CN116847453B - 卫星数据传输及卫星物联网接入时间的管理方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及卫星物联网技术领域，公开了一种卫星数据传输及卫星物联网接入时间的管理方法。卫星数据传输包括发送端获取帧结构，所述帧结构包括信令帧和数据帧，所述数据帧包括扩频结构和喷泉码；发送端向接收端发送三个与原始信令帧不同但包含相同数据帧的帧结构，接收端在接收到三个帧结构后对三个帧的信令帧进行比对，取其中两个帧结构的交集作为可靠的信令帧。本申请提供一种新型的帧结构，通过在帧结构中增加空闲帧、同步帧、保护帧等机制，有效提高信号接收质量。通过对传输协议的优化，降低传输时延，提高实时性和传输效率。

Description

卫星数据传输及卫星物联网接入时间的管理方法

技术领域

本申请涉及微信物联网技术领域，具体涉及一种卫星数据传输及卫星物联网接入时间的管理方法。

背景技术

卫星物联网作为一种全球性的物联网，在许多领域都有着广泛的应用。然而，由于卫星物联网的传输性能受多种因素的影响，如发送天线增益小、链路损耗大、传播时延巨大，并且在不同位置时延变化巨大，卫星物联网的传输效率和数据传输质量存在很大的提升空间。

目前，已经存在一些与本发明技术方案相近的优化技术，例如通过增大发送功率或者使用更高效的编码方式来提高信号传输质量；使用多个天线来实现天线分集技术以提高信道质量；采用不同的传输协议来优化传输效率等。这些技术虽然能够在一定程度上提高卫星物联网的传输性能，但是存在一些缺陷和局限性。

首先，采用增加发送功率或者使用更高效的编码方式的方法虽然能够提高信号传输质量，但是会导致更高的能耗和更大的成本，而且也不能够完全解决传输效率和时延问题。其次，天线分集技术虽然能够提高信道质量，但是需要多个天线同时接收信号，增加了天线的数量和成本，而且在卫星物联网的应用场景下可能会存在传感器受空间限制的情况。最后，采用不同的传输协议来优化传输效率的方法虽然能够提高传输效率，但是在实际应用中需要考虑到卫星物联网的特殊性，如传输时延和传输功耗等，而且不同的传输协议适用于不同的场景，需要根据具体情况进行选择。

在卫星物联网领域，上行链路传输优化一直是一个关键的技术问题。目前，卫星物联网主要应用于远程控制、数据传输、远程监控等领域，而在这些应用场景下，上行链路传输的优化都是至关重要的。在某些灾难性事件（如地震、洪水、飓风等）发生时，卫星通信可能成为唯一可靠的通信手段。然而，在这些情况下，由于信号的遮蔽和干扰，卫星通信的上行链路传输会受到很大的影响。本申请所要解决的技术问题是：如何通过优化卫星物联网上行链路传输，提高信号接收质量、降低传播时延，从而提高整体传输性能和效率。

具体的，现有技术在卫星物联网上行链路传输方面存在一些缺点，主要包括以下几点：

（1）、信号弱化：由于卫星物联网的上行链路需要跨越数千公里的距离，信号经过传输后会受到很大的衰减，导致信噪比较低，影响信号的接收质量。

（2）、传输时延较大：卫星物联网的传输距离较长，加上卫星的轨道运动，导致传输时延较大，影响实时性和传输效率。

（3）、接入时间冲突：由于多个用户需要同时接入卫星物联网进行传输，容易发生接入时间冲突，导致传输失败和网络拥塞。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请的实施例分别提供了卫星数据传输及卫星物联网接入时间的管理方法，旨在提高卫星物联网上行链路传输的信号接收质量、降低传输时延、解决接入时间冲突等问题，从而提高整体传输性能和效率。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种卫星数据传输方法，所述卫星数据传输方法包括：发送端获取帧结构，所述帧结构包括信令帧和数据帧，所述数据帧包括扩频结构和喷泉码；发送端向接收端发送三个与原始信令帧不同但包含相同数据帧的帧结构，接收端在接收到三个帧结构后对三个帧的信令帧进行比对，取其中两个帧结构的交集作为可靠的信令帧。

