用於在多波束衛星網絡中路由ip數據包的方法和裝置製造方法
2023-05-18 07:30:56 1
用於在多波束衛星網絡中路由ip數據包的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了用於在多波束衛星網絡中路由IP數據包的方法和裝置。用於衛星有效負載通信的示例系統包含數字信道器和再生通信子系統（RCS）。數字信道器包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端用來從多個上行鏈路波束接收多個信號，所述多個輸出端用來輸出多個信號。RCS包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端可選擇地耦合到數字信道器輸出端以從選擇的數字信道器輸出端接收信號，所述多個輸出端可選擇地耦合到數字信道器輸入端以將經處理的信號傳輸到選擇的數字信道器輸入端。RCS被配置為處理多個信號中被選擇的信號，以產生經處理的信號。
【專利說明】用於在多波束衛星網絡中路由IP數據包的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明的領域總體涉及衛星通信，並且更特別地涉及用於在衛星網絡中路由網際網路協議(IP)數據包的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]典型的現代轉發(或者「彎管」)衛星具有金屬或者複合材料框架，該框架容納電源(例如，一個或更多個電池組、太陽能電池和/或類似物)和各種電子組件以及一個或更多個天線。所述組件通常包含一個或更多個「轉發器」，其包含一個或更多個無線電接收器、變頻器和/或發射機。衛星的總帶寬是以轉發器的數目為基礎的。例如，一個已知的可商用衛星具有3528MHz的總可用帶寬，其被劃分為橫跨四十五個C波段和十六個Ku波段轉發器。這樣的轉發器統稱為衛星的「有效負載」。
[0003]典型的模擬轉發通信有效負載通過上行鏈路天線從地球或另一個衛星接收多個上行鏈路波束。每個接收的波束用低噪聲放大器(LNA)進行放大，並且被下轉換(D/C)以用於額外的處理。在上轉換並重新傳輸到地球或另一個衛星之前，可以對下轉換的波束進行切換、多路復用(MUX)或進行路由和組合。
[0004]數字衛星有效負載通常以信道化方式或再生方式運行。信道化有效負載模仿傳統的固定模擬轉發器，但同樣包含精細地劃分、控制以及監控衛星機載的帶寬和功率分配的能力。數字轉發有效負載通常具有輸入端到輸出端的靈活切換。轉發信道僅僅是重複信號，而不作任何修改。因此，轉發器有效負載能夠傳送任何類型的信號，而不考慮格式或調製方式。數字轉發器系統可以被相對容易地修改，從而向後兼容模擬轉發器系統。不同於轉發的有效負載，再生的有效負載能夠執行上行鏈路信號的解調和再調製。在這樣的系統中，用戶信號和嵌入在該信號中的用戶數據被恢復和處理，以使有效負載能夠以期望方式對用戶數據進行操作。嵌入的數據在歷史上已被用於數據包或基於框架的系統中的自主切換和/或用於安全功能。特別地，在嵌入的數據被重新傳輸之前，能夠對其執行錯誤檢測和修正。然而，由於再生系統要求具體的信號和數據類型，因此再生系統通常不是向後兼容的。
【發明內容】
[0005]根據本發明的一個方面，衛星有效負載通信的一個示例系統包含數字信道器和再生通信子系統(RCS)。所述數字信道器包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端用來從多個上行鏈路波束中接收多個信號，所述多個輸出端用來將多個信號輸出到多個下行鏈路波束。所述RCS包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端可選地耦合到數字信道器輸出端以從數字信道器輸出端接收信號，所述多個輸出端可選地耦合到數字信道器輸入端以將經處理的信號傳輸到數字信道器輸入端。所述RCS被配置為處理來自多個上行鏈路波束的多個信號中被選擇的信號，從而為發送到多個下行鏈路波束的多個信號產生經處理的信號。
[0006]本發明的另一方面是在衛星通信中使用的方法。所述方法包括從上行鏈路波束接收多個信號，將多個信號提供給包含多個輸出端的數字信道器的多個輸入端，將來自至少一個數字信道器輸出端的輸出信號提供給再生通信子系統(RCS)，以及將來自RCS的經處理的信號提供給至少一個數字信道器輸入端，以允許數字信道器將經處理的信號切換為用於下行鏈路波束的多個信號。
