Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И КОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДОСТУПА С ВРЕМЕННЫМ ДЕЛЕНИЕМ
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И КОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДОСТУПА С ВРЕМЕННЫМ ДЕЛЕНИЕМ

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И КОММУНИКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДОСТУПА С ВРЕМЕННЫМ ДЕЛЕНИЕМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к коммуникационным системам. Технический результат состоит в создании способа и устройства двунаправленной передачи данных, которые были бы свободны от проблем изолирования, возникающих при работе в режиме полного дуплекса, повышали эффективность передачи и использовали бы простые схемные решения адаптирования к работе на спутниках. Сеть спутников поставляет информацию по двунаправленным коммуникационным каналам между отдельными спутниками. Каждый спутник завершает множество каналов. Все спутники синхронизируются для определения структуры пакета данных с постоянной длительностью. Для каждого канала в сети спутниками с обоих концов этого канала одновременно производится передача данных в соответствующие концы этих каналов с использованием одного и того же диапазона частот. Передачи во всех каналах, поддерживаемые спутником, происходят одновременно. Продолжительность передачи зависит от расстояния между этими спутниками. Передачи заканчиваются для всех каналов, поддерживаемых спутником, когда передаваемые данные от противоположных узлов канала распространяются почти на полные расстояния между этими спутниками. После окончания передач каждый спутник принимает информацию, ранее передаваемую от противоположных спутников, в эти каналы. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2136109
Класс(ы) патента: H04B7/24
Номер заявки: 93005342/09
Дата подачи заявки: 25.05.1993
Дата публикации: 27.08.1999
Заявитель(и): Моторола, Инк. (US)
Автор(ы): Грегори Бартон Ватт (US); Раймонд Дж.Леопольд (US)
Патентообладатель(и): Моторола, Инк. (US)
Описание изобретения: Изобретение относится к коммуникационным системам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системам, использующим методы "Параллельного доступа с временным разделением (ТДМА) для соединения в двунаправленных коммуникациях.
Двунаправленные линии связи могут использовать коммуникационные линии связи или каналы, через которые составляются сигналы. Такие сигналы могут посылаться по проводам, оптическим волокнам, или же модулироваться для передачи в пространстве с помощью радиосвязи или акустической связи, осуществляемой по воде или по воздуху. Двунаправленные коммуникации связаны с проблемами помех, например, когда два узла обмениваются информацией, каждый узел должен быть способен различать свои собственные передаваемые сигналы от сигналов, передаваемых другим узлом.
Современные двунаправленные линии связи делают выбор между работой в режиме полного дуплекса и в режиме полудуплекса. Pабота в режиме полного дуплекса использует два противоположно направленных, симплексных или однонаправленных канала, которые работают одновременно. Никаких помех не возникает, так как эти два канала работают независимо друг от друга. Например, один канал может использовать абсолютно независимый комплект проводов или оптических волокон от другого канала, или же один канал может использовать абсолютно независимый диапазон частот или набор частот от другого канала. При работе в режиме полного дуплекса каждый участник передает информацию по одному каналу, одновременно принимая по другому каналу. При работе в режиме полудуплекса используется только один канал. Сигнал может передаваться в любом направлении по этому одному каналу как угодно долго, так как в любое время он передается только в одном направлении.
Помехи исключаются потому, что узлы, использующие этот канал, осуществляют передачу и прием в разное время.
Подобный способ описан в книге "Каналы связи", Н.Д. Босый, Киев, Госиздат, 1963, с. 217-219. В данном известном способе первый набор узлов связи осуществляет обмен сообщениями с соответствующим вторым набором узлов связи по каналу связи. Узлы связи первого набора по отдельности последовательно подсоединяются к одному каналу связи, и в то же время соответствующий узел связи из второго набора подсоединяется к этому каналу связи. Система позволяет осуществить периодическую связь между каждым из соответствующих узлов связи первого и второго набора.
Режим полного дуплекса чаще применяется по сравнению с работой в режиме полудуплекса. Полагая, что один полудуплексный канал и два симплексных канала, используемых при полудуплексной работе, имеют одинаковую пропускную способность, большее количество данных могло бы быть передано при использовании работы в режиме полного дуплекса. Более того, при полной дуплексной связи управление канала и синхронизация становятся тривиальными. С другой стороны, при полудуплексной работе система передачи должна выбирать схемы, для определения временных интервалов передачи различными узлами информации по этому каналу.
Когда радиочастотные коммуникационные каналы устанавливаются в пространстве, особенно во внешнем пространстве, актуальность полной дуплексной работы уменьшается. Например, даже, если два симплексных канала используют различные части спектра, должна быть обеспечена развязка передающих схем, приспособленных для работы в одной части этого спектра, от приемных схем, которые приспособлены для работы в другой части спектра, такая развязка часто осуществляется ценой использования массивных экранов и усложнения схем. Если узел, работающий на одном конце этого канала, расположен на спутнике, вес экрана и повышенная сложность схем могут привести к избыточной стоимости спутника.
