RU2823151C1 - Device for adaptive routing of ip-packets on board of spacecraft in satellite communication networks - Google Patents
Device for adaptive routing of ip-packets on board of spacecraft in satellite communication networks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2823151C1 RU2823151C1 RU2023121310A RU2023121310A RU2823151C1 RU 2823151 C1 RU2823151 C1 RU 2823151C1 RU 2023121310 A RU2023121310 A RU 2023121310A RU 2023121310 A RU2023121310 A RU 2023121310A RU 2823151 C1 RU2823151 C1 RU 2823151C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mls
- output
- input
- digital
- modem
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 101000962156 Homo sapiens N-acetylglucosamine-1-phosphodiester alpha-N-acetylglucosaminidase Proteins 0.000 description 9
- LZCXCXDOGAEFQX-UHFFFAOYSA-N N-Acryloylglycine Chemical compound OC(=O)CNC(=O)C=C LZCXCXDOGAEFQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 102100039267 N-acetylglucosamine-1-phosphodiester alpha-N-acetylglucosaminidase Human genes 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 101100451301 Caenorhabditis elegans mls-2 gene Proteins 0.000 description 1
- CVRALZAYCYJELZ-UHFFFAOYSA-N O-(4-bromo-2,5-dichlorophenyl) O-methyl phenylphosphonothioate Chemical compound C=1C=CC=CC=1P(=S)(OC)OC1=CC(Cl)=C(Br)C=C1Cl CVRALZAYCYJELZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области беспроводной связи и может быть использовано для обеспечения функционирования спутниковых сетей связи построенных на основе группировок космических аппаратов, развертываемых на геостационарных и высокоэллиптических орбитах.The invention relates to the field of wireless communications and can be used to ensure the functioning of satellite communication networks built on the basis of constellations of spacecraft deployed in geostationary and highly elliptical orbits.
В настоящее время в мировой практике создания спутниковых систем связи наметилась тенденция построения ретрансляторов на базе технологии HTS (High-Throughput Satellite), позволяющая повысить пропускную способность сети связи до 1 Тбит/с [1]. Обеспечение оптимального использования высокой пропускной способности ретрансляторов требует рациональных подходов по ее распределению с учетом особенностей пространственно-временного характера изменения трафика. В связи с этим ведутся интенсивные научные исследования путей и способов организации маршрутизации и управления потоками пакетного трафика, реализуемых непосредственно в ретрансляторах (РТР) космических аппаратов (КА) [2], [3].Currently, in the world practice of creating satellite communication systems, there is a tendency to build repeaters based on HTS (High-Throughput Satellite) technology, which makes it possible to increase the throughput of the communication network to 1 Tbit/s [1]. Ensuring optimal use of the high capacity of repeaters requires rational approaches to its distribution, taking into account the spatiotemporal nature of traffic changes. In this regard, intensive scientific research is being carried out on ways and means of organizing routing and managing packet traffic flows, implemented directly in repeaters (RTR) of spacecraft (SC) [2], [3].
Распределение абонентов (как подвижных, так и стационарных) в зонах обслуживания КА может изменяться в широких географических масштабах (включая полярные Арктические районы). При этом, в зависимости от требований по пропускной способности, территориально распределенные абоненты формируют нестационарный объем трафика, приходящийся на различные зоны обслуживания спутниковой связи.The distribution of subscribers (both mobile and fixed) in spacecraft service areas can vary over a wide geographical scale (including polar Arctic regions). At the same time, depending on bandwidth requirements, geographically distributed subscribers generate a non-stationary volume of traffic falling on different satellite communication service areas.
В настоящее время трафик, формируемый абонентами сети спутниковой связи, на сетевом и транспортном уровнях передается на основе стека протоколов TCP/IP. В свете этого особо остро встает задача оптимальной маршрутизации и управления информационными потоками, поскольку от этого зависит пропускная способность и устойчивость функционирования сети спутниковой связи. Для решения этой задачи предлагается устройство, реализующее адаптивную маршрутизацию IP (Internet Protocol)-пакетов с учетом требований абонентских приложений к QoS (качеству обслуживания) по показателям времени задержки и надежности передаваемых данных.Currently, traffic generated by satellite communication network subscribers is transmitted at the network and transport levels based on the TCP/IP protocol stack. In light of this, the problem of optimal routing and management of information flows becomes especially acute, since the capacity and stability of the satellite communication network depends on this. To solve this problem, a device is proposed that implements adaptive routing of IP (Internet Protocol) packets, taking into account the requirements of subscriber applications for QoS (quality of service) in terms of latency and reliability of transmitted data.
