一种卫星物联网终端地面组网方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星物联网终端地面组网方法及系统，终端节点初始状态均为子节点，子节点通过与无线射频模块向卫星发送连接请求，且连接成功的子节点视为根节点；上述根节点通过卫星向地面站上传数据后，向子节点广播问询帧；接收到问询帧的子节点向信号质量最佳的根节点发送数据；上述根节点接收数据，并通过卫星向地面站上传上述数据，若上传成功，上述收到问询帧的子节点视为中继节；上述中继节点向子节点发送问询帧；上述子节点收到问询帧，并向信号质量最佳的中继节点发送数据；上述中继节点通过数据通路将数据上传至根节点，实现终端设备与卫星的动态通信。实现终端设备与卫星的动态通信。实现终端设备与卫星的动态通信。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星物联网终端地面组网方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，具体涉及一种卫星物联网终端地面组网方法及系统。

技术介绍

[0002]卫星通信终端具备直接与卫星进行通信的能力，但在某些特定场景下，如远洋货轮中集装箱堆叠场景，终端与卫星间存在遮蔽，会造成信号质量差，难以通信的情况。此时就需要终端在地面先行进行组网，将数据汇集后再发至卫星。卫星终端地面组网往往有以下需求：
①
支持远距离传输；
②
功耗低；
③
抗干扰能力强，因此往往采用星状拓扑结构组网或树状拓扑结构组网。
[0003]常见的星状拓扑组网结构：星状拓扑是指从节点依次与中心节点进行通信，中心节点汇聚所有从节点的数据，再向卫星进行数据传输。在这种拓扑结构中有以下问题:
①
单中心的拓扑结构导致效率低下：中心节点无法同时与所有从节点进行通讯，往往采用轮询:中心节点依次问询
‑
从节点应答的方式，汇聚n个从节点的数据往往需要中心节点至少进行n次以上通信，当节点数量较多时，效率很低，时效性差。
②
传输成功率不稳定：在星状拓扑结构中，中心节点往往是固定的，但在实际场景中，并无法确定中心节点一定能够与卫星进行有效通信。
③
覆盖距离短：星状拓扑中，从节点只能与中心节点进行通信，假设两节点通信的有效距离为x千米，那么该结构只能覆盖与中心节点距离低于x千米的节点。从节点距离中心节点较远时，则无法进行通信。
[0004]常见的树状拓扑组网结构：树状拓扑结构指叶子节点将数据传输至子节点后，子节点再将汇总后的数据传输至根节点。该拓扑能够有效拓展节点数量，增大覆盖距离；多条线同时进行传输，时效性较好。但对于根节点或子节点的依赖性仍然很高，假如任一子节点发生故障，都会导致不同数量叶子节点的数据无法成功上传。而且，在卫星通讯的复杂条件下，与星状拓扑相同，难以保证根节点能够与卫星成功进行通讯。
[0005]此外，上述两种拓扑均有固定的根节点负责汇聚数据后直接与卫星进行通信，但在复杂的卫星通讯场景，如可能存在多层遮蔽、金属干扰等情况，无法保证此类节点能够直接与卫星进行通讯。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是传统静态的组网方式在复杂的卫星通讯场景，常常因为上级节点故障而导致的底层节点数据无法上报目的在于提供一种卫星物联网终端地面组网方法及系统，通过各个节点的类型由每次实际连接情况来动态确定及改变，解决传统组网方式中过于依赖某一固定节点，导致该根节点一旦出现故障，就无法与卫星进行通讯的问题。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种卫星物联网终端地面组网方法，步骤包括：
[0009]S1：终端节点通过与无线射频模块连接进行地面组网；
[0010]S2：上述终端节点初始状态均为子节点，子节点通过与无线射频模块向卫星发送连接请求，且连接成功的子节点视为根节点；
[0011]S3：上述根节点通过卫星向地面站上传数据后，向子节点广播问询帧；
[0012]S4：接收到问询帧的子节点向信号质量最佳的根节点发送数据；
[0013]S5：上述根节点接收数据，并通过卫星向地面站上传上述数据，若上传成功，上述收到问询帧的子节点视为中继节点，并建立中继节点至根节点的数据通路；
[0014]S6：上述中继节点向子节点发送问询帧；
[0015]S7：上述子节点收到问询帧，并向信号质量最佳的中继节点发送数据；上述中继节点通过数据通路将数据上传至根节点；
[0016]S8：判断地面站是否接收所有终端节点的数据，若否，则返回S5。
[0017]该方案中，上述终端节点通过与无线射频模块连接进行地面组网，上述无线射频模块为Lora无线通信模块，上述终端节点通过无线射频模块与卫星之间实现通讯。
[0018]上述终端节点初始状态均为子节点，子节点通过与无线射频模块向卫星发送连接请求，且成功与卫星连接的子节点视为根节点；在实际情况下，并不是所有的终端节点都具备直接与卫星进行通信的能力，这里将能够与卫星直接通信的终端节点即子节点视为根节点。
[0019]上述根节点通过卫星向地面站上传数据后，上述根节点通过无线射频模块，将需要问询的信息即问询帧，通过以无线电的形式向子节点广播出去，上述问询帧包括根节点自身类型、ID与待上传数据；
