专利名称：一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法
技术领域：
本发明涉及一种终端接入卫星方法，主要用于抵抗星地链路高误码的特点，提高星地链路通信可靠性，属于卫星通信技术领域。
背景技术：
卫星链路分为星际链路和星地链路，星际链路主要以自由空间传播损耗为主，误码服从高斯分布；星地链路的衰落环境较复杂，影响因素包括多径衰落、阴影遮蔽以及Ka波段特有的雨衰影响等。卫星链路的特点包括长时延、高误码率及上下行链路不对称。其中高误码率(BER)影响卫星链路的可靠性。前向纠错(FEC)编码在一定程度上可以补偿信道误码，但是降低了数据传输的有效性。 冗余数据传输是当前保证数据传输可靠性的主要方法，如多路径或重传。其中，多路径方法在源和目的(sink)之间构建多条路径，通过将数据报文同时沿着多条路径传输来增加数据传输的可靠性。重传主要在单条路径上的每跳步传输多份数据备份。它们的主要思想就是将数据传输多次或多份，以抵御数据丢失，保证数据能成功传输到目的地。多路径方法是从端到端保证可靠性，而大部分重传方法是在每跳步间保证可靠性，因此，多路径一般比重传耗能要多。但是，重传方法将所有数据流量都集中在一条路径上，不利于能量均衡；节点失效对单条路径的影响更大，因此，多路径的鲁棒性更强；此外，重传增加了信道竞争，在发生拥塞时，如果调度不当，不但达不到预期的可靠性，还会继续恶化拥塞，导致大量包被丢弃，降低网络吞吐率。另外，每个跳步重传会增加报文的传输延迟，而许多紧急事件都是延迟敏感的。因此，具体使用哪一种方法主要依赖于应用的需求，如果主要关注低能耗并对延时没有要求，可以选择重传方法；如果要求流量均衡或者低延迟，则可以使用多路径方法。无线通信中的一个重要问题就是考虑如何对抗信道衰落，提高传输的可靠性。是否能在保证用户数据传输可靠性的前提下，有效利用无线资源，是设计多接入并行传输机制的关键。本发明提出了一种新的多路接入方案，能够达到吞吐量和可靠度的折衷。
发明内容
技术问题卫星链路的高误码率是卫星链路的固有特性之一，卫星信道的比特差错率(BER)大约为10_6—10_4数量级，这远远高于高速有线媒质。另外空间信道的各种随机因素使得信道易出现突发错误。高误码率(BER)影响卫星链路的可靠性。前向纠错(FEC)编码在一定程度上可以补偿信道误码，但是降低了数据传输的有效性。本发明提供了一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法，用于抵抗卫星信道的高误码率，提高通信可靠性，并且相对于传统多路并行
传输方案，降低了传输的数据量，达到了吞吐量与可靠度的折衷。技术方案卫星通信中通信终端之间可能存在多条链路连接，通常只选择其中一条作为通信链路，可靠性保证的方法主要是前向纠错或自动重传。为解决星地链路高误码率的问题本发明在此基础上提出终端以多路接入的方式接入卫星，但多个接入链路中传输的不是相同的数据，而是分别传输具有一定纠错能力的编码序列以及用于提高纠错能力的冗余数据。这样与传统多路并行传输相比降低了传输数据，提高了吞吐量；与单纯的纠错编码方案相比，由于增加了冗余数据，提高了可靠性。本发明实现了多路传输、纠错编码及自动重传技术的集合，在提高通信可靠性的同时并没有因为过多的传输冗余数据而造成吞吐量的较大降低。实现模型如图I所示。一、体系结构
基于本发明的系统由终端、接入星以及地面站或其他中转设备三部分组成，如图I所示。以下对各部分进行具体说明 (I)终端指各种要求接入卫星网络的设备，如飞机、船舶等。此处假设各终端处在多种异构网络时支持多模通信。(2)卫星系统包括高轨卫星系统和低轨卫星系统。其中高轨卫星主要负责信息包的交换和转发，低轨卫星做接入星，主要负责终端接入。终端根据一定的接入方案所选取的欲接入卫星，终端通过接入星接入卫星网络。(3)地面站或其他中转设备这些设备一方面与卫星直接由链路相连，另一方面又可以与终端具有相连的通信链路，这就为终端与卫星的相连提供了冗余链路。二、方法流程
当一个终端与接入星进行数据通信时，以如下步骤进行