Известен способ и устройство для маршрутизации IP пакетов в многолучевых спутниковых сетях [4]. Способ содержит этапы, на которых: принимают множество сигналов от луча восходящей линии связи; подают указанное множество сигналов на множество входов цифрового канального приемника, содержащего множество выходов; подают выходные сигналы по меньшей мере с одного из указанных выходов цифрового канального приемника в регенеративную подсистему связи (RCS) и подают обработанные сигналы от RCS по меньшей мере на один из указанных входов цифрового канального приемника. При этом этап подачи обработанных сигналов от RCS по меньшей мере на один из указанных входов цифрового канального приемника включает соединение обработанных сигналов с переключателем, который выборочно подает сигналы от указанного луча восходящей линии связи или обработанные сигналы от одного из указанных выходов RCS на один из указанных входов цифрового канального приемника. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности учета требований приложений верхнего уровня модели OSI к качеству обслуживания QoS (Quality of Service) при сетевом взаимодействии на основе стека протоколов TCP/IP.There is a known method and device for routing IP packets in multipath satellite networks [4]. The method comprises: receiving a plurality of signals from an uplink beam; supplying said plurality of signals to a plurality of inputs of a digital channel receiver containing a plurality of outputs; output signals are supplied from at least one of the specified outputs of the digital channel receiver to the regenerative communication subsystem (RCS) and the processed signals from the RCS are supplied to at least one of the specified inputs of the digital channel receiver. In this case, the step of supplying processed signals from the RCS to at least one of the specified inputs of the digital channel receiver includes connecting the processed signals to a switch that selectively supplies signals from the specified uplink beam or processed signals from one of the specified RCS outputs to one of the specified inputs digital channel receiver. The disadvantage of this device is the inability to take into account the requirements of upper-level applications of the OSI model for QoS (Quality of Service) during network interaction based on the TCP/IP protocol stack.
Существует также способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах [5]. Способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи (СППСС) на низкоорбитальных спутниках ретрансляторах (НСР) содержит этапы, при которых баллистическая информация о текущем положении НСР относительно зоны радиосвязи (ЗРС) и подзоны радиосвязи (ПРС) на поверхности Земного шара периодически рассылается всем НСР из центра управления полетом (ЦУП) и записывается в каждом НСР в базы данных (БД) баллистической информации о нахождении НСР, информация о текущем местоположении абонентских терминалов (AT) относительно ЗРС и ПРС рассылается всем НСР и в центр управления сетью (ЦУС), причем при построении маршрута делается запрос к базе данных зарегистрированных абонентов в ЗРС и ПРС, к базе данных НСР, установивших соединение со шлюзовой станцией (ШС) в фидерной линии связи (ФЛС) и к базе данных баллистической информации о местоположении НСР на орбите относительно ЗРС и ПРС. Недостатком данного способа является невозможность динамического перераспределения нестационарной нагрузки (с учетом требуемых показателей QoS) в смежных зонах обслуживания КА.There is also a method of routing in mobile personal satellite communication networks on low-orbit relay satellites [5]. The method of routing in mobile personal satellite communication networks (MPSS) on low-orbit relay satellites (LSR) contains stages in which ballistic information about the current position of the LSR relative to the radio communication zone (ZRS) and radio communication subzone (RSS) on the surface of the globe is periodically sent to all LSRs from flight control center (MCC) and is recorded in each NSR in the database (DB) of ballistic information about the location of the NSR, information about the current location of user terminals (AT) relative to the air defense system and the air defense system is sent to all NSR and to the network control center (NCC), and when When constructing a route, a request is made to the database of registered subscribers in the ADMS and PRS, to the database of NSRs that have established a connection with the gateway station (GS) in the feeder communication line (FLS), and to the database of ballistic information about the location of the NSR in orbit relative to the ADMS and ORS. The disadvantage of this method is the impossibility of dynamic redistribution of non-stationary load (taking into account the required QoS indicators) in adjacent service areas of the spacecraft.
Предлагаемое устройство направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении выполнения адаптивной маршрутизации и управления трафиком непосредственно на борту КА, а также реализации алгоритма управления процедурой маршрутизации, направленной на дополнение стандартных процедур интегрированных служб ISA (Integrated Services Architecture) и дифференцированных служб DS (Differentiated Services) возможностью управления параметрами физического уровня радиолиний, обеспечивающих динамическое управление трафиком в сетях связи, применяющих стек протоколов TCP/IP.The proposed device is aimed at achieving a technical result, which consists in ensuring the implementation of adaptive routing and traffic control directly on board the spacecraft, as well as the implementation of a routing procedure control algorithm aimed at complementing the standard procedures of integrated services ISA (Integrated Services Architecture) and differentiated services DS (Differentiated Services ) the ability to control the parameters of the physical layer of radio links, providing dynamic traffic control in communication networks using the TCP/IP protocol stack.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что устройство, на уровне IP, реализует функции межсетевого взаимодействия, маршрутизации и борьбы с перегрузкой. Маршрутизатор осуществляет междуствольную коммутацию, а также коммутацию лучей многолучевой антенны абонентских стволов. Таким образом, маршрутизатор, помимо решения задач межсетевого взаимодействия и управления информационными потоками, управляет параметрами более низких уровней модели OSI (Open Systems Interconnection), реализованными в РТР КА.Achieving the specified technical result is ensured by the fact that the device, at the IP level, implements the functions of internetworking, routing and congestion control. The router performs inter-trunk switching, as well as switching the beams of a multi-beam antenna of subscriber trunks. Thus, the router, in addition to solving problems of internetworking and managing information flows, controls the parameters of lower levels of the OSI (Open Systems Interconnection) model, implemented in the RTR KA.