进一步地，所述扩频结构包括依次连接的帧同步码、信道编码、扩频码、符号映射以及导频。

进一步地，通过如下方法生成喷泉码：根据数据源生成数据块；对所述数据块进行编码，生成编码块；对所述编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块作为喷泉码。

进一步地，所述根据数据源生成数据块，包括：获取第一矩阵和第二矩阵，所述第一矩阵为扩展的Vandermonde矩阵，大小为（（k+r）\times）k，其中 k为数据包大小，r为冗余度；所述第二矩阵为随机矩阵，大小为（k \times）n，其中n为编码后的数据包数量；将所述第一矩阵和所述第二矩阵相乘得到喷泉码生成矩阵，利用所述喷泉码生成矩阵生成数据块。

进一步地，对所述编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块作为喷泉码，包括：随机选择 k个数据包作为基础数据包；使用喷泉码生成矩阵中的系数，对所述基础数据包进行线性组合，生成一个新的编码数据包。将这个新的编码数据包添加到待发送的数据包列表中。

进一步地，对所述编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块作为喷泉码，包括：同时生成m个待编码数据包，并将m个待编码数据包分为若干组，每组中包含k个数据包，针对每组数据，生成r个冗余编码数据包，得到n=（m\times）（1+r）个编码数据包。

进一步地，所述喷泉码中加入反馈指数，喷泉码在传输时：发送端每发送一批数据包，会在最后一个数据包中附带一个反馈指数，以表示接收端需要反馈的下一个数据包编号；接收端在接收到数据包后，如果数据包编号小于等于反馈指数，则向所述发送端反馈ACK，并更新反馈指数为下一个需要反馈的数据包编号；如果数据包编号大于反馈指数，则直接丢弃该数据包，不反馈ACK，也不更新反馈指数；

发送端在接收到ACK后，根据反馈指数的更新情况，动态地调整下一批数据包中的反馈指数，如果发送端没有接收到ACK，则重新发送上一批数据包。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种识别装置，包括：提取模块，被配置为提取待识别图像帧的图像特征；输出模块，被配置为将所述图像特征输入至训练好的识别模型，得到所述识别模型输出的目标对象的信息和目标场景信息；其中，所述识别模型包括用于输出所述图像特征中对象的检测信息的检测任务分支，用于输出所述图像特征中像素点的语义信息的语义分割任务分支，以及输出所述图像特征中的场景类型信息的分类任务分支，根据所述检测信息和所述语义信息确定出所述目标对象的信息，根据所述场景类型信息和所述语义信息确定出所述目标场景信息。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种电子设备，包括：控制器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述控制器执行时，使得所述控制器实现上所述的卫星数据传输方法或卫星物联网接入时间的管理方法。

根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行上述的卫星数据传输方法或卫星物联网接入时间的管理方法。

根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述的卫星数据传输方法或卫星物联网接入时间的管理方法。

在本申请的实施例所提供的技术方案中，提供一种新型的帧结构，通过在帧结构中增加空闲帧、同步帧、保护帧等机制，有效提高信号接收质量。通过对传输协议的优化，降低传输时延，提高实时性和传输效率。提供一种精确管理接入时间的接入策略，避免接入时间冲突，提高网络稳定性和传输效率。

应理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请一示例性实施例示出的一种帧结构的示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的生成喷泉码的流程图；

图3是本申请一示例性实施例示出的喷泉码在传输过程中的应答流程图；

图4是本申请一示例性实施例示出的校验码帧结构示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的卫星物联网接入时间的管理方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

实施例1

本申请实施例提供一种卫星数据传输方法，具体是基于扩频技术的卫星物联网帧结构优化改进，帧结构如图1所示，在帧结构中加入扩频结构可以扩展带宽降低带内信噪比，但是会增加码间干扰。为了进一步优化帧结构，本实施例考虑结合卫星网络协议和喷泉码技术，以提高卫星物联网***的通信质量和传输效率。在无线传感器网络中，节点通常分散在广阔的区域内，具有较弱的信号传输能力。此时，需要提高信号的抗干扰能力，降低信道噪声的影响，以便节点之间能够更好地进行数据通信。因此，通过在帧结构中加入扩频结构，以及增加冗余信息和校验码，可以有效地提高通信质量和可靠性。

