СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАРШРУТИЗАЦИИ IP-ПАКЕТОВ В МНОГОЛУЧЕВЫХ СПУТНИКОВЫХ СЕТЯХ
METHOD AND DEVICE FOR ROUTING IP-PACKETS IN MULTILATCH SATELLITE NETWORKS

Уровень техники
[0001] Область раскрытия в целом относится к спутниковой связи и, в частности, относится к способам и устройствам для маршрутизации пакетов интернет протокола (IP) в спутниковой сети.
[0002] Обычный современный ретрансляционный (или прямой ретрансляционный по типу «прямая дыра») спутник имеет металлический или композитный корпус, который содержит источник энергии (например, одну или большее количество батарей, солнечных элементов и/или им подобное) и различные электронные компоненты, а также одну или большее количество антенн. Указанные компоненты в целом содержат один или большее количество «ретрансляторов», которые содержат один или большее количество радиоприемников, частотных преобразователей и/или передатчиков. Полная пропускная способность спутника основана на количестве ретрансляторов. Например, один известный коммерчески доступный спутник имеет полную доступную пропускную способность в 3 528 МГц, разделенную между сорока пятью C-полосными и шестнадцатью Ku-полосными ретрансляторами. Такие ретрансляторы все вместе называются «полезной нагрузкой» спутника.
[0003] Обычная аналоговая ретрансляционная осуществляющая связь полезная нагрузка принимает множество лучей восходящей линии связи от Земли или другого спутника через антенну восходящей линии связи. Каждый принятый луч усиливают малошумящим усилителем (LNA) и преобразуют с понижением частоты (D/C) для дополнительной обработки. Преобразованные с понижением частоты лучи могут быть затем коммутированы, мультиплексированы (MUX) или иным образом маршрутизированы и объединены до преобразования с повышением частоты и повторно переданы на Землю или другой спутник.
[0004] Полезные нагрузки цифровых спутников в целом функционируют канальным или регенеративным образом. Канальная полезная нагрузка имитирует традиционные стационарные аналоговые ретрансляторы, однако также имеет возможность точного разделения, управления и наблюдения за пропускной способностью и выделением мощности на борту спутника. Цифровые ретрансляционные полезные нагрузки обычно имеют гибкое коммутирование входов с выходами. Ретранслируемые каналы предствляют собой просто повторенные сигналы без какого-либо изменения. Соответственно полезные нагрузки ретрансляторов могут переносить любой тип сигнала без учета формата или режима модуляции. Системы цифровых ретрансляторов могут относительно легко быть модифицированы для обратной совместимости с системами аналоговых ретрансляторов. В отличие от ретрансляционных полезных нагрузок регенеративные полезные нагрузки могут выполнять демодуляцию и повторную модуляцию передаваемых по восходящей линии связи сигналов. В таких системах пользовательский сигнал и пользовательские данные, интегрированные в сигнал, восстанавливают и обрабатывают для обеспечения возможности полезной нагрузке осуществлять действия над пользовательскими данными необходимым образом. Интегрируемые данные исторически использовали для автономной коммутации в основанных на передаче пакетов или кадров системах и/или для функций безопасности. В частности, обнаружение ошибок и коррекция могут быть выполнены над интегрированными данными перед их повторной передачей. Однако из-за собственных требований к конкретным типам сигналов и данных регенеративные системы в целом не выполнены обратно совместимыми.
Раскрытие изобретения
[0005] Согласно одному аспекту изобретения примерная система для осуществления связи полезной нагрузки спутника содержит цифровой канальный приемник и регенеративную подсистему связи (RCS). Цифровой канальный приемник содержит множество входов для приема множества сигналов от множества лучей восходящей линии связи и множество выходов для выдачи множества сигналов во множество лучей нисходящей линии связи. RCS содержит множество входов, выборочно соединяемых с выходами цифрового канального приемника для приема сигналов с выходов цифрового канального приемника, и множество выходов, выборочно соединяемых с входами цифрового канального приемника для передачи обработанных сигналов на входы цифрового канального приемника. RCS выполнена с возможностью обработки выбранных сигналов из множества сигналов от множества лучей восходящей линии связи для создания обработанных сигналов во множество сигналов, отправляемых во множество лучей нисходящей линии связи.