Поскольку задачей изобретения является как маршрутизация IP-пакетов с адаптивным перераспределением нагрузки между зонами обслуживания смежных лучей в различных абонентских стволах РТР КА, так и управление энергетическим потенциалом лучей абонентских стволов, а системы с обеими указанными функциями не найдено, то наиболее близкими прототипами являются:Since the objective of the invention is both the routing of IP packets with adaptive load redistribution between service areas of adjacent beams in different subscriber trunks of the RTR spacecraft, and the management of the energy potential of the beams of subscriber trunks, and a system with both of these functions has not been found, the closest prototypes are:
1. В функции маршрутизации IP-пакетов - способ и устройство для маршрутизации IP пакетов в многолучевых спутниковых сетях [4].1. In the IP packet routing function - a method and device for routing IP packets in multi-beam satellite networks [4].
2. В функции управления маршрутизацией - способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах [5].2. The routing control function is a method of routing in mobile personal satellite communication networks on low-orbit relay satellites [5].
В отличие от прототипов [4] и [5] в предлагаемом устройстве выполняется одновременное решение задач адаптивной (по заданным показателям служб ISA и DS) маршрутизации IP-пакетов и перераспределения нагрузки в зонах обслуживания за счет управления параметрами (энергетика радиолинии, ширина диаграммы направленности многолучевых антенн КА, межлучевая и межствольная коммутация, изменение суммарной ширины полосы частот в зонах обслуживания многолучевых антенн) абонентских стволов на физическом уровне.Unlike prototypes [4] and [5], the proposed device simultaneously solves the problems of adaptive (according to given indicators of ISA and DS services) routing of IP packets and load redistribution in service areas by controlling parameters (radio link energy, multipath beamwidth spacecraft antennas, inter-beam and inter-trunk switching, changes in the total frequency bandwidth in the service areas of multi-beam antennas) of subscriber trunks at the physical level.
Целью изобретения является обеспечение совместного решения задач маршрутизации, как по стандартным алгоритмам, принятым в стеке протоколов ТСРЛР, так и за счет управления параметрами физического уровня в абонентских радиолиниях и адаптивной маршрутизации IP-пакетов на борту космического аппарата в спутниковых сетях связи.The purpose of the invention is to provide a joint solution to routing problems, both according to standard algorithms adopted in the TSRLR protocol stack, and by managing physical layer parameters in subscriber radio links and adaptive routing of IP packets on board a spacecraft in satellite communication networks.
Поставленная цель достигается тем, что устройство адаптивной маршрутизации IP-пакетов на борту космического аппарата в спутниковых сетях связи, содержащее ствол межспутниковой линии связи (МЛС), многофункциональную бортовую цифровую платформу (МБЦП), содержащую модем и маршрутизатор, которая обрабатывает и формирует цифровой поток, и N абонентских стволов, построенных на основе N однотипных многолучевых активных фазированных антенных решеток (АФАР) с цифровым формированием массива диаграмм направленности (ДН), отличающееся тем, что в активную фазированную антенную решетку, обеспечивающую адаптивное изменение положения и форму диаграммы направленности, включена излучающая система, подключенная к диплексеру абонентского ствола (АС), разделяющему частоты каналов приема-передачи, при этом выход диплексера АС подключен ко входу малошумящего усилителя (МШУ) АС, а вход диплексера АС - к выходу усилителя мощности (УМ) АС, в свою очередь выход МШУ АС подключается к входу преобразователя частоты вниз АС, обеспечивающего перенос спектра несущих частот радиолинии в частотную область работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) АС, при этом выход преобразователя частоты вниз АС соединен с входом АЦП АС, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой поток, выход АЦП АС соединен с входом модема, который соединен с маршрутизатором, при этом вход УМ АС соединен с выходом преобразователя частоты вверх АС, обеспечивающего преобразование спектра частот сигнала из цифрового потока, соединенного своим входом с выходом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) АС, в область спектра частот радиолинии, при этом вход ЦАП АС соединен с выходом модема, также МБЦП посредством модема соединена со стволом межспутниковой линии связи (МЛС), состоящим из антенны МЛС, подключенной к диплексеру МЛС, разделяющему частоты каналов приема-передачи, при этом выход диплексера МЛС подключен ко входу МШУ МЛС, а вход диплексера МЛС - к выходу УМ МЛС, в свою очередь выход МШУ МЛС подключается к входу преобразователя частоты вниз МЛС, обеспечивающего перенос спектра несущих частот радиолинии в частотную область работы АЦП МЛС, выход преобразователя частоты вниз МЛС соединен с входом АЦП МЛС, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой поток, выход АЦП МЛС соединен с входом модема, при этом вход УМ МЛС соединен с выходом преобразователя частоты вверх МЛС, обеспечивающего преобразование спектра частот сигнала из цифрового потока, соединенного своим входом с выходом ЦАП МЛС, в область спектра частот радиолинии, этом вход ЦАП МЛС соединен с выходом модема, при этом