然而，在这种场景下，仍然面临一个独特的科学技术问题：如何减少重传的数据包数量，提高传输效率，并避免网络拥塞。为解决这一问题，可以引入一个反馈指数机制。该机制可以在数据包中增加一个反馈指数，用于记录接收方已经成功接收的数据包数量。发送方可以通过检查反馈指数，了解接收方的数据接收情况，从而避免无谓的数据重传，提高传输效率，避免网络拥塞。在这个独特的应用场景下，我们可以通过加入扩频结构、增加冗余信息和校验码、以及引入反馈指数机制等独特的方式方法，有效地解决信号抗干扰、数据传输可靠性和传输效率等方面的问题，提高无线传感器网络的性能和应用效果。

具体来说，该卫星数据传输方法包括如下步骤：

步骤1，发送端获取帧结构，所述帧结构包括信令帧和数据帧，所述数据帧包括扩频结构和喷泉码。

如图1所示，帧结构包括信令帧和数据帧，其中数据帧在图中示意为帧1-6，数据帧包括有帧起始标志、帧头、扩频结构、数据部分和帧尾，扩频结构包括依次连接的帧同步码、信道编码、扩频码、符号映射以及导频。数据部分可以为喷泉码，主要包括有冗余信息、校验码和反馈指数。

步骤2，发送端向接收端发送三个与原始信令帧不同但包含相同数据帧的帧结构，接收端在接收到三个帧结构后对三个帧的信令帧进行比对，取其中两个帧结构的交集作为可靠的信令帧。

针对现有技术中，由于信令帧的传输过程中会遭受各种干扰，如噪声、衰落等，传输过程中的误码率较高，从而导致信令传输的可靠性较低。为了提高信令传输的可靠性，目前的技术常常采用冗余编码的方式，但是冗余编码的过程中存在一定的信道带宽浪费问题。

因此在步骤2提出的三倍冗余方法，能够有效地提高信令传输的可靠性，同时避免了信道带宽的浪费。该方法采用三个冗余帧，即发送三个与原始信令帧不同的、但包含相同信息的帧。在接收端，通过一个解码算法将这三个帧进行比对，取其中两个帧的交集作为可靠的信令帧，从而提高信令传输的可靠性。该方法既能够满足信道传输的要求，又能够有效地提高信令传输的可靠性，具有实际应用的价值。

在步骤2中，使用的关键技术包括：

（1）、三倍冗余编码技术：将一个原始信令帧转换为三个冗余帧，提高信令传输的可靠性；

（2）、解码算法：通过解码算法将三个冗余帧进行比对，提取出可靠的信令帧；

（3）、帧差异检测技术：通过检测帧与帧之间的差异，实现解码算法的优化。

与现有技术相比，本申请所提出的三倍冗余方法具有以下创新性：

（1）、节省信道带宽：采用三倍冗余编码的方式，避免了冗余编码过程中出现的信道带宽浪费问题。

（2）、提高信令传输的可靠性：通过引入三个冗余帧和解码算法，提高了信令传输的可靠性，降低了误码率，从而提高了数据传输的成功率。

（3）、灵活性高：该方法具有较高的灵活性，能够适应不同信道环境下的传输要求，具有广泛的适用性。

（4）、算法优化：采用帧差异检测技术对解码算法进行优化，进一步提高了解码算法的效率和可靠性。

总之，本发明所提出的三倍冗余方法，能够有效提高信令传输的可靠性，具有较高的实用价值和市场前景。

在一些实施例中，对传输协议进行了优化，改进了喷泉码的设计，减少了握手次数，降低了传输时延并且提高了传输效率。改进的喷泉码在数据传输时可以在一个包中同时传递多个消息片段，而不是像传统的分组传输协议那样一次只能传输一个完整的消息。因此，使用改进的喷泉码可以在一个较短的时间内传输更多的数据，减少了传输的次数，从而减少了握手的次数。此外，喷泉码还具有高纠错能力，可以提高传输的成功率，减少了需要重新传输的次数，也有利于减少握手次数。因此，改进的喷泉码可以有效地降低握手的次数，提高传输效率。