Более того, когда узел работает более чем с одним однонаправленным каналом, общее число независимых спектральных диапазонов, необходимых для осуществления информационного обмена без воздействия помех, возрастает.
Так, заданная величина спектра может быть поделена на большее число закрытых, разделенных, независимых частотных диапазонов. По мере возрастания числа частотных диапазонов возрастают и проблемы их изолирования, описанные выше.
Хотя традиционная работа в режиме полудуплекса не связана с проблемами изолирования, присущими работе в режиме полного дуплекса, она имеет свои сложности. Предъявляемое к полудуплексной системе передачи требование одновременного использования только одним узлом этого канала, приводит в результате к неэффективному использованию канала. Может потребоваться, чтобы узлы находились в ждущем режиме в интервалах между передачей одного сообщения и приемом другого. Этот режим ожидания связан со временем, которое необходимо для прохождения сообщения расстояния между узлами, и зачастую превышает длительность прохождения передаваемого сигнала в обоих направлениях между узлами. Например, первый узел, который только что закончил первую передачу в канал, прежде чем принять данные из канала, должен ожидать, пока второй узел закончит прием этой первой передачи, пока второй узел начнет вторую передачу, и пока эта вторая передача достигнет первого узла. Когда узлы расположены на расстояниях сотен и тысяч миль друг от друга, это ожидание может выдать существенные задержки при передаче. Более того, чем больше узлов занято в полудуплексном режиме связи друг с другом, тем существеннее снижается количество данных, которое может быть поставлено между любыми двумя узлами.
В основу изобретения положена задача, создания способа и устройство двунаправленной передачи данных, которые были бы свободны от проблем изолирования, возникающих при работе в режиме полного дуплекса; повышали бы эффективность полудуплексной передачи и использовали бы простые схемные решения, адаптированные к работе на спутниках.
Поставленная задача решается с помощью способа передачи данных между первым и вторым узлами по коммуникационному каналу. Этот способ подразумевает передачу, начиная с первой точки во время, первых данных в канал из первого узла. Начиная, главным образом, с этой первой точки во времени, вторичные данные передаются в этот же канал из второго узла. Первичные данные принимаются из этого канала, начиная со второй точки во времени, во втором узле. Вторичные данные принимаются из этого канала, начиная, главным образом, со второй точки во времени, в первом узле.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схему расположения внешней среды, в которой применяется один из вариантов выполнения настоящего изобретения;
фиг. 2 - схема расположения коммуникационных каналов между узлами коммуникационной сети;
фиг. 3 - блок-схема узла такой коммуникационной сети;
фиг. 4 - временная программа, изображающая двунаправленную систему связи в соответствии с первым примером выполнения настоящего изобретения;
фиг. 5 - временная диаграмма, изображающая двунаправленную систему связи в соответствии со вторым примером выполнения настоящего изобретения;
фиг. 6 - блок-схема процедуры "Управления", выполняемой узлами этой коммуникационной сети;
фиг. 7 - блок-схема процедуры "Начало кадра", выполняемой узлами этой коммуникационной сети;
фиг. 8 - блок-схема данных, передаваемых между узлами этой коммуникационной сети.
Фиг. 1 иллюстрирует базирующуюся на спутниках коммуникационную сеть 10. Сеть 10 распределена вокруг Земли при помощи использования нескольких расположенных над поверхностью Земли коммуникационных узлов, таких как находящиеся на орбите спутника 12. В предпочтительном варианте выполнения спутники 12 занимают полярные, околоземные орбиты 14. В частности, в этом предпочтительном варианте выполнения сети 10 используются семиполярные орбиты с 12 спутниками на каждой орбите. Для ясности на фиг. 1 показаны только несколько из этих спутников 12.
Орбиты 14 и спутники 12 распределены вокруг Земли. Каждая орбита 14 опоясывает Землю на высоте приблизительно 765 км. Благодаря таким околоземным орбитам 14, спутники 12 движутся относительно земли со скоростью около 25000 км/ч. Все вместе спутники 12 формируют совокупность, в которой спутники 12 остаются относительно стационарными по отношению друг к другу, за исключением того, что орбиты сходятся и пересекают друг друга в полярных районах. В частности, каждый спутник 12 располагается на расстоянии около 4000 км от соседних спутников 12, находящихся в той же орбитальной плоскости 14, и электромагнитным сигналом требуется приблизительно 13,4 мс, чтобы пройти это расстояние. Это расстояние внутри одной плоскости и соответствующее время распространения сигнала остаются относительно постоянными.
Фиг. 2 представляет статическую двумерную карту относительной ориентации спутников 12. Со ссылкой на фиг. 1 и на фиг. 2 в любой заданный момент времени спутники 12 в четных орбитальных плоскостях 14а находятся приблизительно в одних и тех же широтах Земли для всех нечетных плоскостей 14b. Однако спутники 12 нечетных плоскостей позиционированы в противофазе по сравнению со спутниками 12 четных плоскостей. В любой заданный момент времени широты спутников 12 нечетных плоскостей приблизительно расположены на половине пути между широтами соседних спутников 12 четных плоскостей.
