T/ZSA 50-2020 低轨卫星物联网系统 体系结构.pdf

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T/ZSA 50-2020 低轨卫星物联网系统 体系结构.pdf简介:

"T/ZSA 50-2020"是中华人民共和国交通运输行业标准中的一项,但它涉及到的具体内容没有直接给出,因此无法提供详细的低轨卫星物联网系统体系结构简介。通常,低轨卫星物联网系统(Low-Earth Orbit Satellite Internet of Things, LEO-Sat-IoT)是一种利用低地球轨道卫星进行物联网通信的技术,其体系结构可能包括以下几个主要部分:

1. 卫星星座:由多个低轨卫星组成,这些卫星分布在低于地球同步轨道的高度,提供广泛的覆盖范围和较高的数据传输速率。

2. 地面站网络:包括地面控制中心、数据接收站和转发站等,用于与卫星通信、监控卫星状态以及处理和转发卫星传输的数据。

3. 终端设备:包括各种物联网设备,如传感器、智能终端等,它们通过卫星进行数据通信,实现远程监控和控制。

4. 通信协议:一套标准化的通信协议,用于卫星与地面设备、设备与设备之间的数据交换。

5. 数据处理与管理:通过云计算和大数据技术,对收集到的卫星数据进行处理,提供决策支持。

6. 安全防护:包括加密技术、身份认证等,保障系统数据的安全。

请注意,具体的体系结构会根据标准的详细内容和技术发展有所变化。要获取更准确的信息,建议查阅相关标准或咨询专业的技术文献。

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本文件规定了低轨卫星物联网系统的构成及主要功能,从系统连通、通信和信息几个不同的视角描 述了卫星物联网的体系架构 本文件适用于各应用领域卫星物联网星座系统、运营系统和应用系统的参考设计

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版 本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。 GB/T33474物联网参考体系结构 GB/T33475物联网术语

低轨卫星物联网系统概述

5.1低轨卫星物联网的功能

低轨卫星物联网是以卫星网络为基础,按照卫星通信协议,将具备传感器的卫星终端物品与卫星网 络相连接,进行数据和指令交互,以实现卫星物联网终端的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种卫星 通信网络。 低轨卫星物联网的本质是数据采集及广播数据通信功能,具体包括: a)数据采集与传输功能:在海洋、沙漠以及其他野外等地基通信网络覆盖盲区CJ∕T 408-2012 好氧堆肥氧气自动监测设备,卫星物联网终端 用户可向天基物联网应用平台或其他终端发送文字、位置等信息,天基物联网应用平台及终端解析显示 该信息。 b)广播数据通信服务:地面网关站将广播发数据发送到卫星上,并上注发送该数据的位置区域 卫星根据飞行轨道计算卫星飞临该区域的时刻,当卫星飞临该区域上空时,将相应的广播数据发送到相 应的终端。

低轨卫星物联网体系的“物”应满足以下条件: a)具备与卫星进行数据传输的能力; b)具备数据发送器; c)遵循物联网的通信协议; d)具有可在物联网中能被识别的唯一编号,

低轨卫星物联网体系的“物”应满足以下条件: a)具备与卫星进行数据传输的能力; b)具备数据发送器; C 遵循物联网的通信协议; d 具有可在物联网中能被识别的唯一编号,

低轨卫星物联网可在海洋、沙漠和野外这些没有传统通信网络覆盖的区域,利用各种传感器实现数 据的采集与信息交互,具体的应用领域一般包括: a)广家海洋、偏远山区、沙漠地区等监测应用。解决传统有线、无线网络信号无法覆盖、难以布 设有线监测系统的困难: b)自然灾害监测和预警。测量偏远与恶劣地区的环境情况,收集环境数据及其变化过程,结合气 候变化等资料,应用于自然灾害监测和预报; c)无人值守的、长期的、大范围的监测和预警。例如监控气流和温度变化对海洋洋流、山区地质 结构的影响等。 d)传统通信手段的补充备份.无线传感网络和卫星传输具有余性、无线性、网络的自组织性 和较强的抗破坏能力。在基础通信设施被毁坏的情况下,低轨卫星通信可作为传统通信手段的补充备份 手段。