маршрутизатор выполнен с возможностью выполнения между ствольной коммутации, коммутации лучей многолучевой антенны абонентских стволов, а также контроля поступающей нагрузки от каждого из N абонентских стволов посредством изменения параметров абонентских стволов на физическом уровне.This goal is achieved by the fact that a device for adaptive routing of IP packets on board a spacecraft in satellite communication networks, containing an inter-satellite communication link (MSL) trunk, a multifunctional on-board digital platform (IBP), containing a modem and a router, which processes and generates a digital stream, and N subscriber trunks, built on the basis of N similar multi-beam active phased antenna arrays (AFAR) with digital formation of an array of radiation patterns (AP), characterized in that the active phased antenna array, which provides adaptive changes in the position and shape of the radiation pattern, includes a radiating system , connected to the diplexer of the subscriber trunk (AS), separating the frequencies of the reception and transmission channels, while the output of the AC diplexer is connected to the input of the low noise amplifier (LNA) of the AC, and the input of the AC diplexer is connected to the output of the power amplifier (PA) of the AC, in turn the output The AC LNA is connected to the input of the down AC frequency converter, which ensures the transfer of the spectrum of carrier frequencies of the radio link into the frequency domain of the AC analog-to-digital converter (ADC), while the output of the down AC frequency converter is connected to the input of the AC ADC, where the analog signal is converted into a digital stream , the output of the ADC AC is connected to the input of the modem, which is connected to the router, while the input of the AM AC is connected to the output of the up frequency converter AC, which provides conversion of the frequency spectrum of the signal from a digital stream, connected by its input to the output of the digital-to-analog converter (DAC) AC, in the region of the frequency spectrum of the radio line, while the input of the DAC AC is connected to the output of the modem, and the MBCP is also connected via a modem to the trunk of the inter-satellite communication line (ILS), consisting of an ILS antenna connected to an ILS diplexer that separates the frequencies of the reception and transmission channels, while the output The MLS diplexer is connected to the input of the MLS LNA, and the input of the MLS diplexer is to the output of the MLS PA, in turn, the output of the MLS LNA is connected to the input of the MLS down frequency converter, which ensures the transfer of the radio line carrier frequency spectrum to the frequency domain of the MLS ADC, the output of the MLS down frequency converter connected to the input of the MLS ADC, where the analog signal is converted into a digital stream, the output of the MLS ADC is connected to the input of the modem, while the input of the MLS PA is connected to the output of the MLS up frequency converter, which converts the frequency spectrum of the signal from a digital stream connected by its input to the output DAC MLS, in the frequency spectrum region of the radio line, this input of the DAC MLS is connected to the output of the modem, while the router is configured to perform inter-receiver switching, switching the beams of a multi-beam antenna of subscriber trunks, as well as control the incoming load from each of the N subscriber trunks by changing parameters subscriber trunks at the physical level.
Схема предлагаемого устройства адаптивной маршрутизации IP-пакетов на борту космического аппарата в спутниковых сетях связи представлена на фиг. 1. Она содержит устройства, которые имеют следующие обозначения:The diagram of the proposed device for adaptive routing of IP packets on board a spacecraft in satellite communication networks is presented in Fig. 1. It contains devices that have the following designations:
1 - абонентский ствол;1 - subscriber trunk;
2 - ствол межспутниковой линии связи (МЛС);2 - trunk of the intersatellite communication line (ILS);
3 - многофункциональная бортовая цифровая платформа;3 - multifunctional on-board digital platform;
4 - многолучевая активная фазированная антенная решетка (АФАР);4 - multi-beam active phased array antenna (AFAR);
5 - приемо-передающий модуль;5 - transceiver module;
6 - излучающая система;6 - radiating system;
7 - диплексер абонентского ствола (АС);7 - diplexer of the subscriber trunk (AS);
8 - малошумящий усилитель (МШУ) АС;8 - low noise amplifier (LNA) speaker;
9 - усилитель мощности (УМ) АС;9 - power amplifier (PA) AC;
10 - преобразователь частоты вниз АС;10 - frequency converter down AC;
11 - преобразователь частоты вверх АС;11 - frequency converter up AC;
12 - аналого-цифрового преобразователя (АЦП) АС;12 - analog-to-digital converter (ADC) AC;
13 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) АС;13 - digital-to-analog converter (DAC) AC;
14 - антенна МЛС;14 - MLS antenna;
15 - диплексер МЛС;15 - MLS diplexer;
16 - МШУ МЛС;16 - MLS LNA;
17 - УМ МЛС;17 - UM MLS;
18 - преобразователя частоты МЛС;18 - MLS frequency converter;
19- преобразователь частоты вверх МЛС;19- frequency converter up MLS;
20 - аналого-цифрового преобразователя (АЦП) МЛС;20 - analog-to-digital converter (ADC) MLS;
21 - ЦАП МЛС;21 - DAC MLS;
22 - модем;22 - modem;
23 - маршрутизатор.23 - router.