[0007]本發明的另一方面是用於衛星有效負載通信的系統。所述系統包含信道器、再生通信子系統(RCS)和控制器。所述信道器包含多個輸入端和多個輸出端。所述多個輸入端被配置為從多個上行鏈路波束接收信號。所述多個輸出端被配置為將輸出信號耦合到多個下行鏈路波束。所述RCS包含多個輸入端和多個輸出端。多個RCS輸出端中的每個都耦合到一個不同的信道器輸入端。所述RCS被配置為再生地處理在其輸入端接收的信號並通過其輸出端來輸出經處理的信號。所述控制器被配置為選擇性地將一個或更多個信道器輸出端的輸出信號從下行鏈路波束切換到一個或更多個RCS輸入端。
[0008]有利地，所述RCS可以包含耦合到多個RCS輸入端的基帶數據機、耦合到信道器輸入端的IP路由器以及耦合在基帶數據機和IP路由器之間的匯聚交換機。所述系統可以進一步包含多個選擇器，每個選擇器耦合到一個不同的所述RCS輸出端和一個不同的信道器輸入端。優選地，一個不同的上行鏈路波束耦合到選擇器中的每一個，並且其中選擇器被配置為選擇性地將來自上行鏈路的信號或來自RCS的經處理的信號提供給信道器輸入端。
[0009]有利地，所述系統可以進一步包含耦合到信道器的多個輸出交換機，每個輸出交換機被配置為從一個不同的信道器輸出端接收信號並且選擇性地將接收的信號耦合到下行鏈路波束或一個RCS輸入端。
[0010]有利地，經處理的信號可以包含網際網路協議數據包。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是示例性衛星系統的方框圖。
[0012]圖2是可以用在圖1所示的衛星系統中的示例性有效負載的方框圖。
[0013]圖3是運行圖1和圖2的系統和有效負載的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]如本文所用，以單數形式列舉的和帶有詞語「一」或「一個」的元件或步驟應當被理解為不排除複數個元件或步驟，除非明確指出了這種排除。此外，對本發明的「一個實施例」或「示例性實施例」的引用並非意圖解讀為排除那些同樣包含所列舉的特徵的額外實施例的存在。
[0015]本文所描述的示例性方法和系統涉及基於衛星的通信。更具體地，本文所描述的示例性實施例有助於多波束衛星網絡環境中的網際網路協議(IP)數據包的高效路由。本文所描述的方法和系統通常結合基於信道器的衛星有效負載和數字再生通信系統。信道器的一個或更多個輸出端被定向到再生通信系統以用於處理，並作為IP數據包被輸出回到信道器。由此得到的系統可以有助於減少傳遞數據所需的衛星中繼段(satellite hop)的數目，並因此減小信號傳輸中的延遲，同時提高對用戶的服務質量。而且，所描述的方法和裝置提供了相對低成本的增量方法，以在衛星網絡中提供再生系統。此外，由於橫跨網絡重新同步路由資料庫的減小延遲，減少的衛星中繼段可以使跨多個衛星波束的基於數據包的網絡對故障更具響應能力。
[0016]更具體地參考附圖，圖1是示例性衛星通信系統100的方框圖。在該示例性實施例中，衛星通信系統100包含上行鏈路天線102和下行鏈路天線104。上行鏈路天線102從一個或更多個陸地源(未示出)和/或其它衛星(未示出)接收上行鏈路波束106。下行鏈路天線104將下行鏈路波束108傳輸到一個或更多個陸地源(未示出)和/或其它衛星(未示出)。雖然圖1中僅說明了單個上行鏈路天線102和單個下行鏈路天線104，但通信衛星100可以包含任意適當數目的上行鏈路天線102和下行鏈路天線104。
[0017]衛星通信系統100對上行鏈路波束106進行濾波、放大以及下轉換。通過多個選擇器112將所得到的信號提供給信道器110。一個不同的上行鏈路波束106可以耦合到每個選擇器112。選擇器112選擇性地將其兩個選擇器輸入端中的一個提供給信道器110的信道器輸入端114。在其它實施例中，選擇器112可以包含多於兩個選擇器輸入端。信道器110將輸入信號的每個子帶以數字方式劃分成頻率切片，該頻率切片能夠被獨立地切換、處理、路由和/或重組到提供給信道器輸出端116的輸出子帶中。在其它實施例中，輸入信號被切換並被多路復用，而不進行額外的處理。雖然圖1中說明了三個信道器輸入端114和三個信道器輸出端116，但信道器110可以包含任意適當數目的信道器輸入端114和信道器輸出端116。