低轨卫星物联网系统连通视角的参考体系结构

低轨卫星物联网系统(后文简称“系统")体系架构如图1所示.主要由空间段、地面段、用户段 三部分组成,通过地面支撑网络实现与应用系统的连接。 组成单元包括:卫星、关口地球站、地面接收站、卫星测控中心、天基运营支撑平台、天基物联网 应用平台、低轨卫星物联网用户终端等。 a)空间段:由若干运行在不同轨道面为300km~1500km的卫星,以及极地轨道卫星的星座组 成,其中卫星上的主要载荷为数据收集系统(DCS); b)地面段包括:关口地球站、地面接收站、卫星测控中心、天基运营支撑平台、天基物联网应用 平台、卫星数据中心等网元。地面站有多种类型,按功能分有:主控站、信关站、关口站、接 收站等。其中:主控站和分布在各地的信关站,负责管理整个空间信息网络,为用户提供多样 化业务支持; C> )用户段由不同用途的地面用户终端设备组成,包含:传感器、全球定位系统、射频识别(RFID)

红外感应器等信息传感设备

d 卫星与地面终端的接口为Su接口,卫星与地面站之间的接口为Sg

低轨卫星物联网系统连通性体系架构示意图

空间段是在若干个轨道平面上布置多颗卫星,由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来的卫星 星座。整个星座在结构上连成一体,在地球表面形成蜂窝状服务小区,服务区内用户至少被一颗卫星覆 盖,用户可以随时接入系统。 卫星及其星座的具体要求如下: a)卫星星座类型,有星间链路和无星间链路,系统初期宜采用无星间链路的星座; b)卫星星座的覆盖范围、可见时间。由卫星轨道倾斜角和轨道高度共同决定; C )卫星星座轨道高度应远离范·艾伦辐射带,并避免大气阻力的影响。宜选在300km~1500km

地面段的主控站(测控中心)和分布在各地的信关站(地面接收站),负责管理整个空间信息网络, 为用户提供多样化业务支持。具体说明如下: a)主控站实现对空间卫星和地面各种应用的管理和控制,负责网络管理、平台管理、业务管理 资源管理等; b)信关站完成对用户的管理和地面网的接入,向用户提供各类通信服务,主要负责用户管理、呼 叫管理、任务管理、资源调度、互联互通等。

用户段主要由多种形式用户终端构成。 终端应模块化集成,信令交互流程应尽量简化。 依据使用扩展性划分,用户终端分为单一功能终端和通用智能终端。 司 )单一功能终端:外部接口较少,设计简单,满足单一应用或单一应用的部分扩展。 bI )通用智能终端:外部接口较多,设计复杂,满足2种或2种以上场合的应用。 依据传输通路划分,用户终端分为数据透传终端和非数据透传终端, a 数据透传终端:采集数据通过终端的输人口直接输入,在输入口与应用软件之间建立直接数据 传输通路。 b )非数据透传类终端:采集数据通过终端内的处理器合并后传输.该类终端外围接口种类较多 能够同时传输多路数据。

低轨卫星物联网通信视角的参考体系结构

低轨卫星物联网的数据通信的网络传输见图2所示。在应用终端与卫星之间,卫星与地面接 间采用点对点方式或广播方式进行无线通信.地面段基于地面网络进行传输,地面接收站与数据 据中心与用户之间的数据传输应采用TCP/IP协议

图3系统数据传输示意图

低轨卫星物联网系统的通信过程如下: a 1 部署在各处的传感器采集数据,并发送到数据采集终端。 D 1 数据采集终端完成与低轨卫星物联网系统的同步,并在卫星经过通信覆盖区域时,将采集到数据发 送到卫星;卫星在经过地面站上空时,将接收到的采集数据发送到地面站。 小 1 采集数据经由地面站数据分类处理、通过互联网VPN专用网络传输到运营中心,然后经过大数据 分析、数据建模,提供给航空、海事、林业、地震、水利、气象、海洋、环境监测等行业应用。 用户终端将采集的数据传输到卫星,无星间链路的低轨卫星系统中每个卫星充当一个透明转发器来