Линия прямого видения существует между каждым спутником 12 и передним и задним спутниками 12 в одной и той же плоскости 14, и передним и задним спутниками 12 в смежных плоскостях. В предпочтительном варианте выполнения используются радиочастотные коммуникации, предпочтительно в диапазоне 20-30 ГГц для установления каналов и связи 16 между каждым спутником 12 и соседними с ним спутниками 12. Как показано на фиг. 2, на каждый спутник 12 приходится до шести находящихся на линии прямого видения, двунаправленных радиочастотных каналов 16. Согласно фиг. 2, передний и задний каналы 16a и 16b существуют между спутником 12х и предшествующим и последующим спутниками 12a и 12b, соответственно, находящимися на орбите в той же плоскости 14 (т.е. спутниками внутри одной плоскости). Носовой - правый и тормозной - правый каналы 16c и 16d существуют между спутником 12x и предшествующим и последующим спутниками 12c и 12d, соответственно, находящимися на орбите в соседней справа плоскости 12 (т.е. спутниками в пересекающихся плоскостях). Подобным образом носовой - левый и кормовой - левый каналы 16e и 16f существуют между спутником 12x и предшествующим и последующим спутниками 12e и 12f, соответственно, находящимися в соседней слева плоскости 14. Каждый спутник 12, изображенный на фиг. 2, поддерживает подобную ориентацию каналов 16. В предпочтительном варианте выполнения (каждый из радиочастотных каналов 16a - 16f или каждого спутника 12) использует тот же спектр частот, а все каналы 16a -16f передают и принимают сообщения в этом спектре.
Согласно фиг. 1 расстояние между спутниками 12 на смежных орбитах 14 изменяется в зависимости от широты. Наибольшее расстояние между спутниками 12 пересекающихся плоскостей имеет место на экваторе. Это расстояние уменьшается по мере того, как спутник 12 приближается к полярным регионам. Электромагнитным сигналам требуется от 7 до 13 мс в зависимости от широты, для того чтобы пройти между соседними спутниками 12 из пересекающихся плоскостей.
Хотя на фиг. 1 и на фиг. 2 и в вышеприведенном обсуждении описана предпочтительная орбитальная геометрия для сети 10, представляется очевидным, что коммуникационные узлы, обеспечивающие каждый спутник 12, не обязательно должны быть расположены так, как было описано выше. Например, такие узлы могли быть расположены на поверхности Земли или на орбитах, расположенных иначе. Подобным образом точное число узлов может изменяться от сети к сети.
Спутники 12 сообщаются с устройствами на Земле через несколько "Центральных офисов связи"(CSO) 18, из которых на фиг. 1 показан только один: через несколько "Наземных станций управления" (GCS) 20, из которых на фиг. 1 показана только одна, и через любое число радиокоммуникационных абонентских узлов 22, из которых на фиг. 1 показан только один. Абонентские узлы 22 могут быть расположены в любом месте на поверхности Земли. Офисы CSO 18 предпочтительно распределять по поверхности Земли в соответствии с геополитическими границами. Станции GCS 20 предпочтительно размещать в предельно северных или южных широтах, где сходимость орбит 14 заставляет большее число спутников попадать на линию прямого видения одной точки на поверхности Земли по сравнению с более экваториальными широтами. Предпочтительно использовать около четырех GCS 20, чтобы все спутники 12 в этой совокупности могли бы в некоторой точке их орбит 14 выйти на прямую видимость присоединенным им станций GCS.
Ничто не мешает располагать CSO 18 и GCS 20 вместе на Земле. Однако CSO 18 выполняет другую функцию, отличную от функции, выполняемой GCS 20, GCS 20 предпочтительно выполняет функции "телеметрии, слежения и контроля" (TT&C) для этой совокупности спутников 12.
Предпочтительно, чтобы CSO 18 работал как коммуникационные узлы в сети 10. Различные наземно базирующиеся коммуникационные системы, такие как всемирная общественная сеть коммутируемых телекоммуникаций (не показана) может обращаться к сети 10 через CSO 18. Благодаря конфигурации этой совокупности спутников 12 по крайней мере один из спутников 12 находится в пределах видимости каждой точки на поверхности Земли в любой момент времени. Соответственно сеть 10 может установить коммуникационную схему через эту совокупность спутников 12 между любыми двумя абонентскими узлами и CSO 18 или между любыми двумя CSO 18.
На фиг. 3 изображена блок-схема коммуникационного узла, например спутника 12, используемого сетью 10 (см. фиг. 1). Спутник 12 содержит любое число приемопередатчиков. Например, один приемопередатчик 24 обслуживает каждый канал 16. Так, приемопередатчики 24a - 24f соответствуют каналам 16a - 16f соответственно (см. фиг. 2). Кроме того, спутник 12 содержит приемопередатчик 26 "Земля-канал" и приемопередатчик 28 "абонент- узел". Спутник 12 сообщается с CSO 18 и с GCS 20 (см. фиг.1 ) через приемопередатчик 26, и с абонентскими узлами (см. фиг. 1) через приемопередатчик 28.