喷泉码（Fountain Code）是一种近年来被广泛研究和应用的编码方案，其主要作用是提高数据传输的可靠性。相比于传统的纠错码和调制解调码，喷泉码具有更好的容错能力和更高的传输效率，可以在高误差率和不可靠信道的情况下保证数据的可靠传输。在卫星物联网领域，由于信道质量不稳定，使用喷泉码进行数据传输可以有效地提高传输性能和数据传输质量。

在本实施例当中，设计了一个更高冗余度的喷泉码以减少握手次数。该喷泉码主要由三部分组成：源符号生成器、编码器和解码器。其中，源符号生成器用于产生原始数据，编码器对原始数据进行编码，解码器对接收到的数据进行解码和重构。

在设计喷泉码时，本实施例考虑到以下几个方面：

码长和冗余度：为了保证可靠性，冗余度需要足够高，本申请采用更高冗余度的Luby Transform码，来减少握手次数。

编码器的选择：本申请需要考虑到编码效率和复杂，本申请选择使用分层码编码器，以保证编码效率和可靠性。

解码器的选择：在选择解码器时，本申请考虑到其解码效率和复杂度，选择使用LT码解码器，该解码器的解码延迟相比正常解码器更低。

基于以上考虑，本申请改进了基于Luby Transform码的喷泉码。这是一种分层码，采用了异或和线性组合的方式进行编码，将LT码中的冗余度增加，得到了一种更高冗余度的喷泉码。该码可以通过调整层数和码长来实现不同的冗余度和编码效率。如图2所示，该喷泉码主要由以下方法生成：

数据块生成器（Data Block Generator，DBG）：生成用于编码的数据块，数据块大小为k，k为任意正整数。数据块生成器的作用是根据数据源生成一定数量的数据块，用于喷泉码的编码。

符号生成器（Symbol Generator，SG）：对数据块进行编码，生成多个编码块。符号生成器的作用是将数据块进行编码，生成一定数量的编码块。

编码器（Encoder）：对编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块。编码器的作用是对符号生成器生成的编码块进行再编码，从而得到更高冗余度的编码块。

发送器（Transmitter）：将编码块发送给接收方。发送器的作用是将编码器生成的编码块发送给接收方。

在该喷泉码的设计中，通过增加冗余度的方式来减少握手次数。由于冗余度增加，接收方可以从较少的编码块中重建原始数据，从而减少了握手的次数。与此同时，由于编码块的冗余度增加，接收方在解码时可以更快速地恢复数据，并提高了数据传输的效率。

总的来说，该喷泉码通过增加冗余度的方式来提高数据传输的可靠性，减少了握手次数，从而提高了数据传输的效率。

在一些实施例中，提出了一种改进的喷泉码编码机制，传统的喷泉码编码方式使用的是随机生成的编码矩阵，这种方式存在着一定的局限性，不能充分利用源数据的特性，导致编码效率低下。喷泉码是一种基于随机线性网络编码的数据传输方法，其编码机制主要分为两个阶段：生成矩阵构造和编码数据生成。本申请实施例的改进的喷泉码在这两个阶段都进行了一定的改进，以提高冗余度和传输效率。

1）、在生成矩阵构造方面

本实施例所使用的改进的喷泉码生成矩阵是由两个矩阵相乘得到的。第一个矩阵为扩展的Vandermonde矩阵，其大小为 （（k+r）\times） k，其中 k为数据包大小，r为冗余度即额外添加的冗余数据包数。这个矩阵用于将生成数据包的系数随机分布，增加编码的随机性。第二个矩阵为随机矩阵，其大小为（k \times）n，其中n为编码后的数据包数量，这个矩阵用于随机组合第一个矩阵的行，构造生成矩阵。

