一种全球实时物联网星座系统技术方案

本发明专利技术提供了一种全球实时物联网星座系统。所述全球实时物联网星座系统包括：空间段，其包括通过星间链路互通互联的多颗低轨卫星；地面段，其用于完成运行控制功能及数据分发和回收处理功能，所述地面段包括多个星座关口站；及用户段，其用于收集传感数据，所述用户段包括多个用户终端；其中，所述地面段的星座关口站和所述用户段的用户终端均分别通过各自的链路与所述空间段的低轨卫星通信连通。本发明专利技术的有益效果：所述全球实时物联网星座系统面向全球广域天基物联网应用的云、网、端系统级设计，实现多行业大众化海量应用的物联网全新连接和管理能力。

【技术实现步骤摘要】
一种全球实时物联网星座系统
本专利技术属于物联网
，具体地涉及一种全球实时物联网星座系统。
技术介绍
物联网(Internetofthings，IoT)是指通过各种信息传感设备(如射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等)，按约定的协议，把任何物品通过物联网域名相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。根据数据流向和处理方式可将物联网分为传感层、网络层以及应用层三个层次：传感层：传感层的功能是感知、识别物体或环境状态并且实时采集、捕获信息，它由包括二维码标签、识读器、RFID标签、读写器、摄像头、GPS、传感器、计量器等器件以及M2M终端、传感器网络和传感网关等构成，通过传感器获取信息，并通过接收网关获得控制命令。物联网在传感层所面临的挑战是如何使传感器更敏感、拥有更全面的感知能力并且具备低功耗、体积小及低成本的属性；网络层：通过无线或有线的通信方式接入网络，如互联网、电信网等通信网络，实现信息在传感层与应用层之间的传递。网络层要具备网络运营和信息运营的能力，网络层中也包括对海量信息进行智能处理的部分，如云计算平台、物联网管理中心等。网络层所面临的挑战是大规模M2M连接对系统容量及Qos带来的特别要求；应用层：应用层的功能是实现物联网信息技术与终端行业专业技术的深度接触，完成物体信息的协同、共享、分析、决策等功能，从而形成智能化应用的解决方案，。它由包括电脑、手机等终端组成的输入输出控制终端组成。应用层所面临的挑战是信息共享及信息安全问题。但是，传统的接入手段，如Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等的传输距离太短，要通过用户手机、中继网关或AP点将数据送至基站，会导致数据准确率低、功耗较高的问题。而2G/3G/4G网络虽然可用于低数据量的传感器数据的传输，但成本和功耗都比较高。为了推动物联网向低成本低功耗领域发展，新型窄带物联网技术的研发在近几年被逐渐提上日程。与传统蜂窝通信的需求不同，目前占物联网市场60％以上的是带宽低于100kb/s的低速率、低功耗、广域应用，即LPWAN低功耗广域网技术。这类应用需要物联网具有支持海量连接数、低终端成本、低终端功耗和超强覆盖能力等能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种全球实时物联网星座系统，具有能够兼容地面低功率物联网系统，能够实现全球覆盖的实时窄带卫星物联通信卫星系统，且允许直接连接数以百万计的物联网设备的优点。本专利技术的技术方案如下：一种全球实时物联网星座系统包括：空间段，其包括通过星间链路互通互联的多颗低轨卫星；地面段，其用于完成运行控制功能及数据分发和回收处理功能，所述地面段包括多个星座关口站；及用户段，其用于收集传感数据，所述用户段包括多个用户终端；其中，所述地面段的星座关口站和所述用户段的用户终端均分别通过各自的通信链路与所述空间段的低轨卫星通信连通。优选地，所述空间段的卫星为低轨圆形太阳同步卫星，且对于任一工作地点的用户终端，提供全球24小时全实时有效覆盖。优选地，所述星间链路采用Ka频段实现卫星之间的信息传输和交换，所述星间链路的接入模式为在轨内建立环状星间链路，轨道面内半圆对等环状TDD传输，不同轨道面的卫星采用不同频率FDD区分，时间同步由GPS确定。优选地，所述星间链路采用两端收发交错进行形成双环通信网。优选地，所述星间链路的数据路由策略采用按照OLSR路由算法选择最近落地路线，且所述星间链路的OLSR协议通过缩减控制分组的大小降低信令传输数据量，卫星节点发布其与中继选择节点之间的链路信息。优选地，所述地面段还包括网络服务器和用户服务器，所述网络服务器用于承载所有需要的网络控制与管理功能，并将数据分发到所述用户服务器，所述用户服务器用于为不同的应用供应商提供异构的应用服务；而且，分别位于全球多个位置的多个星座关口站与覆盖区域内的低轨卫星建立星地馈电链路，用于实现星座全球物联数据的实时汇聚，负责将用户数据传输给所述网络服务器。优选地，所述星座馈电链路采用Ka数传载荷作为实现星地之间的信息传输和交换设备。优选地，所述星座馈电链路载荷采用CCSDS标准，引入虚拟信道VC，采用AOS建议提供的多种业务处理卫星上复杂的信源数据；而且，采用AOS建议提供的位流业务处理数据流，将其包装成位流协议数据段，并填入VCDU数据域，组成AOS传输帧。优选地，用户终端与不同卫星接入时的上下文切换由地面段的网络服务器进行管理和维持。优选地，每个所述用户终端的发送数据能够被多个覆盖区内的低轨卫星接收，每颗低轨卫星网关载荷均能够从用户终端节点接收到数据包，并通过所述星间链路转发到所述地面段。优选地，所述空间段和所述用户段之间的用户星地链路采用400MHz-1GHz的ISM免费频段，低轨卫星用于全球不同区域物联连接时，通过调整星上收发器频率实现多频段的组合覆盖。优选地，在每颗卫星对地波束覆盖区，处于同一纬度不同经度地区的用户终端通过UTC时间、星历和自身位置来随机化所发射信号的频点实现FDMA频点的动态分配；处于同一经度不同纬度地区的用户终端在FDMA频点分配基础上根据UTC时间、星历和自身位置来随机化所发射信号的时隙实现TDMA时隙的动态分配。优选地，采用基于多普勒效应的TDMA/FDMA的改进型异步ALOHA接入协议解决低轨物联网星座由于相对运动会产生的多普勒效应，而且，基于多普勒效应的改进型异步ALOHA接入TDMA/FDMA多址配置的步骤如下：低轨物联网星座的每个用户终端均具有DevAddr和NwkSKey参数，终端的通信帧中的信息完整码由NwkSKey进行128ASE加密和解密，且TDMA/FDMA多址随机化计算的密钥采用NwkSKey；TDMA/FDMA多址随机化计算采用高级加密标准进行，AES的区块长度固定为128比特，密钥长度是128比特；基于DevAddr和NwkSKey参数分别对FDMA频点和TDMA时隙进行动态分配。本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：全球实时物联网星座系统是面向全球广域天基物联网应用的云、网、端系统级设计，实现多行业大众化海量应用的物联网全新连接和管理能力；采用基于宽带软件无线电技术和新型CCS扩频抗干扰技术，建立符合ITU全球ISM多频标准的星间/星地/馈电/测控全链路系统，实现频率可协调的全球覆盖M2M/IoT专用网络；兼容主流标准M2M/IoT体制，实现天地一体化应用的低功耗、低成本天基物联网系统；基于软件定义载荷和星上物联网网关，实现超大容量天基物联网系统；采用先进毫米波相控阵技术和星间组网协议，实现全球实时天基物联网星座。附图说明图1是本专利技术实施例提供的全球实时物联网星座系统的结构示意图；图2是图1所示全球实时物联网星座系统中单星覆盖区域情况示意图；图3是图1所示全球实时物联网星座系统中星间链路接入模式的示意图；图4是图1所示全球实时物联网星座系统中正向时间片星间链路连接拓扑关系示意图；图5是图1所示全球实时物联网星座系统中反向时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全球实时物联网星座系统，其特征在于：包括：空间段，其包括通过星间链路互通互联的多颗低轨卫星；地面段，其用于完成运行控制功能及数据分发和回收处理功能，所述地面段包括多个星座关口站；及用户段，其用于收集传感数据，所述用户段包括多个用户终端；其中，所述地面段的星座关口站和所述用户段的用户终端均分别通过各自的通信链路与所述空间段的低轨卫星通信连通。