Каждый из приемопередатчиков 24, 26, 28 связан с соответствующей антенной 30, 32 и 34 соответственно. Из антенн 30, 32 и 34 по крайней мере предпочтительно, чтобы антенны 30a - 30f были направленными антеннами, которые могли бы ориентироваться по максимальной напряженности сигнала в направлении, соответствующем каналам 16a - 16f соответственно.
Каждый приемопередатчик 24 может содержать различные субкомпоненты, сложные в техническом отношении, как это проиллюстрировано в связи с приемопередатчиком 24e "носовой - левый". Например, каждый приемопередатчик 24 может содержать приемник 36 и передатчик 38. Каждый приемник 36 связан с буфером ввода 40, в который помещаются входные данные после того, как эти данные приняты и демодулированы спутником 12. Каждый передатчик 38 связан с буфером вывода 42, из которого данные получают для модуляции и излучения или трансляции за пределы спутника 12. Желательно, чтобы все данные, помещенные в буфере 40-42 во время одного кадра, были бы удалены оттуда к концу следующего кадра. Так, буферы ввода 40 и буферы вывода 42 будут иметь минимальную конфигурацию.
В соответствии с этим предпочтительным воплощением настоящего изобретения приемники 36 и передатчики 38 для каждого приемопередатчика 24 работают в одном и том же диапазоне частот. Более того, приемники 36 работают в другие периоды времени, нежели передатчики 38. Таким образом, приемники 36 и передатчики 38 могут с выгодой разделять многие компоненты, такие как осцилляторы, схемы синхронизации и т.п. (не показаны), упрощая конструкцию спутника. Более того, поскольку приемникам 36 не требуется принимать данные, в момент работы передатчиков 38, необходимо минимальное количество изолирующего экрана. Такая упрощенная конструкция спутника, уменьшение размеров экранирования и минимальное буферирование данных снижают вес спутника, улучшают надежность и снижают стоимость в связи со спутниками 12 в сети (см. фиг. 1).
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения приемопередатчикам 26 и 28 нет необходимости использовать один и тот же спектр частот, как приемопередатчикам 24. Предпочтительно, что приемопередатчики 26 и 28 работали на частотах, существенно удаленных от спектра приемопередатчиков 24, чтобы снизить объем изолирующего экранирования.
Приемопередатчики 24, 26 и 28 вместе с различными компонентами памяти и таймером 44 связаны с процессором 46. Процессор 46 может быть выполнен с использованием одиночного процессора или множества процессоров, работающих в параллельной архитектуре. В общем случае процессор 46 координирует работу и управляет приемопередатчиками 24 таким образом, что спутник 12 принимает переданную информацию от каналов 16, распределяет принятые сообщения среди буферов вывода 42 и передает указанные сообщения обратно в каналы 16. Передаваемые данные также принимаются с поверхности Земли и передаются на земную поверхность через приемопередатчики 26 и 28. Таймер 44 используется для синхронизации процессора 46 и спутника 12 с временными ограничениями, накладываемыми сетью 10 (см. фиг. 1).
Компоненты памяти содержат таблицу 48 длительностей. Таблица 48 приводит в соответствие длительности с широтами в пропорции один к одному. Так, прикладывая широту к таблице 48, может быть получена длительность. В альтернативных вариантах выполнения 48 длительности приводят в соответствие со значениями времени, расстояния - с широтами, расстояния - с временными значениями и т.д. Независимо от выбранного варианта выполнения, путем приложения ключа, который соответствует положению спутника, таблица 48 обеспечивает данные, которые соответствуют длительности, необходимой для того, чтобы электромагнитный сигнал распространился от спутника 12 до соседнего спутника 12 по каналам 16c - 16f пересекающихся плоскостей (см. фиг. 2). Эти данные длительностей зависят от расстояния между спутником 12 и соседними спутниками 12 на указанных широтах. Эти данные могут непосредственно представлять длительность или они могут представлять расстояние, которое, будучи разделено на скорость распространения сигнала, даст эту длительность. Эти данные, используемые в качестве ключа, могут непосредственно представлять широту либо временное значение, соответствующее конкретной точке на орбите спутника 12.
Эти компоненты памяти также содержат другую память 50. Память 50 содержит данные, которые служат в качестве инструкций для процессора 46, и которые, будучи исполнены процессором 46, заставляют спутник 12 выполнять процедуры, которые будут описаны ниже. Память 50 содержит также другие переменные, таблицы и базы данных, с которыми выполняются манипуляции, связанные с работой спутника 12.
