[发明专利]一种全球实时物联网星座系统

权利要求书

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；

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；

OLSR协议中只有MPR节点才转发该节点所发送的控制分组，而其他非MPR节点只进行处理不进行转发；每个控制分组都携带有序列号，可以用来区分新旧信息；

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，每颗低轨卫星的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；

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；

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；

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128AES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。

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。

6.根据权利要求5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。

7.根据权利要求5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。

8.根据权利要求5所述的全球实时物联网星座系统，其特征在于：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。