[0018]交換機118耦合到信道器輸出端116。每個交換機118可以被配置為從一個不同的信道器輸出端116接收信號。交換機118將來自信道器110的輸出信號選擇性地提供給下行鏈路天線104或再生通信子配件(RCS) 120。RCS120包含用於從信道器110接收輸出信號的RCS輸入端122。RCS120對來自信道器110的輸出信號執行任何適當的再生處理。例如，在一個實施例中，RCS120解調這些信號並訪問存儲在其中的數據。在一些實施例中，所述數據被用於IP數據包路由、密碼安全性和認證、用於語音和數據服務的會話建立、錯誤檢測和/或修正。在處理嵌入在由交換機118提供給RCS120的輸出信號中的數據之後，該數據被重新調製並通過RCS輸出端124輸出到選擇器112。
[0019]通過選擇器112將來自RCS120的輸出信號耦合到信道器110中。例如，每個選擇器112可以耦合到各自的RCS輸出端124、上行鏈路波束106之一以及信道器輸入端114之一。更具體地，RCS輸出信號由信道器110按照與針對來自上行鏈路波束106的信號的上述相同方式處理，並且被路由到交換機118以便傳輸到下行鏈路天線104。
[0020]在該示例性實施例中，衛星100包含控制器126。控制器126以本文描述的方式控制交換機118、選擇器112、信道器110和RCS120的操作。雖然將控制器126圖示說明為單一的分立控制器，但衛星通信系統100可以包含多個分離的控制器126。例如，RCS120可以包含一個或更多個控制器126，信道器110可以包含一個或更多個控制器126等。控制器126可以是用來如本文所述的那樣控制衛星通信系統100的運行的任何其它適當的模擬和/或數字控制器。
[0021]圖2是衛星通信系統100的可替換實施例的方框圖。在該實施例中，在通過選擇器112將信號路由到信道器110之前，由模擬前端200、模數轉換器202和數位訊號處理器204對上行鏈路波束106進行處理。在傳輸到下行鏈路天線104之前，由DSP處理器206、數模轉換器208和模擬後端210對未切換到RSC120的來自信道器110的數字輸出信號進行處理。切換到RCS120的信號通過保護開關212耦合到RCS120。在該示例性實施例中，保護開關212是在系統100中提供冗餘的N:M保護開關。在其它實施例中，可以使用任何其它適當類型的保護開關。
[0022]在本實施例中，RCS120包含基帶數據機214、匯聚交換機216和IP路由器218。匯聚交換機216可以耦合在IP路由器218和至少一個RCS120輸入端之間。基帶數據機214可以耦合在匯聚交換機216和至少一個RCS120輸入端之間。基帶數據機214包含用以從信道器110接收信號的輸入端122，並且基帶數據機214將基帶信號輸出到匯聚交換機216。匯聚交換機216匯聚到達/來自單向的下行鏈路/上行鏈路波束的數據包流量並將匯聚流量呈現給IP路由器218的雙向接口。IP路由器218通過輸出端124路由經處理的信號。RSC120輸出的經處理的信號通過保護開關220被提供給選擇器112。在該示例性實施例中，保護開關220是在系統100中提供冗餘的N:M保護開關。在其它實施例中，可以使用任何其它適當類型的保護開關。
[0023]圖3是運行系統和有效負載(如系統100)的示例性方法300的流程圖。方法300包括從上行鏈路波束接收302多個信號。將所述多個信號提供304給包含多個輸出端的數字信道器的多個輸入端。將來自至少一個數字信道器輸出端的輸出信號提供306給再生通信子系統(RCS)。將來自RCS的經處理的信號提供308給至少一個數字信道器輸入端。
[0024]本文所描述的示例性方法和系統有助於IETF標準網際網路協議(IP)數據包在多波束衛星網絡環境中的高效路由，允許跨多個衛星波束(或地球覆蓋區域)的基於IP的網絡的設計。由此產生的系統有助於減少傳輸數據所需的衛星中繼段的數目，由此減小信號傳輸中的延遲並提高對用戶的服務質量。而且，本文描述的實施例提供了相對低成本的增量方法，以在衛星網絡中提供再生系統。此外，由於在IP網絡拓撲中包括作為路由同位體(routing peer)的衛星節點能夠減少橫跨網絡重新同步路由資料庫的延遲，因此所減少的衛星中繼段可以允許跨多個衛星波束的基於數據包的網絡對故障更具響應能力。