На фиг. 4 и на фиг. 5 представлены временные диаграммы, которые иллюстрируют двунаправленную связь в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 4 изображает первый вариант выполнения настоящего изобретения, а фиг. 5 изображает второй вариант выполнения настоящего изобретения. Каждая из фиг. 4 и фиг. 5 изображает только один канал 16 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Тем не менее временная диаграмма, представленная здесь, применима ко всем каналам 16 в сети 10 (см. фиг. 1) Другими словами, все каналы 16 в сети 10 работают преимущественно так, как изображено на фиг. 4 и на фиг. 5.
Согласно фиг. 4, два спутника 12, которые обмениваются информацией друг с другом, такие как спутник 12х и один из спутников 12а-12f (см. фиг. 2), сообщаются между собой, используя пакет данных 52 постоянной длительности. Эта постоянная длительность пакета данных поддерживается по всей сети 10 для минимизации буферирования данных, необходимого для спутников 12, и для упрощения конструкции спутника. Длительность пакета данных 52 может, например, быть приблизительно равной 30 мс. Каждый пакет начинается в один и тот же момент времени 54 для всех спутников 12 в сети 10.
Приблизительно половина каждого пакета данных 52 отведена для передачи данных в канал 16, а другая половина отведена для приема данных из канала 16. Каждый из спутников 12а и 12b начинает передавать информационные данные в канал 16 в один и тот же момент времени и продолжает передачу в течение времени, равного интервалу 56 передачи. Из-за конечной скорости распространения этой информации и конечности расстояния между спутниками 12, требуется определенное время, чтобы информация достигала другого узла этого канала 16. В соответствии с описанной выше орбитальной геометрией эта длительность остается постоянной в пределах 13,4 мс для канала 16 между спутниками 12a -12b (см. фиг. 2), находящимися в одной плоскости. Эта длительность изменяется в пределах от 7 до 13 мс для канала 16 между спутниками 12c - 12f (см. фиг. 2), находящимися в пересекающихся плоскостях, в зависимости от широты спутников 12.
Временной интервал 56 сформирован таким образом, что передача от каждого спутника 12 заканчивается раньше, чем прибудет сигнал от противоположной стороны по каналу 16. После прерывания передачи каждый из узлов работает в режиме приема, и сообщение, передаваемое другой с другой стороны, принимается во время интервала 57 приема.
В варианте выполнения настоящего изобретения, изображенном на фиг. 4, данные, передаваемые от спутника 12x в начале пакета данных 52, принимаются спутниками 12а-12f в конце того же пакета данных 52, а данные, передаваемые от спутников 12a-12f в начале этого же пакета данных 52, принимаются спутником 12x в конце этого же информационного пакета 52.
В соответствии с вариантом выполнения согласно фиг. 5, данные, передаваемые со спутников 12 в начале информационного пакета 52, принимаются противоположными узлами в конце либо того же пакета 52 либо последующего пакета 52. Количество мешающих пакетов 52, в промежутках между которыми информация посылается одним узлом и принимается другим узлом, зависит от расстояния между этими узлами. Нуль или боле мешающих пакетов вставляются тогда, когда существует опасность задержек распространения. Во втором варианте выполнения длина пакета 52 может быть снижена по сравнению с вышеприведенной, согласно варианту выполнения по фиг. 4, например, до 15 мс. Это уменьшение размера пакета снижает общую от начала до конца, задержку распространения сообщения по сети 10 при обмене для пропускной способности канала, когда спутники 12 расположены на определенных дискретных расстояниях друг от друга.
Фиг. 6 изображает блок-схему процедуры 60 "Управления", выполненную отдельным спутником 12. Процедура 60 подразумевает синхронизацию спутника 12 сигналом внешней синхронизации. Очевидно, что хотя процедура 60 описана для одного спутника 12, желательно, чтобы каждый из спутников 12 выполнял бы эту же самую процедуру. В общем случае, процедура 60 "Управления" вызывается, когда принимается команда TT&C из наземной станции GCS 20 (см. фиг. 1). Команда TT& C может повлечь за собой много различных команд, таких, например, как команды управления орбитой, диагностические команды, команды программирования, и т. д. Такие команды TT&C могут дополнительно включать команды синхронизации. При обнаружении команды синхронизации, как это указано запросной задачей 62, программное управление извлекает данные из этой команды синхронизации и программирует таймер 44 (см. фиг. 3) в ответ на данные синхронизации, содержащиеся в этой команде, как показано в задаче 64. В предпочтительном варианте выполнения спутник 12 облетает орбиту один раз приблизительно за каждые 100 минут. Таким образом, спутники находятся над станцией GCS 20 по одному разу и каждые 100 минут и могут синхронизировать свое внутреннее время системным временем сети 10 каждые 100 минут. С каждым спутником 12, выполняющим в основном одну и ту же процедуру, внутренние таймеры 44 всех спутников 12 опознают заданную точку во времени в один и тот же момент. В предпочтительном варианте выполнения таймеры 44 всех спутников 12 остаются синхронизированными друг с другом в пределах 50 мкс. После синхронизации процедура 60 может быть занята операцией TT&C, не связанной с настоящим изобретением. Благодаря проведению процедуры 60 все спутники 12 сети 10 опознают момент времени 54 (см. фиг. 4 и фиг. 5), обозначающий начало пакета данных в одной и той же точке времени для всех пакетов 52.