2）、在编码数据生方面

本实施例使用生成矩阵来生成编码数据。对于每个数据比特，本实施例通过以下步骤生成一个编码数据包：

随机选择 k个数据包作为基础数据包，并从这些数据包中提取对应比特的值。

使用生成矩阵中的系数，对这些基础数据包进行线性组合，生成一个新的编码数据包。新的编码数据包大小为k。

将这个新的编码数据包添加到待发送的数据包列表中。

需要注意的是，为了提高编码的效率，本申请还采用类似批量编码的方式，同时生成多个编码数据包。具体来说，本实施例可以将m个待编码数据分为若干组，每组中包含k个数据包，然后针对每组数据，生成r个冗余编码数据包，最终得到n=（m\times）（1+r）个编码数据包。

在编码数据生成的过程中，改进的喷泉码采用了一些优化措施，加入了多项式哈希函数来随机选择基础数据包，并且使用矩阵乘法加速编码数据的生成过程。

综上所述，改进的喷泉码的编码机制具有较高的冗余度和传输效率，能够有效地减少握手次数，提高数据传输的可靠性和速度。

本申请的编码机制具有高效、可靠、安全等优点。在传输效率方面，由于采用了特定的加密和随机扰动处理方式，因此可以更好地利用源数据的特性，提高编码效率。在传输可靠性方面，由于采用了可逆的线性关系，因此即使在传输过程中出现了数据包丢失或者损坏的情况，也可以通过接收到的其他数据包进行恢复，提高传输可靠性。在传输安全性方面，由于采用了加密和随机扰动处理方式，因此可以有效地防止数据泄露和篡改，提高传输安全性。

在一些实施例中，提出了一种基于喷泉码的异步应答机制，以进一步减少传输延迟和提高传输吞吐量。与传统的同步应答机制相比，本申请提出的异步应答机制采用了增加ACK反馈指数的方式进行应答，并且允许发送端在等待接收端应答的同时进行其他操作，从而提高了传输效率。

如图3所示，在喷泉码传输中，为了保证数据的可靠性，需要反馈ACK，确认接收端已经正确接收到数据包，但是如果接收端没有正确接收到数据包，一般不会反馈NACK，因为在喷泉码传输中，发送端一直发送数据包，直到接收端返回ACK为止，因此发送端会自动进行重传。为了更加有效地进行数据传输，可以采用一种新的应答机制，即“反馈指数”（Feedback Index）Machine具体来说，反馈指数机制的实现需要发送端和接收端的共同配合：

发送端每发送一批数据包，会在最后一个数据包中附带一个"反馈指数"，表示接收端需要反馈的下一个数据包编号。

接收端在接收到数据包后，如果数据包编号小于等于反馈指数，则反馈ACK，并更新反馈指数为下一个需要反馈的数据包编号；如果数据包编号大于反馈指数，则直接丢弃该数据包，不反馈ACK，也不更新反馈指数。

发送端在接收到ACK后，会根据反馈指数的更新情况，动态地调整下一批数据包中的反馈指数。如果接收端没有反馈ACK，发送端则会重新发送上一批数据包。

通过采用反馈指数机制，可以减少重传的数据包数量，从而提高传输效率，同时还可以避免因过多的重传而导致的网络拥塞。

在一些实施例中，在扩频结构中加入卫星网络协议的优化策略，可以减小带内干扰，提高接收信噪比。而喷泉码技术可以通过加入不同长度的冗余码，以及重复发送一部分数据来提高数据的冗余度，从而提高纠错能力。将喷泉码技术应用于帧结构中，可以进一步提高数据传输的可靠性。

综合以上两种技术，可以通过在帧结构中加入扩频结构、卫星网络协议和喷泉码技术，优化数据的传输路由和参数，加强数据的冗余度和纠错能力，从而提高数据传输的效率和可靠性。