步骤I:终端接入卫星前设置卫星链路可容忍误码率。终端对原始数据进行编码形成卷积码，然后对卷积码中特定位置进行删除形成删除卷积码，选择合适的接入星进行通信。步骤2 :定时根据链路反馈判断链路误码率是否在可容忍误码率内。若在可容忍范围内，则继续按原方式通信，若超出可容忍范围，则转入步骤3。步骤3 :找出终端能接入到当前接入星的其他冗余链路并判断所找到的冗余链路是否有空闲，若有空闲则转入步骤4，否则，等待链路空闲后转入步骤4。步骤4 :原通信链路仍传输删除卷积码，冗余链路传输由卷积码生成删除卷积码时被删除的冗余数据。步骤5 :数据达到接入星时，存入接入星缓冲区，然后对删除卷积码进行单路译码，如果译码无误或误码能够被删除卷积码自身纠正，则接收编码序列并丢弃另一路传输的冗余数据。转入步骤7。步骤6 :单路译码有误并且误码不能由删除卷积码自身纠正则等待冗余数据到达，与冗余数据合并译码，合并译码有误并且错误不能由合并信息序列纠正则通知终端重传；合并译码无误或误码能够由合并信息序列纠正，则转入步骤7。步骤7 :传输成功，向终端返回ACK确认帧。有益效果本发明提出了一种卫星通信中用于提升接入可靠性的多路接入方案。传统多路接入并行传输各路径传输内容相同，资源利用率低，用户获得的有效吞吐量不高，本发明与传统多路传输方案相比，减少了传输数据量，以2路接入为例，一条链路传输编码信息序列，另一路不再传输相同数据而是只传输少量的冗余数据。本发明与传统单路纠错编码传输方式相比，降低了误码率，提高了通信可靠性，分析如下以2路接入，卷积码编码的接入方式为例
假定原始数据位K个比特经过卷积编码，编码后数据为N个比特，并能纠正D个错误，通过对N个比特的卷积码中的特定位进行删除，形成η比特的删除卷积码，可纠正d个错误。选择一条链路发送η个比特的删除卷积码，另一链路发送N-n个比特的冗余信息。
以Ae表示对一条链路单独译码有误，(AB) e表示两条链路数据合并译码仍有误，则在接收端译码发现错误的概率为
权利要求
1.一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法，其特征是终端以多路方式接入卫星，并且其各链路不再传输相同数据，而是选取一条链路传输具有纠错能力的编码序列，其他链路传输用于提高纠错能力的冗余数据；其目的在于抵抗星地链路的高误码率特点，提高通信可靠性，具体方案如下 步骤I:终端接入卫星前设置卫星链路可容忍误码率，终端对原始数据进行编码形成卷积码，然后对卷积码中特定位置进行删除形成删除卷积码，选择合适的接入星进行通 目; 步骤2 :定时根据链路反馈判断链路误码率是否在可容忍误码率内，若在可容忍范围内，则继续按原方式通信，若超出可容忍范围，则转入步骤3 ； 步骤3 :找出终端能接入到当前接入星的其他冗余链路并判断所找到的冗余链路是否有空闲，若有空闲则转入步骤4，否则，等待链路空闲后转入步骤4 ； 步骤4 :原通信链路仍传输删除卷积码，经冗余链路传输由卷积码生成删除卷积码时被删除的冗余数据； 步骤5 :数据达到接入星时，存入接入星缓冲区，然后对删除卷积码进行单路译码，如果译码无误或误码能够被删除卷积码自身纠正，则接收编码序列并丢弃另一路传输的冗余数据，转入步骤7; 步骤6 :单路译码有误并且误码不能由删除卷积码自身纠正则等待冗余数据到达，与冗余数据合并译码，合并译码有误并且错误不能由合并信息序列纠正则通知终端重传；合并译码无误或误码能够由合并信息序列纠正，则转入步骤7 ； 步骤7 :传输成功，向终端返回ACK确认帧。
全文摘要
一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法，采用基于冗余编码的多路接入方式，有效的降低了卫星通信中星地链路的误码率，提高卫星通信的可靠性。系统中终端支持多模通信，可以经由多条异构链路接入卫星，数据在终端编码形成两份数据，一份为具有一定纠错能力的编码序列，另一份为用于提高纠错能力的冗余数据，选择一条链路传输编码序列，其他路径传输冗余数据，与传统多路径并行传输中多条路径传输形同数据相比，有效的降低了传输数据量，提高了用户有效吞吐量。
文档编号H04L1/16GK102970111SQ201210482379
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者叶晓国, 胡涛, 孙力娟, 肖甫, 周剑, 王汝传, 郭剑, 韩崇 申请人:南京邮电大学