На фиг. 7 изображена блок-схема процедуры 66 "Hачало кадра", выполняемой отдельным спутником 12. Процедура 66 инициирует спутники 12 обмениваться сообщениями таким способом, который проиллюстрирован на фиг. 4 и на фиг. 5. Oчевидно, что процедура 66 описана для одного спутника 12, желательно, чтобы каждый из спутников 12 выполнял такую же процедуру. Процедура 66 может быть инициирована в ответ на начало каждого пакета данных 52 (см. фиг. 4 и фиг. 5). Процедура 66 может, например, быть инициирована прерыванием, осуществляемым таймером 44 (см. фиг. 3). Процедура 66 непрерывно повторяется, по мере того как обрабатывается непрерывный поток кадров 52 в спутнике 12. Более того, каждый спутник 12 начинает процедуру 66 в один и тот же момент времени, так как все спутники 12 синхронизированы, как описано выше.
Процедура 66 выполняет задачу 68 определения длительностей для передачи интервалов 56 (см. фиг. 4 и фиг. 5). Как отмечалось выше, каждый интервал 56 передачи имеет длительность несколько меньшую, чем время, необходимое для распространения информации по каналу 16. Так как каждый спутник 12 поддерживает множество каналов 16, множество длительностей определено в задаче 68. В плоскости каналы 16а и 16b (см. фиг.2) имеют постоянные задержки распространения, так как спутники 12, завершающие эти каналы 16, остаются на практически постоянных расстояниях друг от друга. Таким образом, соответствующе длительности могут быть получены путем отыскания заранее заданной константы, например 13,4 мс, в памяти 50 (см. фиг. 3).
С другой стороны, задержка распространения для каналов 16 спутников 12с - 12f (см. фиг. 2) на других орбитах 14 изменяется, так как эти другие орбиты 14 сходятся вблизи полярных областей (см. фиг. 2). Tак, соответствующие длительности для этих каналов 16 пересекающихся плоскостей могут быть получены с помощью операции просмотра таблицы, использующей таблицу 48 длительностей (см. фиг. 3). Результирующая длительность будет представлять период времени, немного меньший, чем расстояние между спутниками 12, поделенное на скорость распространения сигнала, которая приблизительно равна скорости света в этом предпочтительном варианте выполнения.
После завершения задачи 68 задача 70 блокирует приемники 36 приемопередатчиков 24 (см. фиг. 3), обслуживающие соответствующие каналы 16a- 16f (см. фиг. 2). Все приемники 36 приемопередатчиков 24 блокируются перед наступающим интервалом 56 передачи (см. фиг. 4 и фиг. 5), когда передатчики 38 (см. фиг. 3) будут активны.
После завершения задачи 70 задача 72 ожидает, без передачи данных, начала наступающего интервала 56 передачи. Задача 72 выполняется независимо для каждого канала 16 спутника 12. Таким образом могут использоваться различные времена ожидания в связи с различными временами каналов 16a - 16f. Эти времена ожиданий могут быть получены из значений длительностей, полученных выше, в задаче 68. В предпочтительном варианте выполнения начало интервала 56 передачи задерживаться в пределах половины пакета данных 52, отведенной для передачи данных так, что первая группа передаваемых данных прибывают на противоположный конец канала 16 в начале принятой части пакета данных 5. Это ожидание соответствует "Задержке пути канала" (LPD) 74, показанной на фиг. 4 и на фиг. 5. Длительность (LPD) 74 определяется вычитанием длительности передачи из длительности передающей части пакета данных 52.
После завершения задачи 72 для каждого канала 16 задача 76 инициирует передачу данных в канал 16. Задача 76 обозначает начало интервала 56 передачи (см. фиг. 4 и фиг. 5). После завершения задачи 76 задача 78 продолжает передачу для соответствующих каналов 16 через длительность интервала 56 передачи, а задача 80 останавливает передачу в каждом канале в конце временных интервалов 56 для каналов 16. Передача в каждый канал 16a - 16f заканчивается практически в один и тот же момент времени для всех спутников 12. Этот момент должен произойти лишь перед началом интервала 58 приема, буфер 82 времени передачи/приема, проиллюстрированный на фиг. 4 и фиг. 5, предназначен для компенсации любой ошибки синхронизации между спутниками 12 сети 10.
После остановки передач задачей 80 задача 84 разблокирует приемники 36 приемопередатчиков 24 или наступающего интервала 58 приема. Приемники 36 приводятся в действие концом временного буфера 82 (см. фиг. 4 и фиг. 5), и выполняется задача 36 для каждого канала 16, обеспечиваемого спутником 12, для принятия любых данных, направленных туда через эти каналы 16. Задача 86 принимает данные от различных каналов 16 и прокладывает маршрут этим данным к соответствующим буферам 42 вывода (см. фиг. 3).
