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田露,李骏平,刘蕾.基于星间链路的全球短报文服务可用性分析[J].中国空间科学技术（中英文）,2024,44(5):166-174.
TIAN L,LI J P,LIU L.Analysis of global short message service availability based on inter-satellite link[J].Chinese Space Science and Technology,2024,44(5):166-174(in Chinese).
一
文章导读
1.研究背景
北斗三号系统是中国独立自主建设的全球导航卫星系统，于2020年7月31日建成并向全球提供服务。北斗三号系统在提供定位导航授时服务外，还集成了星基增强和精密单点定位功能，实现高精度、高完好性，并融合了通信数传功能，实现全球、区域短报文通信及国际搜救服务。
北斗全球短报文系统可为全球范围内任意位置、任意时刻的用户提供短报文服务。全球短报文采用处理转发机制，可在用户终端和地面站之间进行双向通信，实现用户终端之间的通信服务。
北斗全球短报文从源用户入站到信息传输至目的用户的工作流程分为以下几个部分：
1）源境内或境外用户进行接入可见MEO的选星，将用户信息发送到所选MEO。
2）业务接入成功后，MEO卫星通过Ka星间链路将信号传输至境内地面站可见的MEO卫星。
3）境内可见MEO卫星通过星地链路传至地面站，并汇集到地面处理中心。
4）地面处理中心对接收到的用户业务信息进行处理，并对需要回执或转发的用户报文进行出站用户目的卫星调度选择。每隔一定时间，将所有需要出站的报文发送至可见的境内MEO卫星。
5）境内MEO卫星通过Ka星间链路，将需要回执或转发用户报文依据调度队列，传输至目的用户可见的目的卫星。目的卫星在B2b频点中将部分带宽预留给下行短报文。
6）下行短报文通过B2b频点播发给目的用户，目的用户终端对信号进行解调获得相应信息。
在北斗全球短报文的传输过程中，星间链路网络在其中起到重要的作用，而在系统运行过程中或太空对抗中可能发生星座一个或多个节点故障，势必影响全球短报文系统的服务性能。目前关于北斗全球短报文的研究主要侧重在用户端的市场应用和性能分析，几乎没有对系统级的研究，这一背景下，本文针对北斗短报文系统和星间链路的传输特性，设计了基于星间链路的全球短报文仿真分析方法，针对不同的星座故障场景，分析了不同故障场景下对全球短报文系统服务的影响。
2.文章梗概
在北斗全球短报文的传输过程中，星间链路网络在其中起到重要的作用，在系统运行过程中或太空对抗中可能发生星座一个或多个节点故障，势必影响全球短报文系统的服务可用性。针对北斗短报文业务和星间链路的传输特性，设计了基于星间链路的全球短报文仿真分析方法，设计了20个不同的星座故障场景，对仿真数据进行整理，统计不同场景不同时间的短报文服务受损情况。结果表明，当短报文载荷故障卫星总数小于或等于2时，对短报文服务区域几乎无影响，当短报文载荷卫星故障数在3~6时，服务区域损失在10%以内，说明在少量卫星故障下，仍能保持较高的服务可用性，基于星间链路的全球短报文系统具有较好的稳健性。
3.总结与展望
本文针对北斗短报文业务和星间链路的传输特性，设计了基于星间链路的全球短报文仿真分析方法，根据卫星的轨道属性、轨位属性、是否携带短报文载荷等属性设计了20个不同的星座故障场景，对仿真数据进行整理，统计不同场景不同时间的短报文服务受损情况，结果表明：①当短报文载荷故障卫星总数≤2时，对短报文服务区域几乎无影响；②短报文载荷卫星故障数3~6时，服务区域损失在10%以内；③短报文载荷卫星故障数6~8时，服务区域损失在30%以内；④短报文载荷卫星故障数10~12时，服务区域损失在50%以内；⑤短报文载荷故障节点数≤4时，几乎不存在故障卫星的星间链路异常间接导致的短报文服务异常；⑥短报文服务区域影响程度与短报文接入卫星数量下降和星间链路数量下降的关系分析，当境内卫星故障数量较少（＜12）时，短报文服务区域下降主要由短报文接入卫星数量下降引起，但是当境内卫星故障数量急剧增加（≥12）时，星间链路异常间接导致的短报文服务异常急剧增加，短报文服务区域下降由短报文接入卫星数量下降和星间链路减少导致的入站出站服务中断共同导致，服务损失在部分时间可达100%。综合以上结果，用户的可见星冗余和星间链路网络传输路径的冗余保证了系统在少量卫星故障下仍能保持较高的服务可用性，基于星间链路的全球短报文系统具有较好的服务稳健性，影响全网短报文服务可用性的关键节点在于短报文载荷卫星节点和所有的境内卫星节点。基于此结论提出以下3点建议：在星间链路拓扑设计层面，应当增加境内境外卫星的建链数量；在路由设计层面，应当增加星间网络点到点的传输冗余路径；在运行管理层面，通过实现对网络状态的准实时感知，进而提升短报文出入站传输故障节点/链路的及时规避。
二
作者简介
田露，中国电子科技集团公司第十五研究所高级工程师，研究方向为星间链路。
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来源：《中国空间科学技术（中英文）》2024年第5期
编辑：陈飚
监制：祁首冰
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