В состав устройства входят N абонентских стволов 1, построенных на основе N однотипных многолучевых активных фазированных антенных решеток (АФАР) 4 с цифровым формированием диаграммы направленности (ДН), ствол межспутниковой линии связи (МЛС) 2 и многофункциональная бортовая цифровая платформа 3.The device includes
В свою очередь АФАР 4 состоит из излучающей системы 6, подключенной к диплексеру абонентского ствола (АС) 7, разделяющему частоты каналов приема-передачи. Один из выходов диплексера АС 7 подключен ко входу малошумящего усилителя (МШУ) АС 8, а второй к выходу усилителя мощности (УМ) АС 9. Выход МШУ АС 8 подключается ко входу преобразователя частоты вниз АС 10, обеспечивающего перенос спектра несущих частот радиолинии в частотную область работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). С выхода понижающего преобразователя сигнала поступает на вход АЦП АС 12, где происходит его преобразование в цифровой поток. На вход УМ АС 9 поступает сигнал от преобразователя частоты вверх АС 11, обеспечивающего преобразование спектра частот сигнала, формируемого ЦАП АС (из цифрового потока) 13, в область спектра частот радиолинии.In turn, AFAR 4 consists of a radiating system 6 connected to a diplexer of the subscriber trunk (AS) 7, which separates the frequencies of the reception and transmission channels. One of the outputs of the diplexer AC 7 is connected to the input of the low noise amplifier (LNA) AC 8, and the second to the output of the power amplifier (PA) AC 9. The output of the LNA AC 8 is connected to the input of the downward
Цифровой поток обрабатывается и формируется многофункциональной бортовой цифровой платформой (МБЦП) 3, содержащей модем 22 и маршрутизатор 23.The digital stream is processed and generated by a multifunctional on-board digital platform (OBDP) 3, containing a
Ствол межспутниковой линии связи (МЛС) состоит из антенны МЛС 14, подключенной к диплексеру МЛС 15, разделяющему частоты каналов приема-передачи. Один из выходов диплексера МЛС 15 подключен ко входу МШУ МЛС 16, а второй к выходу УМ МЛС 17. Выход МШУ МЛС 16 подключается ко входу понижающего преобразователя частоты МЛС 18, обеспечивающего перенос спектра несущих частот радиолинии в частотную область работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). С выхода понижающего преобразователя сигнала поступает на вход АЦП МЛС 12, где происходит его преобразование в цифровой поток. На вход УМ МЛС 17 поступает сигнал от преобразователя частоты вверх МЛС 19, обеспечивающего преобразование спектра частот сигнала, формируемого ЦАП МЛС (из цифрового потока) 21, в область спектра частот радиолинии.The trunk of the intersatellite communication link (ISL) consists of an MLS
Предлагаемое устройство адаптивной маршрутизации IP-пакетов функционирует следующим образом.The proposed device for adaptive routing of IP packets operates as follows.
1. Формирование многолучевой ДН АФАР.1. Formation of a multi-beam APAA pattern.
Посредством применения N многолучевых АФАР 4 каждый из N абонентских стволов 1 формирует ячеистые зоны обслуживания на земной поверхности. Зоны обслуживания многолучевой АФАР формируются путем синтеза массива ДН на основе методов цифрового формирования ДН [6]. В модеме 22 происходит формирование весовых коэффициентов, формирующих фазовые сдвигу между элементами излучающей системы 6 и заданное распределение тока в элементах излучающей системы 6, что обеспечивает синтез массива дискретных ДН с заданной шириной и полосой пропускания. Сформированные весовые коэффициенты распределяются соответственно между приемными (диплексер АС 7, МШУ АС 8, преобразователь частоты вниз АС 10, АЦП АС 12) и передающими (диплексер АС 7, УМ АС 9, преобразователь частоты вверх АС 11, ЦАП АС 13) каналами премо-передающих модулей 5 АФАР 4.By using
2. Обработка сигнально-кодовых конструкций в абонентских радиолиниях и стволе МЛС.2. Processing of signal-code structures in subscriber radio links and the MLS trunk.