[0020]上述根节点的广播由于距离或遮挡等原因，只有部分子节点能够接收到问询帧，接收到问询帧的子节点根据信号强度与根节点ID，(上述接收到问询帧的子节点，可通过Lora无线射频模块对根节点信号强弱进行检测，并根据根节点ID确定质量最佳的根节点)，上述接收到问询帧的子节点向质量最佳的根节点发送数据，上述数据包括子节点自身类型、ID与待上传数据；
[0021]上述根节点接收到数据，且成功通过卫星向地面站上传上述数据，根据上述子节点的ID，上述根节点通过无线射频模块返回子节点自身类型和ID，且上述根节点向子节点发送成功响应，子节点接收到成功响应后，上述子节点视为中继节点，并记录上述中继节点至根节点之间的数据通路。
[0022]上述中继节点与根节点相似，上述中继节点向子节点，将需要闻讯的信息即问询帧，通过以无线电的形式向子节点广播出书，上述问询帧包括根节点自身类型、ID与待上传数据；
[0023]上述子节点收到来自中继节点的问询帧，并根据信号强度向信号质量最佳的中继节点发送数据，上述数据包括子节点的自身类型、ID与待上传数据，上述中继节点接收数据后并通过中继节点至根结的数据通路将数据上传至根节点；
[0024]地面站判断是否接收所有终端节点的数据，若没有说明地面站仍需接收终端节点的数据，则返回S5，上述根节点接收数据后通过卫星上传至地面站，若上传成功，根据上述子节点的ID，上述根节点向中继节点发送成功响应，上述中继节点通过无线射频模块返回子节点自身类型、ID及发送成功响应，子节点接收到成功响应后，上述子节点也视为中继节
点，上述中继节点继续广播其自身节点类型、ID与问询信息，直至上述地面站接收到所有终端节点待上传的数据。
[0025]综上所述，先根据能与卫星直接通信的终端节点视为根节点，上述根节点根据信号强弱不断发展下线中继节点，上述中继节点再根据信号强弱不断同化中继节点，直至所有子节点都向地面站完成数据传输。提出的地面网络包含根节点、子节点和中继节点三类节点，各个节点的类型由每次实际连接情况来动态确定及改变，代替了传统组网方法中，节点类型较为固定且提前确定的方式。避免了因上级节点故障而导致的底层节点数据无法上报的风险。
[0026]在一些可实施的方案中，一种卫星物联网终端地面组网方法，上述终端节点为终端设备，上述终端设备通过无线射频模块与卫星通讯。
[0027]该方案中，上述终端节点为与卫星无线通讯的终端设备。
[0028]在一些可实施的方案中，一种卫星物联网终端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星物联网终端地面组网方法，其特征在于，步骤包括：S1：终端节点通过与无线射频模块(4)连接进行地面组网；S2：所述终端节点初始状态均为子节点(1)，子节点(1)通过与无线射频模块(4)向卫星发送连接请求，且连接成功的子节点(1)视为根节点(3)；S3：所述根节点(3)通过卫星向地面站(5)上传数据后，向子节点(1)广播问询帧；S4：接收到问询帧的子节点(1)向信号质量最佳的根节点(3)发送数据；S5：所述根节点(3)接收数据，并通过卫星向地面站(5)上传所述数据，若上传成功，所述收到问询帧的子节点(1)视为中继节点(2)，并建立中继节点(2)至根节点(3)的数据通路；S6：所述中继节点(2)向子节点(1)发送问询帧；S7：所述子节点(1)收到问询帧，并向信号质量最佳的中继节点(2)发送数据；所述中继节点(2)通过数据通路将数据上传至根节点(3)；S8：判断地面站(5)是否接收所有终端节点的数据，若否，则返回S5。2.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端地面组网方法，其特征在于，所述终端节点为终端设备，所述终端设备通过无线射频模块(4)与卫星通信。3.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端地面组网方法，其特征在于，所述S2包括：A1：所述子节点(1)通过与无线射频模块(4)向卫星发送连接请求，若连接成功则执行A2，若连接不成功则执行A3；A2：所述子节点(1)视为根节点(3)；A3：所述终端节点仍视为子节点(1)。4.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端地面组网方法，其特征在于，所述S3包括：B1：所述根节点(3)通过卫星向地面站(5)上传数据及自身ID后，执行B2；B2：所述根节点(3)向子节点(1)发送根节点(3)类型、ID与问询信息。5.根据权利要求1所述的一种卫星物联网终端地面组网方法，其特征在于，所述S5包括：D1：所述根节点(3)接收数据，并通过卫星向地面站(5)上传数据，若上传成功，则执行D2；若上传失败，则执行D5；D2：所述根节点(3)根据子节点(1)的ID，通过无线射频模块(4)向收到问询帧的子节点(1)发送所述根节点(3)自身类型、ID与传输成功响应，并执行D3；D3：所述收到问询帧的子节点(1)接收传输成功响应后，所述收到问询帧的子节点(1)视为中继节点(2)，并执行D4；D4：所述中继节点(2)记...

【专利技术属性】
技术研发人员：董浩楠，孙齐峰，陈永军，付祥，霍伟东，张盈利，
申请(专利权)人：重庆两江卫星移动通信有限公司，
类型：发明
国别省市：