На фиг. 8 графически представлены данные, которыми обмениваются между собой узлы в сети 10. Желательно, чтобы эти данные были сформатированы в пакеты 88, с каждым пакетом 88, содержащим часть 90 заголовка и часть 92 полезной нагрузки. Заголовок 90 содержит данные выбора маршрута и любые другие управляющие данные сети, которые могут оказаться полезными для сети при обеспечении коммуникационного обслуживания. Часть 92 полезной нагрузки содержит данные, которые передаются сетью 10.
Согласно фиг. 7 в ходе выполнения задачи 6 процессор 46 проверяет заголовки 92 с целью определения, по какому маршруту следует направить эти корреспондирующие пакеты 88. После принятия этого решения пакеты 88 помещаются в буферы 42 вывода (см. фиг. 3), ассоциируемые с теми каналами 16, которые передают эти пакеты 88 к их предполагаемым пунктам назначения. И, наоборот, некоторые из заголовков 92 могут указать на то, что их корреспондирующие пакеты 88 должны передаваться через приемопередатчики "Земля-канал" или "абонент-узел" 26 или 28 соответственно (см. фиг. 3 ) для доставки.
Задача 86 продолжает непрерывно принимать интервал 58 (см. фиг. 4 и фиг. 5). Как отмечалось выше, данные передавались только во время интервала 56 передачи, а интервал 56 короче, чем половина пакета данных 52, который отведен для передачи данных. Следовательно, интервал 58 приема заканчивается раньше, чем конец половины пакета данных 52, отведенный для приема данных, и раньше, чем конец пакета данных 52. Временной интервал 94 выбора маршрута остается внутри пакета данных 52 после интервала 58 приема. Временной интервал 94 выбора маршрута может использоваться процессором 46 (см. фиг. 3) для продолжения выбора маршрута для всех данных, принятых во время интервала 58 приема (см. фиг. 4 и фиг. 5) в подготовке к следующему интервалу 56 передачи следующего пакета данных 52.
После завершения задачи 86 программное управление прекращается или выполняет другие задачи, не связанные с настоящим изобретением. Однако, когда появляется следующий пакет данных 52, процесс 66 повторяется.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает улучшенную двунаправленную коммуникационную систему и способ передачи. Заявленные способ и устройство не связаны с проблемами изолирования, ассоциируемыми с полной дуплексной работой, потому что приемникам не нужно работать в то время, когда работают передатчики. Более того, заявленные способ и устройство не содержат проблем задержек и управления, связанных с традиционной работой в режиме полудуплекса. Управление обеспечивается благодаря тому, что все спутники 12 работают синхронно, в соответствии с обеспечиваемой извне системой времени. Задержки сигнала минимизированы, так как оба участника связи передают в канал одновременно. Таким образом, эти каналы одновременно поддерживают связь, осуществляемую в противоположных направлениях.
Более того, заявленные способ и устройство упрощают конструкцию спутника. Небольшое экранирование необходимо в целях изолирования, поскольку передатчики и приемники не работают одновременно. Относительно небольшое буферирование данных требуется потому, что используются кадры постоянной длительности, а все данные маршрутизируются через спутник в пределах одного пакета данных. Более того, многие схемные компоненты могут разделяться между различными передатчиками и приемниками, используемыми для обеспечения множества коммуникационных каналов. Простота конструкции спутника снижает вес и потребляемую мощность и повышает надежность, все это ведет к снижению стоимости спутника.
Настоящее изобретение было описано выше со ссылками на предпочтительные варианты выполнения. Однако представляется очевидным, что в этих предпочтительных вариантах выполнения могут быть сделаны изменения и модификации, не выходящие из объема настоящего изобретения. Очевидно, например, что орбитальная геометрия, значения расстояний и синхронизация, упоминаемые выше, представлены только в качестве примеров, и что концепция настоящего изобретения применима к подвижным и неподвижным узлам сети, а также к узлам сети, которые могут иметь различную геометрию, и могут отличаться различными значениями времен синхронизаций и расстояний.
Надписи к чертежам
Фиг. 3 - 24e - носовой - левый приемопередатчик; 36 - приемники; 38 - передатчик; 40 - буфер ввода; 42 - буфер вывода, 24a-f - приемопередатчик, носовой - правый приемопередатчик, кормовой - правый приемопередатчик, кормовой приемопередатчик, кормовой - левый приемопередатчик; 26 класса - приемопередатчик "земля-канал"; 28 - приемопередатчик абонентского узла; 44 - таймер; 46 - процессор; 48 - таблица длительностей; 50 - другая память.
Фиг. 4 - пакет данных; 56 - интервал передачи; 58 - интервал приема; 74 - задержка пути канала; 94 - выбор маршрута.