Элементы многолучевой АФАР 4 (диплексер АС 7, МШУ АС 8, преобразователь частоты вниз АС 10, АЦП АС 12, ЦАП АС 13, преобразователь частоты вверх АС 11, УМ АС 9) одновременно выполняют роль входных/выходных трактов обработки сигналов абонентских радиолиний, построенных по технологии SDR (Software Defined Radio -программно-реконфигурируемое радио).Elements of multi-beam AFAR 4 (
При работе на прием сигналы абонентских радиолиний принимаются одним из абонентских стволов 1 с помощью АФАР 4 в одном из массива сформированных лучей. Далее принятые сигналы через диплексер АС 7, МШУ АС 8, преобразователь частоты вниз АС 10 поступают в АЦП АС 12. Цифровые сигналы с выхода АЦП АС 12 поступают в модем 22, где происходит демодуляция и помехоустойчивое декодирование этих сигналов, с последующим направлением целевой информации, необходимой для функционирования стека протоколов TCP/IP, в маршрутизатор 23.When working for reception, subscriber radio link signals are received by one of the
При работе на передачу целевая информация, сформированная в соответствии со стеком протоколов TCP/IP в маршрутизаторе 23, поступает в модем 22, где происходит формирование структуры абонентской радиолинии путем помехоустойчивого кодирования и модуляции, поступившей целевой информации. С выхода модема 22 сформированная структура абонентской радиолинии в виде цифрового потока поступает на ЦАП АС 13, откуда уже в виде аналогового сигнала поступает на вход преобразователя частоты вверх АС 11 и далее на УМ АС 9. С выхода УМ АС 9 сигнал абонентской радиолинии через диплексер АС 7 поступает в излучающую систему 6 АФАР 4 и излучается в одном из N абонентских стволов 1.When working for transmission, target information generated in accordance with the TCP/IP protocol stack in
Целевая информация, предназначенная для ретрансляции между КА, формируется в маршрутизаторе 23 и далее поступает в модем 22, где происходит формирование структуры радиолинии межспутниковой связи на прием и передачу. В режиме приема, сигналы, ретранслируемые по МЛС, принимаются антенной МЛС 14 ствола МЛС 2 и далее через диплексер МЛС 15, МШУ МЛС 16, преобразователь частоты вниз МЛС 18, поступают на АЦП МЛС 20. С выхода АЦП МЛС 20 цифровой поток поступает в модем 22, где происходит демодуляция и помехоустойчивое декодирование сигналов МЛС, с последующим направлением целевой информации, необходимой для функционирования стека протоколов TCP/IP, в маршрутизатор 23. В режиме передачи, сигналы, ретранслируемые по МЛС, формируются в соответствии со стеком протоколов TCP/IP в маршрутизаторе 23, откуда далее поступают в модем 22, где происходит формирование структуры радиолинии МЛС путем помехоустойчивого кодирования и модуляции, поступившей целевой информации. С выхода модема 22 сформированная структура радиолинии МЛС, в виде цифрового потока, поступает на ЦАП МЛС 21, откуда уже в виде аналогового сигнала поступает на вход преобразователя частоты вверх МЛС 19 и далее на УМ МЛС 77. С выхода УМ МЛС 77 сигнал радиолинии МЛС через диплексер МЛС 75 поступает в антенну МЛС 14.The target information intended for relaying between spacecraft is generated in the
3. Формирование механизма адаптации в маршрутизаторе и абонентских стволах.3. Formation of an adaptation mechanism in the router and subscriber trunks.
В маршрутизаторе 23 космического аппарата хранятся таблицы маршрутизации абонентов, обслуживаемых как этим КА, так и таблицы маршрутизации смежных КА. В процессе функционирования маршрутизаторы 23 различных КА обмениваются таблицами маршрутизации для организации взаимодействия абонентов сети спутниковой связи, а также для перераспределения нагрузки между зонами обслуживания смежных КА.The
Поступающие в маршрутизатор 23 от модема 22 пакеты целевой информации, сформированной абонентами сети спутниковой связи на основе стека протоколов TCP/IP, анализируются в маршрутизаторе 23 с целью определения адреса получателя и требований к параметрам доставки пакета (работа в соответствии с заданным типом службы ISA или DS) с учетом типа трафика (эластичный или неэластичный трафик) [7].Packets of target information received by
В том случае, когда абоненты, обменивающиеся пакетами целевой информации, находятся в зоне обслуживания N абонентских стволов 7 одного КА эти пакет ретранслируются одной из многолучевых АФАР 4 по абонентским радиолиниям. В случае же, когда абоненты находятся в зонах обслуживания различных КА, пакеты целевой информации в соответствии с адресами таблиц маршрутизации перенаправляются между различными КА путем задействования ствола МЛС 5.In the case when subscribers exchanging packets of target information are in the service area of
Маршрутизатор 23 контролирует поступающую нагрузку от каждого из N абонентских стволов 7. В случае увеличения нагрузки в одном из абонентских стволов 7 маршрутизатор 23 инициирует процедуру обеспечения поддержания требуемого для абонентских приложений уровня QoS. Для этого маршрутизатор 23, путем программного переконфигурирования тракта абонентского ствола 7, изменяет следующие параметры:
- положение лучей TV многолучевых АФАР 4 с целью перенацеливания смежных лучей абонентских стволов 1 из зон обслуживания с меньшей нагрузкой;- position of TV beams of
- увеличение ширины ДН лучей многолучевой АФАР 4 в тех зонах обслуживания, откуда была перенацелена часть ее же лучей;- increasing the width of the beam pattern of
- энергетический потенциал абонентских радиолиний в абонентских стволах 1 с увеличением энергетики в тех стволах, которые обслуживают зоны с большим объемом трафика;- energy potential of subscriber radio links in
- распределение ширины полосы частот абонентских радиолиний между лучами одной многолучевой АФАР 4 абонентского ствола 1 в зависимости от нагрузки, приходящейся на каждый луч.- distribution of the frequency bandwidth of subscriber radio links between the beams of one
Возможность управления параметрами физического уровня абонентских радиолиний позволяет маршрутизатору 23 дополнительно к стандартным процедурам маршрутизации и борьбы с перегрузкой, применяемым в стеке протоколов TCP/IP, обеспечивать адаптацию на борту космического аппарата к изменению нагрузки в зонах обслуживания абонентских стволов 1.The ability to control the parameters of the physical layer of subscriber radio links allows
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных источниках информации, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».The analysis of the level of technology made it possible to establish that analogues, characterized by a set of features identical to all the features of the claimed technical solution, are absent in known sources of information, which indicates that the claimed method complies with the patentability condition of “novelty”.
