基于北斗短消息信道的云通信技术研究

文｜莫皓颖，户江民，罗文，何维武

基于北斗短消息信道的云通信技术研究

文｜莫皓颖，户江民，罗文，何维武

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统，广泛应用于交通、海洋、气象、水利、军事和测绘等领域。

北斗数据通信是一个极为窄的短消息信道，该信道往往传送单包的数据大小在从数个到数百个字节之间。北斗通信终端根据北斗用户身份卡的等级高低来确定用户发送一次短消息数据的长度值，并且该身份卡的等级也决定了北斗通信终端在发送数据时有入站频度的限制，导致每台北斗通信终端发送短消息需要数十秒到数分钟的时间间隔。因此通过单通信节点北斗短消息信道进行大量数据的传输时，基本无法保证传输的准确性和时效性。

采用北斗短消息进行通信时，北斗通信终端收发信号对外界环境条件要求较高，当有高层建筑和地貌的等外界环境的影响时都会导致短消息发送失败而无法通信。

一、北斗云通信系统设计

本文构建了一套云通信系统，其主要由已接入北斗终端的计算机软件系统构成，该计算机软件系统在文中简称为云通信数据终端。北斗云通信数据终端主要具备终端发现、信道规划、动态数据发送计划制定及分发、状态汇总显示、运信道模式等功能，默认云通信终端通信模式为值守模式，当需要进行大量数据发送时，用户将通信模式设置为群首模式便可以管辖所在网内的云通信终端。北斗云通信设计核心思想主要围绕集中管控、任务协同方向进行设计。云通信数据终端主要功能模块描述如下：

（一）云通信数据终端节点发现功能

终端发现依靠IP网络实现，用户选择其中一个终端设置模式为群首，然后在该终端软件中录入全系统地址表，软件对地址表进行轮训发送数据报文。各个通信节点上的运行云通信软件收到包后将对该报文按指令类型进行回应，并根据携带的对方下达的指令，进行接管模式、状态上报模式等。

（二）云通信数据终端收发北斗短消息功能

云通信数据终端需要将自身的计算机平台与北斗通信终端的串口进行连接，并按照通用北斗管理协议对北斗进行管理，其中主要包括对北斗短消息数据进行接收、发送短消息数据，以及将北斗通信终端的报文发送频率，最大短消息长度进行读取保存。

（三）状态统计和动态规划分发功能

云通信数据群首终端与交换网络中各个数据终端之间建立通信后，便在群首终端中维护有当前群内各个终端的状态信息。其中主要包含北斗终端发送短消息频率表、北斗终端最大发送短消息报文长度、北斗终端信号强度等信息，群首终端对该信息进行统计并显示到软件界面中。

当任务数据需要通过群首终端进行发送时，群首终端需进入任务规划分发流程，首先按照数据大小进行分片，其中主要参考各个云通信数据终端的最大短消息报文长度、发送短消息的频度信息，允许发送最大报文长度越长，那么对应终端分得的单个数据包的数据长度越长；发送短消息的频度越小，那么对应终端分得的数据包数量就越多。然后将对应终端所分配的任务通过交换网络发送至各个云通信数据终端，云通信数据终端收到任务后向对应任务对象发送任务中包含的业务数据。

在任务执行过程中，群首终端需要对所在交换网络中所管辖的北斗云通信数据终端进行状态实时采集，并根据各个终端的任务下发状况，实时感知信号不稳定或者出现故障的节点，并实时的终止异常数据终端的任务，将终断的任务进行回收，并重新规划下发至其他可用终端，实现云通信任务的动态规划下发功能。

二、北斗短消息通信

（一）简单北斗短消息通信

北斗终端发送短消息，是通过北斗终端自身的信号收发机与北斗卫星进行通信的，本文介绍的简单北斗短消息通信，是指用户采用单个北斗终端进行短消息通信，该种通信模式北斗短消息发送端只会存在一条对外链路。由图1所示，假设从数据中心A向网络云C中的N台数据终端每个发送10个短报文，那么需要的时间T=N*10*报文收发频度。

图1 简单北斗短消息通信

（二）北斗云信道通信

北斗云信道通信的建立，同样采用北斗通信终端进行北斗短消息的收发，但其与现有技术及应用的不同在于，在利用某个通信节点北斗短消息进行通信之前，先将云通信数据终端设置为北斗云通信群首模式，并同时接入由具备北斗通信终端通信节点组成的IP交换网络中，从而利用IP网络调度所在交换网络中的通信节点的北斗通信终端，使所管辖区域的北斗通信终端的北斗短消息信道能广义上的联合起来形成了一条虚拟的北斗短消息云信道。如图2所示，其中网络云C及网络云B的所有数据终端均部署了云通信数据软件，数据中心A需要将大量数据发送给网络云C中的所有数据终端时，先将数据中心A设置为云通信模式设置为群首模式和将网络云B的数据终端中的云通信数据终端模式设置为值守模式，然后将数据中心A通过IP网络接入了网络云B，同时数据中心A将网络云B的所有数据终端统一调度管理起来。然后，数据中心A将需要发送的数据进行分包，并通过IP网络将数据按照计划分发给所控的数据终端，数据终端调用自己的北斗通信终端进行数据的收发，并将收发状态进度及结果通过IP网络统一上报给数据分发中心。按照此种方式，假设从数据中心A向网络云C中的N台数据终端每个发送10个短报文，而网络云B中有M台数据终端，那么需要的时间T=N*10*报文收发频度/M。

图2 云信道通信模型

三、结语

通过文中简单北斗短消息通信和北斗云信道通信的对比，可以得出北斗云信道通信的效率与所接入交换网络中可管可控的通信节点数量成正比的高于简单北斗短消息通信的效率。

本文基于北斗短消息的云通信技术研究，使利用北斗短消息进行数据通信的通信节点通过北斗短消息信道发送数据产生排队情况时，采用云通信技术利用IP网络将数据传输到其他通信节点，使多个北斗通信终端信道共同产生作用，实现负载均衡，完成高效快速的数据传送。通过对北斗短消息信道的统一调度、资源共享，解决了数据大时北斗发送数据不可靠、时间慢、通信节点受遮挡等问题，提高了依靠北斗短消息信道进行数据分发的准确性和时效性。

作者单位：重庆金美通信有限责任公司