【技术特征摘要】
1.一种全球实时物联网星座系统，其特征在于：包括：空间段，其包括通过星间链路互通互联的多颗低轨卫星；地面段，其用于完成运行控制功能及数据分发和回收处理功能，所述地面段包括多个星座关口站；及用户段，其用于收集传感数据，所述用户段包括多个用户终端；其中，所述地面段的星座关口站和所述用户段的用户终端均分别通过各自的通信链路与所述空间段的低轨卫星通信连通。2.根据权利要求1所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述空间段的卫星为低轨圆形太阳同步卫星，且对于任一工作地点的用户终端，提供全球24小时全实时有效覆盖。3.根据权利要求1所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述星间链路采用Ka频段实现卫星之间的信息传输和交换，所述星间链路的接入模式为在轨内建立环状星间链路，轨道面内半圆对等环状TDD传输，不同轨道面的卫星采用不同频率FDD区分，时间同步由GPS确定。4.根据权利要求1所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述星间链路采用两端收发交错进行形成双环通信网。5.根据权利要求1所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述星间链路的数据路由策略采用按照OLSR路由算法选择最近落地路线，且所述星间链路的OLSR协议通过缩减控制分组以降低信令传输数据量，卫星节点发布其与中继选择节点之间的链路信息。6.根据权利要求1所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述地面段还包括网络服务器和用户服务器，所述网络服务器用于承载所有需要的网络控制与管理功能，并将数据分发到所述用户服务器，所述用户服务器用于为不同的应用供应商提供异构的应用服务；而且，分别位于全球多个位置的多个星座关口站与覆盖区域内的低轨卫星建立星地馈电链路，用于实现星座全球物联数据的实时汇聚，负责将用户数据传输给所述网络服务器。7.根据权利要求6所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述星座馈电链路采用Ka数传载荷作为实现星地之间的信息传输和交换设备。8.根据权利要求6所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：所述星座馈电链路载荷采用CCSDS标准，引入虚拟信道V...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭金杨，刘倩，张双兰，张守蓉，林金芹，李红珠，邹洋，胡宇波，陶伟，
申请(专利权)人：湖南瓴星空间信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43