[0025]不同有利實施例的說明被提供以用於說明和描述的目的，而不意圖窮舉或限制為所公開形式的實施例。許多修改和變化對本領域普通技術人員來說將是顯而易見的。此外，不同的有利實施例可提供相比其它的有利實施例不同的優勢。選擇和描述所選定的一個或多個實施例以便最好地解釋實施例的原理、實際應用、以及使本領域其他普通技術人員能理解具有適於預期的特定用途的各種改進的各種實施例的公開。本書面說明書利用示例公開各種實施例，其包含使本領域的任何技術人員能夠實踐這些實施例(包括製造和使用任何設備或系統以及執行任何所包含的方法)的最佳方式。可獲得專利權的範圍由權利要求定義，並且可以包括本領域技術人員能想到的其它示例。如果這些其它的示例具有和權利要求的書面語言相同的結構元素，或者如果其包含與權利要求的書面語言無實質區別的等價的結構元素，則這些其它示例都意在落入權利要求的範圍。
【權利要求】
1.一種用於衛星有效負載通信的系統，其包含: 數字信道器，其包含: 多個輸入端，其用於從多個上行鏈路波束接收多個信號；以及 多個輸出端，其用於輸出所述多個信號；以及 再生通信子系統即RCS，其被配置為處理所述多個信號中的被選擇信號以產生經處理的信號，所述RCS包含: 多個輸入端，其可選擇地耦合到所述數字信道器輸出端以從所述數字信道器輸出端接收信號；以及 多個輸出端，其可選擇地耦合到所述數字信道器輸入端以將經處理的信號傳輸到所述數字信道器輸入端。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述RCS進一步包含網際網路協議即IP路由器，所述IP路由器被配置為通過所述RCS的多個輸出端輸出經處理的信號。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述RCS進一步包含匯聚交換機，所述匯聚交換機耦合在所述IP路由器和所述多個RCS輸入端中的至少一個之間。
4.根據權利要求3所述的系統，其中所述RCS進一步包含耦合在所述匯聚交換機和至少一個所述RCS輸入端之間的基帶數據機。
5.根據權利要求1所述的系統，其進一步包含耦合到所述信道器的多個輸出交換機，所述多個輸出交換機中的每個被配置為從所述多個數字信道器輸出端中不同的一個數字信道器輸出端接收信號。
6.根據權利要求5所述的系統，其中每個所述輸出交換機被配置為可選擇地將信號提供給下行鏈路波束和所述多個RCS輸入端之一中的一個。
7.根據權利要求6所述的系統，其進一步包含多個選擇器，每個所述選擇器耦合到相應的所述RCS輸出端之一、所述上行鏈路波束之一以及所述多個數字信道器輸入端之一。
8.根據權利要求7所述的系統，其中每個所述選擇器被配置為將來自所述上行鏈路波束的信號或來自所述RCS輸出端之一的經處理的信號選擇性地提供給所述數字信道器輸入端之一。
9.根據權利要求1所述的系統，其進一步包含: 第一保護開關，其耦合在所述數字信道器的多個輸出端和所述RCS的多個輸入端之間；以及 第二保護開關，其耦合在所述RCS的多個輸出端和所述數字信道器的多個輸入端之間。
10.一種在衛星通信中使用的方法，該方法包括: 從上行鏈路波束接收多個信號； 將所述多個信號提供給包含多個輸出端的數字信道器的多個輸入端； 將來自至少一個所述數字信道器輸出端的輸出信號提供給再生通信子系統即RCS ;以及 將來自所述RCS的經處理的信號提供給至少一個所述數字信道器輸入端。
11.根據權利要求10所述的方法，其中將從至少一個所述數字信道器輸出端輸出的信號提供給所述RCS包括選擇可通信地耦合到所述RCS的至少一個所述數字信道器輸出端。
12.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括將從未被選擇為可通信地耦合到所述RCS的所述數字信道器輸出端輸出的信號提供給下行鏈路波束。
13.根據權利要求10所述的方法，其中將來自所述RCS的經處理的信號提供給至少一個所述數字信道器輸入端包括將經處理的信號耦合到選擇器，所述選擇器選擇性地將經處理的信號以及從所述上行鏈路波束接收的信號耦合到所述信道器。
14.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括用所述RCS再生地處理從所述至少一個數字信道器輸出端輸出的信號，從而生成經處理的信號。
15.根據權利要求10所述的方法，`其中經處理的信號包含網際網路協議數據包。
【文檔編號】H04B7/185GK103716083SQ201310449579
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2012年10月2日
【發明者】J·P·斯科特 申請人:波音公司