军事卫星通信系统终端快速切换方法研究

2019-09-13王艳花

通信电源技术 2019年8期

关键词：卫星通信军事终端

王艳花

（91497部队，浙江宁波 315000）

1 军事卫星通信系统终端快速切换方法设计

1.1 引入军事无线通信技术

军事卫星通信系统是用于军事的一种通信系统。同时，作为军事战略和国家防御的重要组成部分，在军事方面采用卫星通信的原因主要是覆盖区域广，可以让所有用户快速有效地进行信息交换[1]。

军事无线通信技术利用卫星进行军事通信的过程具有通信传播距离远、传输数据容量大、可靠性高、灵活性强及造价成本低等优点，是当代军事通信的理想形式，同时也取得了非常大的成果[2]。

1.2 构建最短路径优先算法

本文采用最短路径优先算法来实现军事卫星通信系统终端的快速切换。最短路径优先算法按照终端和地面之间的星间链路路径最短的原则来对终端进行快速切换[3]。由于军事卫星通信系统的多星覆盖会造成星间链路具有选择多样性的特点，当终端要进行切换时，会提前计算出地面-卫星-终端之间总链路长度的所有可能值，然后选择能使总链路长度达到最小的卫星作为切换星。

计算从源卫星节点S到目的卫星D的最短路径的方法具体如下。

（1）初始化。源卫星节点S被设置为ds=0，ps为空；除源卫星节点S以外的节点设置成di=∞，pi为空；同时设置源节点S为已标记节点，记作K=S，而除源卫星节点S以外的节点作为未标记节点。

（2）对所有已标记节点K到未标记节点之间的距离进行检验，同时设置dj=[dj,dk+Lkj]，Lkj是节点K到节点J之间的距离。

（3）选取下一个节点。在所有除源卫星节点S以外未标记节点选取d值最小的一个节点R作为最短路径中的节点，并被设置成已标记的节点。

（4）在所有节点中找到R的前一个节点。从已经标记的节点中找到与R相连的节点T作为节点R的前一个节点，记作pr=T；

（5）如果所有节点都已经被标记完成，则算法计算完成。否则令K=R，重复第二步继续计算。

最短路径优先算法在终端切换时能始终保持通信传输时延最短。较短的通信时延对系统终端的实时性要求非常重要。军事卫星由于覆盖区而发生切换，切换率频繁会降低军事卫星通信系统性能[4-5]。

1.3 确定切换策略

本文的军事卫星通信系统快速终端在每个时刻的状态都可以预先计算出来，即使军事卫星通信系统快速终端比普通的话音业务的优先级高，但是当没有足够的信道时，通信系统就会放弃话音为系统终端服务。为了更准确地计算出最坏情况下系统终端的性能，本文的军事卫星通信系统快速终端与话音业务在服务上具有相同的优先级。为了达到降低军事卫星通信系统快速终端负荷的目的，卫星之间的切换采用硬切换，使军事卫星通信系统快速终端与卫星断开连接后还可以寻找新的信道，系统终端的每次切换成功都会改变数据传输的星间链路。因此，减少切换次数与短的时延同样重要[6-7]。

1.4 实现军事卫星通信系统终端快速切换

根据切换策略的确定，在军事卫星通信系统终端进行切换时，可以选择合适的切换策略。切换模型的确定，减少了切换次数。基于军事无线通信技术的引入，构建最短路径优先算法，实现军事卫星通信系统终端快速切换。

其中，最短路径优先算法的构建可以实现军事卫星通信系统终端快速切换，其军事卫星通信系统终端快速切换流程如图1所示。

基于军事无线通信技术的引入，构建最短路径优先算法；依托切换策略和切换模型的确定，实现军事卫星通信系统终端快速切换，完成本文设计的军事卫星通信系统终端快速切换方法。

图1 军事卫星通信系统终端快速切换流程

2 仿真分析

为了验证本文设计的军事卫星通信系统终端快速切换方法的可靠性，采用传统切换方法和本文设计的切换方法，制定切换速度仿真实验。

2.1 实验设备选择

由于现场实验具有一定难度，因此采用仿真分析的方式，对本文设计的切换方法研究进行验证。仿真实验需要准备的设备终端包括搭载终端切换仿真软件的计算机两台，将两种切换方法载入，进行仿真实验。

2.2 实验方法及步骤

实验过程中，采用卫星信道占用时间为自变量，利用两种切换方法进行对比实验。卫星信道占用时间模拟系统终端切换的时间，系统终端切换的时间不同，切换的速度也不同。因此，在系统终端稳定的情况下，进行不同切换时间实验，获取终端切换速度。实验具体步骤如下：

（1）准备仿真实验环境，运行仿真软件，载入两种切换方法；

（2）在切换时间为0～20 s范围进行实验，每2 s取一点，进行切换速度统计；

（3）在不使用快速切换方法时记录系统终端切换速度；

（4）分别执行两种切换方法，记录系统终端切换速度，绘制实验结果曲线。

2.3 实验数据与结论

根据实验方法及步骤，得出切换速度对比结果曲线，如图2所示。

根据采用不同切换方法得到的军事卫星通信系统终端切换速度曲线可知，当切换时间比较短时，两种切换方法的切换速度都很快，但随着切换时间的延长，传统切换方法的切换速度明显下降，而本文设计的切换方法虽然切换速度也有下降的趋势，但是下降幅度很小，最慢速度也达到了6次/s。因此，本文设计的切换方法可以提高军事卫星通信系统终端的切换速度。