Цель настоящего изобретения, заключающаяся в обеспечении совместного решения задач маршрутизации, как по стандартным алгоритмам, принятым в стеке протоколов TCP/IP, так и за счет управления параметрами физического уровня в абонентских радиолиниях и адаптивной маршрутизации IP-пакетов на борту космического аппарата в спутниковых сетях связи достигнута.The purpose of the present invention is to provide a joint solution to routing problems, both according to standard algorithms adopted in the TCP/IP protocol stack, and by managing physical layer parameters in subscriber radio links and adaptive routing of IP packets on board a spacecraft in satellite communication networks achieved.
ЛитератураLiterature
1. Чечин Г.В. Спутниковые системы связи на базе геостационарных ретрансляторов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2020.1. Chechin G.V. Satellite communication systems based on geostationary repeaters. - M.: Hotline - Telecom, 2020.
2. Камнев В.Е., Черкасов В.В., Чечин Г.В. Спутниковые сети связи. - М.: Военный Парад, 2010.2. Kamnev V.E., Cherkasov V.V., Chechin G.V. Satellite communication networks. - M.: Military Parade, 2010.
3. Shinichi Т., Masato Т., Hashimoto Y. An Experimental Mobile Satellite Communication Network with an Onboard Packet Switch System // Proceedings IEEE 56th Vehicular Technology Conference. Vancouver, ВС, Canada. 24-28 Sept. 2002.3. Shinichi T., Masato T., Hashimoto Y. An Experimental Mobile Satellite Communication Network with an Onboard Packet Switch System // Proceedings IEEE 56th Vehicular Technology Conference. Vancouver, BC, Canada. 24-28 Sept. 2002.
4. Патент 2643455 (РФ). Способ и устройство для маршрутизации IP пакетов в многолучевых спутниковых сетях / Скотт Джеймс П. - Опубл. 01.02.2018-Н04Н 60/97.4. Patent 2643455 (RF). Method and device for routing IP packets in multipath satellite networks / Scott James P. - Publ. 02/01/2018-
5. Патент 2714220 (РФ). Способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах с зональной регистрацией абонентов и маршрутизатор низкоорбитального спутника ретранслятора с интегрированными службами для осуществления указанного способа / Пантелеймонов И.Н. - Опубл. 13.02.2020-H04W 40/20.5. Patent 2714220 (RF). A method of routing in mobile personal satellite communication networks on low-orbit relay satellites with zonal registration of subscribers and a router of a low-orbit relay satellite with integrated services for implementing the specified method / Panteleimonov I.N. - Publ. 02/13/2020-H04W 40/20.
6. Григорьев Л. Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. - М.: Радиотехника, 2010.6. Grigoriev L. N. Digital formation of radiation patterns in phased antenna arrays. - M.: Radio engineering, 2010.