[0006] Другим аспектом изобретения является способ использования в спутниковой связи. Способ включает прием множества сигналов от луча восходящей линии связи, подачу множества сигналов на множество входов цифрового канального приемника, содержащего множество выходов, подачу выходных сигналов по меньшей мере с одного из выходов цифрового канального приемника в регенеративную подсистему связи (RCS) и подачу обработанных сигналов от RCS по меньшей мере на один из входов цифрового канального приемника для обеспечения возможности коммутирования обработанных сигналов посредством цифрового канального приемника во множество сигналов для луча нисходящей линии связи.
[0007] Еще одним аспектом изобретения является система для осуществления связи полезной нагрузки спутника. Система содержит канальный приемник, регенеративную подсистему связи (RCS) и управляющее устройство. Канальный приемник содержит множество входов и множество выходов. Множество входов выполнено с возможностью приема сигналов от множества лучей восходящей линии связи. Множество выходов выполнено с возможностью соединения выходных сигналов с множеством лучей нисходящей линии связи. RCS содержит множество входов и множество выходов. Каждый из множества выходов RCS соединен с другим одним из входов канального приемника. RCS выполнена с возможностью регенеративной обработки сигналов, принятых на своих входах, и выдачи обработанных сигналов посредством своих выходов. Управляющее устройство выполнено с возможностью выборочной коммутации выходных сигналов одного или большего количества из выходов канального приемника от лучей нисходящей линии связи в один или большее количество входов RCS.
Краткое описание чертежей
[0008] На фиг.1 показана структурная схема примерной спутниковой системы.
[0009] На фиг.2 показана структурная схема примерной полезной нагрузки, которая может быть использована в спутниковой системе, показанной на фиг.1.
[0010] На фиг.3 показана блок-схема примерного способа функционирования системы и полезной нагрузки по фиг.1 и 2.
Подробное описание изобретения
[0011] Используемые в данном документе элемент или этап, упоминаемые в единственном числе, следует понимать как не исключающие множества элементов или этапов, если такое исключение явно не упоминается. Кроме того, ссылки на «один вариант осуществления» изобретения или «примерный вариант осуществления» не предназначены для интерпретации как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также содержат упомянутые признаки.
[0012] Примерные способы и системы, описанные в данном документе, относятся к основанной на спутнике связи. Более подробно примерные варианты осуществления, описанные в данном документе, способствуют эффективной маршрутизации пакетов Интернет протокола (IP) в многолучевом спутниковом сетевом окружении. Способы и системы, описанные в данном документе, в целом объединяют основанную на канальном приемнике полезную нагрузку спутника и цифровую регенеративную систему связи. Один или более выходов канального приемника направляют в регенеративную систему связи для обработки и подают обратно в канальный приемник в качестве IP-пакетов. Результирующая система может способствовать уменьшению количества транзитных участков спутниковой связи, необходимых для доставки данных, и таким образом уменьшить задержку передачи сигналов, повышая качество обслуживания для пользователей. Кроме того, описанные способы и устройства обеспечивают относительно низкую стоимость, поэтапный подход к подаче регенеративных систем в спутниковой сети. Кроме того, уменьшение транзитных участков спутниковой связи может предоставить возможность основанным на передачи пакетов сетям, которые перекрывают множество спутниковых лучей, более быстро реагировать на сбои из-за уменьшенной задержки при повторной синхронизации маршрутизации баз данных по сети.
[0013] Обратимся более конкретно к чертежам. Фиг. 1 является блок-схемой примерной системы 100 спутниковой связи. В примерном варианте осуществления система 100 спутниковой связи содержит антенну 102 восходящей линии связи и антенну 104 нисходящей линии связи. Антенна 102 восходящей линии связи принимает лучи 106 восходящей линии связи от одного или более наземных источников (не показаны) и/или от других спутников (не показаны). Антенна 104 нисходящей линии связи передает лучи 108 нисходящей линии связи в один или более наземные источники (не показаны) и/или в другие спутники (не показаны). На фиг.1 изображена только одиночная антенна 102 восходящей линии связи и одиночная антенна 104 нисходящей линии связи, однако спутник 100 связи может содержать любое подходящее количество антенн 102 и 104 восходящей и нисходящей линии связи.