中继loT终端和网关站之间的信息传输。具体见

图4以网关站为中心的网络单元简图

低轨卫星物联网单颗卫星覆盖范围达到数千千米的量级,具备服务大规模终端的能力。数据分发模 式下,根据终端的业务需求、优先级、物理位置等将终端分组为若干个组,同一时刻,应只允许某几种 类型的组收发数据,以此来降低拥塞概率

卫星与数据采集终端之间的通信链路分上行链路和下行链路2种 工作频率一般选择UHF、L、S等频段。

上行链路数据及信令传输示意图见图5所示。 终端上行接人过程如下: a)终端根据预存的星历、接收到的不同卫星的广播信息、各星的可通信时间、通信仰角等信息, 选择最佳的通信卫星,利用分配给该卫星的上行PN码进行上行通信。 上行接人有2种方式: 1)通过接收下行广播中的应答完成上行接入过程,即上行数据码中包含了载荷应答请求(ACK) 载荷在完成接收并确认正确后,立即向该终端点对点发送下行ACK,终端收到ACK后即结 束本次上行.否则,将继续重复上行接人请求,直到接收到ACK或者卫星星历显示卫星与 该终端的可通讯时间不满足要求; 2)终端不需要接收下行广播中的应答,自主连续发送两次(或三次)后即结束本次上行, b)用户终端宜能够更加自由灵活的接人系统,可设计区域中心站采集附近几个终端的数据,并对

数据打包, 采用中高速率集中通过区域中心站上

图5上行链路数据传输示意图

用广资瑜通信模式 用户终端主要执行预设和下发任务,并将数据进行上报。用户终端一般应具有如下功能性能要求: a) )应具备兼容北斗的卫星导航定位和授时功能,上行的数据包中应包含定位与授时数据: b)能接收卫星发出的ACK和星历、通信状态(包括信道占用情况、上下行信道速率等一些基本 信息)数据,存贮在终端中,并根据每颗卫星的星历信息,预测出当前可通信时间等信息。 c)结合卫星的通信状态信息,自主选择出最佳的通信卫星,利用分配给该卫星的上行PN码进 行上行扩频通信。 d)平均发射功率约为0.5W,在特殊场景,为提高通信的可靠度DBJ41/T 161-2016 高性能混凝土应用技术规程.pdf,可自主增大终端的发射功率到 6W

7.3.3控制指令链路

a 控制指令由地面卫星中心里的指定控制终端上行发出控制指令,指令里包含了指定某一个或 美终端的区域位置和控制指令内容。 b)载荷在接收到控制类指令后存贮在星务计算机中,并由星务计算机解算出控制指令中的区域 位置。 c)在卫星覆盖该区域时,星务计算机向载荷发出下行命令和指令内容,载荷及时以广播式或点 对点式下行发送控制指令。

下行链路数据及信令传输如图6所示,下行应具备以下三种方式: a)触发性下行:由地面终端ACK请求指令触发,用于载荷和地面终端的对接,并向地面终端传 送卫星星历、轨道位置等信息: b)指令性下行:由卫星地面中心(或控制终端)发出控制性指令,存贮于数管中,由数管判断卫 星是否覆盖到目标地面终端,在卫星覆盖到目标终端时由数管发出发送指令,以控制目标地面 终端; c)周期性下行:由载荷自主发起,周期性(比如5min)向地面发送卫星星历、轨道位置等信息

7.3.5卫星下发广播

a)每颗卫星在用户下行链路的公共播发频点下发广播信号,不同卫星的广播信道利用不同的扩频 码进行区分机房精密空调选型依据及安装,89页可下载.pdf,卫星在广播信道上播发该卫星当前的星历、通信状态(包括信道占用情况、上下 行信道速率等一些基本信息)。 b )用户终端通过接收不同的广播信号完成卫星的区分,终端具有可同时接收多颗卫星广播信号的 能力。

低轨卫星物联网的信息视角的参考体系结构

卫星物联网信息系统参考

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