Фиг. 5 - пакет данных 1, пакет данных 2; 56 - интервал передачи; 58 - интервал приема; 74 - задержка пути канала; 94 - выбор маршрута.
Фиг. 6 - 60- управление; 62 - команда синхронизации; 54 - установить таймер; ТОР - стоп; y-да; x- нет.
Фиг. 7 - 66 - начать кадр; 68 - определить длительности передачи; 70 - заблокировать приемники; 72 - ожидать время начала передачи; 76 - инициировать передачу в каналы; 78 - продолжить передачи по длительностям; 80 - остановить передачи по всем каналам одновременно; 82 - разблокировать приемники; 86 - принять и определить маршрут коммуникаций по каждому каналу.
Фиг. 8 - 88 - пакет; 90 - полезная нагрузка; 92 - заголовок.
Формула изобретения: 1. Способ обмена сообщения по каналу связи между первым и вторым узлами связи, заключающийся в том, что упомянутые сообщения передают по каналу связи, осуществляют прием сообщения, переданного по упомянутому каналу связи, в каждом из упомянутых узлов связи, отличающийся тем, что передачу сообщений осуществляют с определенной скоростью, определяют длительность передачи, меньшей периода времени, равного отношению расстояния между упомянутыми первым и вторым узлами связи к скорости распространения, причем сообщения передают по каналу связи от первого и второго узлов связи, по существу, одновременно и в пределах длительности передачи, а прием производят после момента окончания передачи.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый канал связи является радиочастотной линией связи, а при передаче производят модуляцию упомянутых сообщений с возможностью передачи сообщений по каналу связи из упомянутого первого и второго узлов связи, по существу, в общей частотной полосе.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй узлы связи движутся один относительно другого, а передачу и прием начинают и заканчивают в пределах одного цикла, причем повторно определяют длительность передачи и повторно передают и принимают в пределах циклов постоянной длительности.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при передаче сообщений передают первый пакет сообщений из упомянутых первого и второго узлов связи, при этом дополнительно передают второй пакет сообщений по каналу связи из упомянутых первого и второго узлов связи по окончании приема, причем второй пакет сообщений передают из первого и второго узлов связи, по существу, одновременно, осуществляют прием первого пакета сообщений, переданного по каналу связи, в первом и втором узлах связи по окончании передачи второго пакета сообщений, причем прием первого пакета сообщений производят в момент, когда не производится передача сообщений.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют синхронизацию передачи и приема, начинающихся, по существу, в один и тот же момент времени.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно разносят во времени передачу и прием так, что прием сообщений производят только в то время, когда не осуществляют передачу сообщений.
7. Узел для ретрансляции сообщений в сети разнесенных узлов связи, размещенных с заранее заданной ориентацией, содержащий множество передатчиков, множество приемников, таймер, средство для синхронизации таймера, отличающийся тем, что средство для синхронизации таймера выполнено с возможностью синхронизации с внешним сигналом, множество передатчиков реагируют на упомянутый таймер для одновременной передачи множества сообщений в течение первой длительности в общей частотной полосе к соответствующему множеству упомянутых сетевых узлов, множество приемников реагируют на упомянутый таймер для одновременного приема множества сообщений в течение второй длительности в указанной полосе частот от соответствующего множества сетевых узлов, при этом введено средство, соединенное с указанными передатчиками, для предотвращения одновременной работы любого из множества приемников в течение упомянутой первой длительности или любого из упомянутых передатчиков в течение второй длительности.
8. Узел по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для определения первой и второй длительности, с которыми предписано работать множеству передатчиков, причем упомянутые первая и вторая длительности зависят от расстояния между упомянутым узлом и множеством сетевых узлов, средство для синхронизации передатчиков, связанное со средством обнаружения первой и второй длительности, причем синхронизацию осуществляют таким образом, что каждую из множества передач продолжают в течение соответствующей заданной первой и второй длительности, и чтобы упомянутое множество передатчиков заканчивало свою работу одновременно.
9. Способ передачи данных, при котором осуществляют передачу данных между первым и вторым узлами связи по каналу связи, отличающийся тем, что первый сигнал передают из упомянутого первого узла связи к второму узлу связи в первый момент времени в течение первой длительности, второй сигнал передают из второго узла связи к первому узлу связи в первый момент времени в течение второй длительности, при этом указанные первая и вторая длительности меньше, чем время, требуемое для распространения сигналов из второго узла к первому узлу связи и из первого узла связи к второму узлу связи соответственно.
10. Способ передачи данных по п.9, отличающийся тем, что данные принимают во втором узле связи во второй момент времени в течение первой длительности и принимают во второй момент времени в первом узле в течение второй длительности.
11. Способ передачи данных по п.9, отличающийся тем, что передачу первого сигнала из первого узла связи к второму в течение первой длительности, передачу второго сигнала из второго узла связи к первому в течение второй длительности, прием первого сигнала во втором узле связи и прием второго сигнала в первом узле связи непрерывно повторяют.