[0014] Лучи 106 восходящей линии связи фильтруются, усиливаются и преобразуются с понижением частоты посредством системы 100 спутниковой связи. Результирующие сигналы подают в канальный приемник 110 через множество переключателей 112. Другой один из лучей 106 восходящей линии связи может быть соединен с каждым из переключателей 112. Переключатели 112 выборочно предоставляют один из своих двух входов переключателя на вход 114 канального приемника канального приемника 110. В других вариантах осуществления переключатели 112 могут содержать более двух входов переключателей. Канальный приемник 110 в цифровой форме разделяет каждую подполосу частот входных сигналов на слои частот, которые могут по отдельности коммутироваться, обрабатываться, маршрутизироваться и/или повторно объединяться в выходных подполосах частот, подаваемых на выходы 116 канального приемника. В других вариантах осуществления входные сигналы коммутируются и мультиплексируются без дополнительной обработки. Хотя на фиг. 1 изображено три входа 114 канального приемника и три выхода 116 канального приемника, канальный приемник 110 может содержать любое подходящее количество входов 114 канального приемника и выходов 116 канального приемника.
[0015] Коммутаторы 118 соединены с выходами 116 канального приемника. Каждый из коммутаторов 118 может быть выполнен с возможностью приема сигналов от другого одного из выходов 116 канального приемника. Коммутаторы 118 осуществляют выборочную подачу выходных сигналов от канального приемника 110 в антенну 104 нисходящей линии связи или в регенеративный под-узел связи (RCS) 120. RCS 120 содержит входы 122 RCS для приема выходных сигналов от канального приемника 110. RCS 120 выполняет любую подходящую регенеративную обработку над выходными сигналами от канального приемника 110. Например, в одних вариантах осуществления RCS 120 демодулирует сигналы и осуществляет доступ к данным, сохраненных там. В некоторых вариантах осуществления данные используются для маршрутизации IP-пакетов, криптографической безопасности и аутентификации, установления сеанса для услуг передачи речи и данных, обнаружения ошибок и/или коррекции. После обработки данных, интегрированных в выходные сигналы, поданные в RCS 120 коммутаторами 118, данные повторно модулируют и подают в переключатели 112 через выходы 124 RCS.
[0016] Выходные сигналы от RCS 120 соединяются в канальный приемник 110 через переключатели 112. Например, каждый из переключателей 112 может быть соединен с соответствующим выходом 124 RCS, одним из лучей 106 восходящей линии связи и с одним из входов 114 канального приемника. Более конкретно, выходные сигналы RCS обрабатываются канальным приемником 110 тем же самым образом, описанным выше для сигналов от лучей 106 восходящей линии связи, и маршрутизируются в коммутаторы 118 для доставки в антенну 104 нисходящей линии связи.
[0017] В примерном варианте осуществления спутник 100 содержит управляющее устройство 126. Управляющее устройство 126 управляет функционированием коммутаторов 118, переключателей 112, канального приемника 110 и RCS 120 описанным в данном документе образом. Хотя изображен одиночный, дискретное управляющее устройство, система 100 спутниковой связи может содержать множество отдельных управляющих устройств 126. Например, RCS 120 может содержать один или более управляющих устройств 126, канальный приемник 110 может содержать один или более управляющих устройств 126 и т.д. Управляющее устройство 126 может представлять собой любое другое подходящее аналоговые и/или цифровое управляющее устройство, используемое для управления функционированием системы 100 спутниковой связи, как описано в данном документе.
[0018] Фиг. 2 является блок-схемой переменного варианта осуществления системы 100 спутниковой связи. В данном варианте осуществления лучи 106 восходящей линии связи обрабатываются аналоговым входным каскадом 200 и аналого-цифровым преобразователем 202, и цифровым сигнальным процессором 204 до того, как сигналы будут маршрутизированы в канальный приемник 110 через переключатели 112. Цифровые выходные сигналы от канального приемника НО, которые не коммутируются в RSC 120, обрабатываются DSP-процессором 206, цифроаналоговым преобразователем 208 и аналоговым выходным каскадом 210 перед передачей в антенну 104 нисходящей линии связи. Сигналы, коммутируемые в RSC 120, соединяются с RSC 120 через защитный коммутатор 212. В примерном варианте осуществления защитный коммутатор 212 является защитным коммутатором N:M, обеспечивающим избыточность внутри системы 100. В других вариантах осуществления может использоваться любой другой подходящий тип защитного коммутатора.