7. Столлингс В. Современные компьютерные сети. - М.: Питер, 2003.7. Stallings V. Modern computer networks. - M.: Peter, 2003.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2823151C1 true RU2823151C1 (en) | 2024-07-18 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643455C2 (en) * | 2012-10-02 | 2018-02-01 | Зе Боинг Компани | Method and device for routing ip-packets in multilatch satellite networks |
RU2666577C1 (en) * | 2017-12-01 | 2018-09-11 | Акционерное общество "Ижевский радиозавод" | Receiving multi-beam active phased antenna array |
RU2690966C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-06-07 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Satellite system controlled by inter-satellite radio link |
RU2714220C1 (en) * | 2019-08-19 | 2020-02-13 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of routing in mobile personal satellite communication networks on low-orbiting satellite retransmitters with zonal registration of subscribers and a router of a low-orbiting relay satellite with integrated services for realizing said method |
RU2730120C1 (en) * | 2020-02-07 | 2020-08-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing an active phased antenna array |
RU2741489C1 (en) * | 2017-04-10 | 2021-01-26 | Виасат, Инк. | Adjustment of coverage area for adaptation of satellite communication |
US11070285B2 (en) * | 2019-02-15 | 2021-07-20 | The Boeing Company | System and method for configuring a multistage interconnection network based on user traffic demand |
RU2787215C1 (en) * | 2022-04-13 | 2022-12-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский Научно-Исследовательский Институт Радио Имени М.И. Кривошеева" | Method for routing delay-critical information flows in a fully connected satellite communication network on non-geostationary space vehicles located in homogeneous circular orbits |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643455C2 (en) * | 2012-10-02 | 2018-02-01 | Зе Боинг Компани | Method and device for routing ip-packets in multilatch satellite networks |
RU2741489C1 (en) * | 2017-04-10 | 2021-01-26 | Виасат, Инк. | Adjustment of coverage area for adaptation of satellite communication |
RU2666577C1 (en) * | 2017-12-01 | 2018-09-11 | Акционерное общество "Ижевский радиозавод" | Receiving multi-beam active phased antenna array |
RU2690966C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-06-07 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Satellite system controlled by inter-satellite radio link |
US11070285B2 (en) * | 2019-02-15 | 2021-07-20 | The Boeing Company | System and method for configuring a multistage interconnection network based on user traffic demand |
RU2714220C1 (en) * | 2019-08-19 | 2020-02-13 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of routing in mobile personal satellite communication networks on low-orbiting satellite retransmitters with zonal registration of subscribers and a router of a low-orbiting relay satellite with integrated services for realizing said method |
RU2730120C1 (en) * | 2020-02-07 | 2020-08-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing an active phased antenna array |
RU2787215C1 (en) * | 2022-04-13 | 2022-12-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский Научно-Исследовательский Институт Радио Имени М.И. Кривошеева" | Method for routing delay-critical information flows in a fully connected satellite communication network on non-geostationary space vehicles located in homogeneous circular orbits |
RU2799503C1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-07-05 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский Научно-Исследовательский Институт Радио Имени М.И. Кривошеева" | Method for routing delay-sensitive information flows in satellite communication network on non-geostationary spacecrafts connected by inter-satellite communication lines in one orbital plane and located on circular orbits |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.И. Великоиваненко и др. Система спутниковой связи с последовательным зональным обслуживанием // Космонавтика и ракетостроение. - 2014. - N2(75). - С. 48-56. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110677185B (en) | High-throughput satellites for relaying data between low-Earth orbit satellites and endpoints | |
US6442148B1 (en) | Reconfigurable multibeam communications satellite having frequency channelization | |
US6628919B1 (en) | Low-cost multi-mission broadband communications payload | |
US10536318B2 (en) | Modulation and coding for a high altitude platform | |
US5722042A (en) | Satellite communication system having double-layered earth orbit satellite constellation with two different altitudes | |
US8340016B1 (en) | Flexible forward and return capacity allocation in a hub-spoke satellite communication system | |
US7024158B2 (en) | Broadband communication satellite | |
US7027769B1 (en) | GEO stationary communications system with minimal delay | |
ES2554286T3 (en) | Method and apparatus for routing IP packets in multi-beam satellite networks | |
EP4193492B1 (en) | Techniques for switching between operating modes of beamforming systems and satellites | |
WO2009015093A1 (en) | Capacity maximization for a unicast spot beam satellite system | |
US11979221B2 (en) | Flexible intra-satellite signal pathways | |
Choi et al. | Cross-layer routing and scheduling for onboard processing satellites with phased array antenna | |
US6205319B1 (en) | Dual phased-array payload concept | |
Mehra et al. | System design aspects of Ka-band high throughput satellite (HTS) for Indian region | |
KAWAKAMI et al. | S-band mobile satellite communications and multimedia broadcasting onboard equipment for ETS-VIII | |
Arbesser-Rastburg et al. | R&D directions for next generation broadband multimedia systems: An ESA perspective | |
RU2823151C1 (en) | Device for adaptive routing of ip-packets on board of spacecraft in satellite communication networks | |
Naderi et al. | Advanced satellite concepts for future generation VSAT networks | |
Tanaka et al. | Experimental fixed and mobile multibeam satellite communications system | |
Richharia et al. | A feasibility study of a mobile communication network using a constellation of low earth orbit satellites | |
US20250113208A1 (en) | Multibeam non-geosynchronous satellite communication without on-board waveform processing | |
US20250112691A1 (en) | Inter-satellite link networking and routing for multibeam s-band low earth orbit with analog feeder links | |
Losquadro | SECOMS: advanced interactive multimedia satellite communications for a variety of compact terminals | |
Marinelli et al. | A regenerative payload for satellite multimedia communications |