本申请的主要技术特点如下：首先，在帧结构中加入扩频结构，通过扩展带宽降低带内信噪比，提高接收信噪比，从而增强信号的抗干扰能力，提高通信质量；其次，在协议帧中增加冗余信息，即在传输的数据中增加一定量的冗余信息，以便在数据传输时能够有效地检测和纠正出现的错误；然后，在协议帧中增加校验码，即利用一定的校验算法对传输的数据进行校验，确保数据传输的准确性，校验码结构如图4所示；最后，在数据包的中增加一个反馈指数，通过采用反馈指数机制，可以减少重传的数据包数量，从而提高传输效率，同时还可以避免因过多的重传而导致的网络拥塞。

本发明与现有方法相比，具有以下优点：首先，本发明通过增加帧结构的扩频结构，有效提高了接收信噪比，从而提高了通信质量和传输效率；其次，在协议帧中增加冗余信息和校验码，可以大大提高数据传输的准确性和可靠性，从而增强了卫星物联网***的稳定性和可靠性。

相较于现有方法，本申请中对于帧结构的优化方法具有以下几点不同之处：

本申请采用了不同的信令帧格式，使用三倍冗余的方式提升了信令帧的可靠性。这意味着，在信令传输过程中，即使存在一定程度的信道干扰和误码，仍然可以有效地检测和纠正这些错误，从而提高了信令的可靠性和传输成功率。

其次，本申请在数据帧中采用了喷泉码的优势进行帧格式设计。这种编码方式具有高效的纠错能力和适应性，可以有效地应对数据传输中存在的信道干扰和噪声问题，从而提高了数据帧的可靠性和传输效率。

另外，本申请还采用了不同的扩频参数来区分信令帧和数据帧。这种设计可以有效地避免信令和数据之间的干扰，从而提高了整个***的通信质量和性能。

相较于现有技术，本申请所提出的卫星数据传输方法具有以下优点：

（1）、低传播时延：通过采用扩频技术和喷泉码技术，本专利在保证高通信质量的同时，能够实现低延迟传输，从而提高了实时性。

（2）、高可靠性：在信令帧中采用三倍冗余的方式提升可靠性，在数据帧中利用喷泉码的优势进行帧格式设计，提高了数据传输的可靠性。

（3）、高信噪比：通过扩展带宽降低带内信噪比，提高接收信噪比，从而增强信号的抗干扰能力，提高通信质量。

这些优点得以实现的关键技术方案包括：

（1）、扩频技术：通过对帧结构中加入扩频结构，实现带宽扩展，从而降低带内信噪比，提高接收信噪比，从而增强信号的抗干扰能力，提高通信质量。

（2）、喷泉码技术：在数据帧中采用喷泉码技术，能够实现多次解码，提高了数据传输的可靠性。

（3）、三倍冗余技术：在信令帧中采用三倍冗余的方式提升可靠性，在传输的数据中增加一定量的冗余信息，以便在数据传输时能够有效地检测和纠正出现的错误。

通过以上技术方案的综合应用，本申请在传输延时、可靠性和信噪比等方面都有明显的优势，能够有效提高通信质量和用户体验。

实施例2

本申请实施例提供一种卫星物联网接入时间的管理方法，对精确管理接入时间的接入策略进行了优化，提前计算好各个接入终端的到达时间，通过时间管理信令进行管理。如图5所示，利用预测式接入策略对终端的接入时间进行预测，以此为基础，结合动态调整接入策略对接入参数进行调整，使得终端的接入时间更加精确。同时，利用基于区域的接入策略将终端按照位置划分为不同的区域，并为每个区域分配一个接入时间窗口。当终端进入某个区域时，根据该区域的接入时间窗口进行接入，从而实现精确化管理。通过这种综合运用，可以充分利用各种策略的优势，减少其缺点，并最大限度地提高卫星物联网的接入效率和精度。具体措施如下：

1、预测式接入策略：该策略通过预测终端的接入时间来实现精确化管理接入时间。具体而言，可以在终端与卫星之间的通信链路上增加一个预测模型，该模型能够根据终端的位置信息和历史数据来预测其接入时间，然后通过时间管理信令通知终端接入时间，从而实现精确化管理。具体内容如下：

