理平台、水下潜标固定传感器节
统组成;显控终端系统设计主要由通信与数据处理单元
点、移动节点(AUV等)组成的水下探测、监听、通信、
设计、显示控制单元设计和跨域网络协议仿真等组成。
导航一体化综合信息网络。基于卫星链路的空海跨域组网示意图如图3所示。
图1摇卫星通信网络体系架构
·64·
.. All Rights Reserved.
2021年第10期
图2摇跨域通信网络连接关系图
图3摇基于卫星链路的空海跨域组网示意图
·65·
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技术与标准
3郾2摇工作原理
尚不能一体化组网,严重制约了海军基于网络信息体
跨域通信网关是基于卫星链路的空海跨域通信系系的一体化联合作战;在民事上,面向海洋的观测呈现
统的核心装备,搭载多源通信设备,可实现不同物理域
网络化发展的趋势,基于卫星链路的空海跨域通信系
异构数据的跨域传输和处理,使信息在本地完成融合、
统对于开展区域内观测设备的联合作业,实现多参数、
处理。在跨域通信网关浮标中添加自主转接单元,接
多站位同步联合观测意义重大。
入多制式通信协议自适应组网。水面无线通信多频段
接入多制式通信链路,结合通信协议及通信频段,网关
参考文献
核心协议融合单元通过自主转接单元,将协议融合到
跨域通信网络协议中,通过通信链路转发达到与其他
[1]温小东
科技大学
郾VSAT
,2011郾
卫星通信监测技术研究[D].西安电子
设备融合的目的。
[2]甘志强
3郾3摇系统设计
洋气象观中的应用
,陆土金,李大君
[J].
,
气象水文海洋仪器
等郾北斗卫星通信在南海海
,2015,32
3郾3郾1摇
[3]
(1):70
跨域通信网关舱体通信系统搭载天通卫星
跨域通信网关系统设计
、数传
唐超
电台、4G设备、水声通信机等水上和水下设备,天线包
防科学技术大学
郾浮标卫星通信系统关键技术研究与实现
鄄74郾
,2016郾
[D].国
括天通卫星天线、4G设备天线、数传电台天线3根,定
[4]周智海
位天线为北斗天线(见图4)。
术研究与设计
,刘志勇
[J]
郾
.
海洋环境监测数据卫星通信系统技
海洋技术学报,2003,22(1):58鄄62郾
3郾3郾2摇
[5]
空海跨域通信网络协议是实现跨域通信组网的
跨域协议设计
制研究
黎明,时海勇
[J].海洋技术学报
郾基于北斗卫星的大型海洋浮标通信机
,2012(1):1鄄5郾
核心,自下而上分别是物理层(外设部分/运算、存储
[6]赵荣阳
部分)、数据链路层、网络层、应用层,配置路由表、基
监测系统研究
,刘志先
[J
,
].
姜愉
电脑与电信
,等郾基于北斗卫星通信的海洋
,2017(5):43鄄46郾
础参数等网络参数,可进行系统管理、网络安全管
[7]Zhao
理等。
andperformance
B,KongHC,
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LiuXY
for
,et
aeronautical
al郾Transmit
broadband
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3郾3郾3摇
satellitecommunicationsystems[J].Physical
显控系统主要用于监测管理处于任务状态的浮标
显控系统设计
Communication,2021,48(prepublish)郾
系统,并可操控实施部分任务。显控子系统主要由通
[8]Zhang
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SH,CuiGF,
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LongYT,
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etal郾Joint
for
computing
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信单元、主机、显控单元构成,可实现系统任务规划管
communicationnetworkswithedgecomputing[J].中国
理、控制指令下发、浮标状态信息监测及数据采集显示
通信,2021,18(7):236鄄252郾
等功能。
[9]Alam
4摇结束语
al郾Metamaterial
Touhidul,
array
Almutairi
based
Ali
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F,Samsuzzaman
lineplanar
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,et
forcubesatellitecommunication[J].ScientificReports,
卫星通信网络军民需求迫切。在军事上,海战场
中通信保障仍是短板弱项,海上岸海空天潜等各部分
[10]
2021,11(1):14087郾
BrucePrior郾GarmininReachminisatellitecommunica
图4摇跨域通信网关舱体结构图
·66·
.. All Rights Reserved.
2021年第10期
tionsdevice[J].QST,2021,105(7)郾
工作
梁萱卓摇中国电子科学研究院助理工程师,主要从事
作者简介:
空海跨域通信等方面的研究工作
张博摇摇中国电子科学研究院工程师,主要从事水下
商志刚摇中国电子科学研究院高级工程师,主要从事
信息网络等方面的研究工作
空海跨域通信等方面的研究工作
王永皎摇中国电子科学研究院工程师,主要从事水下
徐晓帆摇中国星网网络创新研究院有限公司高级工程
通信网络系统设计等方面的研究工作
师,主要从事卫星通信网络等方面的研究
Designofair鄄seacross鄄domaincommunicationsystembasedonsatellitelinks
SHANGZhigang
1
,XUXiaofan
2
,LIANGXuanzhuo
1
,ZHANGBo
1
,WANGYongjiao
1
(1郾China
2郾China
Academic
Satellite
ofElectronics
NetworkInnovation
andInformation
Co郾,Ltd
Technology
郾,Beijing
,Beijing
100029,
100041,
China)
China;
Abstract:Withthedevelopmentofinformationandnetworktechnology,theabilitytoprovidenetworkserviceswhich
canbeaccessedanytimeandanywherehasbecomethefocusofpeople蒺sneeds郾Basedontheresearchofair鄄seacross鄄
domaincommunicationtechnology,combinedwiththeconceptandapplicationscenariosofsatellitenetworks,this
paperintroducestheworkingprincipleandsystemcompositionoftheair鄄seacross鄄domaincommunicationnetworkbuoy
systembasedonsatellitelinks郾
Keywords:satellitecommunications;satellitenetwork;air鄄seacross鄄domaincommunication
(收稿日期:2021-08-10)
·67·
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