[发明专利]一种应用于空天信息网络的异构链路帧长自适应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于空天信息网络的异构链路帧长自适应方法，具体是一种通过分析卫星网络选择重发机制中的正反馈信号与负反馈信号的比率来估计信道误码率情况，从而自适应控制数据链路层数据单元长度的方法，属于卫星通信技术领域。

背景技术

空天信息网络是一个集合空、天、地的三维网络资源大系统，它涵盖了从地球表面到距地面3.6万多公里的高轨卫星所处轨道，环境、平台、业务、异构网络融合、自组织组网、高速数据传输等构成了空天信息网络的基本要素。

空天信息网络所处的环境包括从地面到3.6万公里的大气外层空间，其通信组网范围横跨平流层、中间层、电离层和逃逸层.由于空天信息网络涵盖范围大，通信距离远，相应的通信时延较地面网络明显高出很多，如同步卫星(GEO)与地面的传输时延约为25Oms，如此大的传输时延对网络控制和网络传输效率带来极大的挑战。另一方面，由于无线信号在长距离传播中往往需要穿过多个不同的区域，各种气象条件和电离层会对微波、激光信号带来较大的干扰，导致空天信息网络中信息传输的误码率较高，这会进一步影响网络传输效率。

空天信息网络信道是一个开放的信道，宇宙射线和各种人类制造的电磁波都可能对信道内传输的无线电信号造成干扰。另外卫星信号经过长距离在地面站与卫星之间传播，会受到多种因素的影响。例如自由空间传播损耗、对流层对电波传播的影响、电离层对电波传播的影响、多径衰落和阴影遮蔽效应、多普勒频移等。干扰的结果是信道内传输的信号发生畸变。若干扰的强度很大且持续时间比较长时，接收方无法正确解调出信号，则通信有可能失败。

有线通信网络中的帧长协商机制是比较有代表性的有线网络帧长解决办法。这种通信网络的通信链路是通信双方独占的，不存在竞争信道的问题。帧长的选择主要取决于噪声干扰的强度。通信双方在建立连接时，先通过对链路质量的评估，再协商使用不同的压缩比例进行编码，最后确定帧的长度，在当前链接有效时会一直采用该帧长进行通信。这种帧长协商机制只适用于较稳定的链路干扰且通信链路的状态不会发生太大变化的情况下，其干扰所产生的误码都能被纠正。然而，当通信链路的状态发生较大变化时，接收方接收的帧出现大量的错误，无法继续维持正常的通信，链接宣告失败，需要重新协商建立连接。对于质量较好的链路，通信双方采用高压缩比编码，加入较少的冗余信息，充分使用链路的通信能力。对于质量较差的链路，通信双方采用低压缩编码，在每帧中间加入较多的冗余信息，提高接收方的纠错能力，减少出现无法纠错的帧的情况。

卫星通信网络的通信链路质量比较差，环境较恶劣。由于高动态飞行器、临近空间平台都是在高速地移动，通信链路的环境可能会不断地变化，周围的噪声干扰无论是频率还是强度变化的起伏可能相当剧烈，此时噪声对通信的干扰就会十分严重。这种情况下，采用固定帧长进行传输会带来通信链路使用效率的低下。在恶劣的通信链路条件下，采用较短的帧就很容易避开干扰，可以很好地降低冲突的概率，充分利用信道的通信能力。在较好的通信链路条件下，采用较长的帧，每成功发送一次就可以传送更多的信息，实现信道的充分利用。在恶劣条件下使用长帧，发送失败的概率很大，因此使用长帧的效率就远不如使用短帧，所以空天信息网络更适合使用变长帧策略，以便最大限度地提高链路的利用率。另外，卫星通信信道属于点对多点通信信道，在向上层提供面向连接的可靠链路传输服务时，一般采用自动重传（Automatic Repeat Request，ARQ）协议，对于长时延卫星链路，停止等待ARQ（Stop and Wait ARQ）协议效率较低，较少采用。回退N帧ARQ（Go-Back-N Automatic Repeat Request，GBNARQ），与选择重传ARQ（Selective Repeat ARQ, SRARQ）协议，都采用了滑动窗口机制，可连续发送所有位于当前发送窗口内的数据帧，提高了长时延链路环境下链路的带宽利用率。

发明内容

技术问题：依据上述所述，由于自然环境的多种因素会对卫星网络链路产生干扰，本发明提供了一种应用于空天信息网络的异构链路帧长自适应方法，它采用一种计算选择重发机制中的负反馈信号与正反馈信号的比率值来估计信道误码率情况从而自适应地调整链路帧长的策略，解决了由于环境等因素对卫星链路产生的干扰而导致的信道利用率低下的问题。 

技术方案： 本发明是一种应用于空天信息网络的异构链路帧长自适应方法，所述空天信息网络系统至少包括一颗对地静止卫星、低轨卫星星座和一个地面控制中心；地球站和卫星之间传送信号载波，一个地面控制中心管理若干邻近的地球站，