（1）、收集位置信息和历史数据：首先需要收集终端的位置信息和历史数据。可以通过终端的定位模块或其他定位技术获取其位置信息，通过卫星与终端之间的通信链路收集终端的历史数据。

（2）、建立预测模型：利用机器学习，建立预测模型。根据终端的位置信息和历史数据，训练模型，使其能够准确预测终端的接入时间。

（3）、集成预测模型：将预测模型集成到通信链路中。可以将模型嵌入到卫星中，以便实时处理终端的位置信息和历史数据，并输出预测结果。

（4）、精确化管理：通过时间管理信令，将预测结果通知终端接入时间，实现精确化管理。例如，在预测终端将于10秒后接入卫星时，向终端发送接入时间为10秒后的信令，从而使得终端能够在指定的时间接入卫星，从而提高通信质量和资源利用率。

需要注意的是，预测式接入策略需要实时处理终端的位置信息和历史数据，因此需要具备较强的计算能力和存储能力。同时，预测模型的精度也需要不断优化，以提高预测的准确性和稳定性。

2、动态调整接入策略：该策略通过动态调整接入参数来实现精确化管理接入时间。具体而言，可以根据终端位置、信号传播延迟等因素动态调整接入参数，使得终端接入时间更加精确。同时，可以采用一些自适应控制算法来进一步提高精度。具体步骤如下：

（1）、收集终端位置信息和信号传播延迟等因素：需要收集终端的位置信息和信号传播延迟等因素。通过终端的GPS模块或其他定位技术获取其位置信息，通过卫星与终端之间的通信链路收集信号传播延迟等因素。

（2）、建立动态调整模型：利用自适应控制算法，建立动态调整模型。根据终端位置信息和信号传播延迟等因素，动态调整接入参数，使得终端接入时间更加精确。

（3）、集成动态调整模型：将动态调整模型集成到卫星物联网***中，并将模型嵌入到卫星中，以便实时处理终端位置信息和信号传播延迟等因素，并输出动态调整结果。

（4）、精确化管理：通过时间管理信令，将动态调整结果通知终端接入时间，实现精确化管理。例如，在终端接入时间需要提前或延后时，动态调整接入参数，并向终端发送接入时间信令，从而使得终端能够在指定的时间接入卫星，从而提高通信质量和资源利用率。

3、基于区域的接入策略：该策略将终端按照位置划分为不同的区域，并为每个区域分配一个接入时间窗口。终端在进入某个区域时，根据该区域的接入时间窗口进行接入，从而实现精确化管理。该策略可以有效减少接入时延，并提高接入效率。具体实现如下：

（1）、区域划分：将服务区域划分为不同的区域，可以根据终端位置、服务类型、通信需求等因素进行划分。

（2）、接入时间窗口分配：为每个区域分配一个接入时间窗口，可以根据该区域的通信负载情况、信号传播延迟、网络拥塞程度等因素来分配。

（3）、终端接入：当终端进入某个区域时，根据该区域的接入时间窗口进行接入，从而实现精确化管理。可以通过发送时间管理信令或在卫星物联网中心控制端进行控制。

（4）、策略调整：根据实际情况动态调整接入时间窗口和区域划分，以适应服务需求的变化。

基于区域的接入策略需要考虑到终端位置和服务需求的变化，同时还需要考虑到网络拥塞和信号传播延迟等因素的影响。对于区域划分和接入时间窗口分配，本申请考虑了数据挖掘和机器学习两个方法来实现自动化。

这三种策略都是针对卫星物联网特殊环境而提出的，并且在具体实现上都有一些创新之处。传统的接入策略通常是基于固定的时间间隔或者固定的参数来进行管理，而这三种策略都在不同程度上进行了优化，提高了接入的精度和效率。此外，这三种策略的具体实现方式也不同，包括增加预测模型、动态调整参数、划分区域等方法。因此，在实际应用中需要根据具体情况选择适合的策略。