[0019] В данном варианте осуществления RCS 120 содержит модем 214 с прямой передачей данных, объединяющий коммутатор 216 и IP-маршрутизатор 218. Объединяющий коммутатор 216 может быть соединен между IP-маршрутизатором 218 и по меньшей мере одним из входов RCS 120. Модем 214 с прямой передачей данных может быть соединен между объединяющим коммутатором 216 и по меньшей мере одним из входов RCS 120. Модем 214 с прямой передачей данных содержит входы 122 для приема сигналов от канального приемника 110 и выдает сигналы с прямой передачей данных в объединяющий коммутатор 216. Объединяющий коммутатор 216 объединяет пакетный трафик к/от однонаправленных лучей нисходящей/восходящей линии связи и представляет объединенный трафик в двунаправленные интерфейсы IP-маршрутизатора 218. IP-маршрутизатор 218 маршрутизирует обработанные сигналы через выходы 124. Обработанные сигналы, выведенные от RSC 120, подают в переключатели 112 через защитный коммутатор 220. В примерном варианте осуществления защитный коммутатор 220 является защитным коммутатором N:M, обеспечивающим избыточность внутри системы 100. В других вариантах осуществления может использоваться любой другой подходящий тип защитного коммутатора.
[0020] Фиг.3 является блок-схемой примерного способа 300 функционирования системы и полезной нагрузки, такой как система 100. Способ 300 содержит прием 302 множества сигналов от луча восходящей линии связи. Множество сигналов подают 304 на множество входов цифрового канального приемника, содержащего множество выходов. Выходные сигналы по меньшей мере с одного из выходов цифрового канального приемника подают 306 в регенеративную подсистему связи (RCS). Обработанные сигналы от RCS подают 308 по меньшей мере на один из входов цифрового канального приемника.
[0021] Примерные способы и системы, описанные в данном документе, способствуют эффективной маршрутизации пакетов Интернет Протокола (IP) стандарта IETF в многолучевом спутниковом сетевом окружении, учитывая конструкцию основанных на IP сетей, которые перекрывают множество лучей спутниковой связи (или зоны покрытия земли). Результирующие системы способствуют уменьшению количества транзитных участков спутниковой связи, необходимых для доставки данных, тем самым уменьшая задержку при передаче сигналов и улучшая качество обслуживания для пользователей. Кроме того, описанные в данном документе варианты осуществления обеспечивают относительно низкую стоимость, поэтапный подход к предоставлению регенеративных систем в спутниковой сети. Кроме того, уменьшение транзитных участков спутниковой связи может позволить основанным на передачи пакетов сетям, которые перекрывают множество спутниковых лучей, более быстро реагировать на сбои, поскольку включение узла спутниковой связи в качестве однорангового узла маршрутизации в состав топологии IP-сети обеспечивает уменьшение задержки при повторной синхронизации маршрутизации баз данных по сети.
[0022] Описание других преимущественных вариантов осуществления было представлено с целью иллюстрации и описания и не должно считаться исчерпывающим или ограниченным до данных вариантов осуществления в раскрытой форме. Множество модификаций и изменений станут очевидными для среднего специалиста в уровне техники. Дополнительно различные преимущественные варианты осуществления могут предоставить различные преимущества по сравнению с другими преимущественными вариантами осуществления. Вариант осуществления или выбранные варианты осуществления выбраны и описаны для лучшего объяснения принципов действия вариантов осуществления, практического применения и предоставления возможности другим средним специалистам в уровне техники понимания раскрытия различных вариантов осуществления с различными изменениями, которые подходят для практического рассмотренного использования. Данное записанное описание использует примеры для раскрытия различных вариантов осуществления, которые содержат лучший вариант осуществления изобретения, чтобы предоставить возможность любому специалисту в уровне техники применить на практике эти варианты осуществления, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых объединенных способов. Патентоспособный объем определяется формулой изобретения и может содержать другие примеры, которые могут появиться у специалистов в уровне техники. Подразумевается, что такие другие примеры попадают в объем формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от дословного языка пунктов формулы изобретения, или если они содержат эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от дословного языка пунктов формулы изобретения.