上述内容，仅为本申请的较佳示例性实施例，并非用于限制本申请的实施方案，本领域普通技术人员根据本申请的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本申请的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种卫星数据传输方法，其特征在于，所述卫星数据传输方法包括：

发送端获取帧结构，所述帧结构包括信令帧和数据帧，所述数据帧包括扩频结构和喷泉码；

发送端向接收端发送三个与原始信令帧不同但包含相同数据帧的帧结构，接收端在接收到三个帧结构后对三个帧的信令帧进行比对，取其中两个帧结构的交集作为可靠的信令帧；

通过如下方法生成喷泉码：

根据数据源生成数据块；

对所述数据块进行编码，生成编码块；

对所述编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块作为喷泉码；

所述根据数据源生成数据块，包括：

获取第一矩阵和第二矩阵，所述第一矩阵为扩展的Vandermonde矩阵，大小为 （（k+r）\times）k，其中 k为数据包大小，r为冗余度；所述第二矩阵为随机矩阵，大小为（k \times）n，其中n为编码后的数据包数量；

将所述第一矩阵和所述第二矩阵相乘得到喷泉码生成矩阵，利用所述喷泉码生成矩阵生成数据块；

对所述编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块作为喷泉码，包括：

随机选择 k个数据包作为基础数据包；

使用喷泉码生成矩阵中的系数，对所述基础数据包进行线性组合，生成一个新的编码数据包；

将这个新的编码数据包添加到待发送的数据包列表中；

对所述编码块进行编码，得到更高冗余度的编码块作为喷泉码，包括：

同时生成m个待编码数据包，并将m个待编码数据包分为若干组，每组中包含k个数据包，针对每组数据，生成r个冗余编码数据包，得到n=（m\times）（1+r）个编码数据包；

所述喷泉码中加入反馈指数，喷泉码在传输时：

发送端每发送一批数据包，会在最后一个数据包中附带一个反馈指数，以表示接收端需要反馈的下一个数据包编号；

接收端在接收到数据包后，如果数据包编号小于等于反馈指数，则向所述发送端反馈ACK，并更新反馈指数为下一个需要反馈的数据包编号；如果数据包编号大于反馈指数，则直接丢弃该数据包，不反馈ACK，也不更新反馈指数；

发送端在接收到ACK后，根据反馈指数的更新情况，动态地调整下一批数据包中的反馈指数，如果发送端没有接收到ACK，则重新发送上一批数据包。

2.根据权利要求1所述的卫星数据传输方法，其特征在于，所述扩频结构包括依次连接的帧同步码、信道编码、扩频码、符号映射以及导频。

3.一种卫星物联网接入时间的管理方法，其特征在于，卫星物联网基于如权利要求1至2中任一项所述的卫星数据传输方法进行数据传输，所述管理方法包括：

基于预测式接入策略，对终端的接入时间进行预测；

基于动态调整接入策略，对接入参数进行调整，调整终端的接入时间更加精确；

基于区域的接入策略，将终端按照位置划分为不同的区域，并为每个区域分配一个接入时间窗口，当终端进入某一区域时，根据所述区域的接入时间窗口进行接入。

4.根据权利要求3所述的卫星物联网接入时间的管理方法，其特征在于，所述预测式接入策略，包括：

获取终端的位置信息和历史数据；

建立预测模型，根据所述终端的位置信息和历史数据，训练所述预测模型，利用训练后的预测模型预测终端的接入时间；

将训练后的预测模型集成到通信链路中或将训练后的预测模型嵌入到卫星中，以实时处理终端的位置信息和历史数据，并输出预测结果；

通过时间管理信令，将预测结果发送至终端。

5.根据权利要求3所述的卫星物联网接入时间的管理方法，其特征在于，所述动态调整接入策略，包括：

获取终端位置信息和信号传播延迟；

利用自适应控制算法，建立动态调整模型，根据终端位置信息和信号传播延迟，动态调整接入参数，以调整终端接入时间；

将所述动态调整模型嵌入到卫星中，以实时处理终端位置信息和信号传播延迟，并输出动态调整结果；

通过时间管理信令，将动态调整结果发送至终端。