一种北斗短报文传输资源集约化处理方法及系统与流程

本发明属于卫星通信领域，特别涉及北斗卫星的通信，具体是一种北斗短报文传输资源集约化处理方法以及实现该方法的系统。

背景技术：

1、北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统，2020年7月，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。北斗短报文通信服务是北斗卫星导航系统区别于其他全球卫星导航系统的一大特色。

2、北斗短报文通信是北斗用户终端之间利用北斗rdss（即卫星无线电测定业务）通信链路进行短报文通信，其工作原理如图1所示：北斗短报文终端a向北斗短报文终端b发送短报文信息：北斗短报文终端a发送的北斗短报文信息经过北斗卫星，发送至北斗卫星地面站，北斗卫星地面站再将北斗短报文信息发送至北斗卫星，由北斗卫星播发至北斗短报文终端b，完成一次北斗短报文通信过程①→②→③→④。

3、源于北斗卫星短报文资源限制，为更加合理的利用北斗短报文资源，对短报文在各行业领域应用场景以及可申请的资源进行了规定，对单条北斗短报文信息容量进行了限制，大致划分为5个通信等级，见下表。

4、表1北斗短报文通信等级及对应的传输容量表

5、

6、在有限的传输资源限定下，如何传输更多的数据信息，成为北斗短报文各从业者研究的课题。

7、目前最常用的方法是对报文进行压缩，如中国专利申请cn117459069a、中国专利cn112965416b等所披露的技术方案，但压缩效率并不理想。

8、北斗的短报文业务主要应是特定场景下的行业应用，如远程数据采集：用于气象、水文、地震等监测数据的传输，为相关领域的研究和预警提供实时数据支持；物联网应用：在智能家居、智能交通、智能医疗等物联网设备之间，北斗短报文通信提供了一种可靠的通信方式，尤其是在传统通信网络覆盖不足的地区；应急救援与遇险报警：在海上或偏远地区，北斗短报文可以为渔民、探险者等提供紧急信息发送服务，即使在无移动信号的情况下也能发出救援信息；地质灾害监测：北斗短报文通信广泛应用于地质灾害监测领域，如公路桥梁、边坡、大坝、尾矿库等易发生地质灾害的地方，通过高精度位移监测系统实时传输监测数据；海上渔业与交通运输：北斗短报文服务为海上无移动信号的渔民提供信息发送服务，同时也支持海上交通运输的通信需求；公共安全与社会管理：利用北斗三号短报文融合移动通信技术，实现对需管控船舶的有效管理；高精度时空服务：北斗三号短报文通信服务通过卫星与地面通信的双路播发方式，为全球用户提供高精度时空服务，支持实时厘米级和实时亚米级的高精度定位服务；农业与林业：在农业领域，北斗系统的应用帮助农民增产增收，如深松作业机、玉米茎穗兼收机等；在林业，北斗巡护手持终端帮助护林员实现精准巡护；基础设施与城市管理：北斗系统在电力、金融、通信等基础设施中得到应用，并在城市管理中发挥作用，如城市渣土运输管理监控平台、电子网围栏放牧等；电力巡检：用于电力设备巡检、故障排查和电网管理；无人机的监控：传输无人机的状态，实现实时监控。

9、上述的大部分应用中，传输报文的内容和格式都是可以提前确定的，以此为前提，为高效使用北斗卫星短报文资源提供了另外一种思路。

技术实现思路

1、本发明限定应用场景和应用场景下发送的信息格式和数据内容范围，根据不同数据内容的特点，制定不同的空间分配与编码策略，以实现北斗短报文最大程度的传输数据信息。

2、本技术考虑了以下技术：

3、数值差表示法：数值表达中，往往会有表示某一区间数据范围内数据情形，比如中国所处的经度范围约为73°～135°之间，平流层的高度在中纬度地区大致位于离地表10～50公里的高度，因此，在数据传输中，可以取区间最小值为基数，仅传输数据差值，传输完成后加上基数得到真实数据。

4、数值精量表示法：在程序设计中，通常用long型表示8个字节的有符号整型数据，用int型表示4个字节的有符号整型数据，short型表示2个字节有符号整型数据，以short型为例，short型在计算机中占用2个字节，即16个bit位，可表示的数值范围为：-32768～32767，即-215～215-1，那么，如果要表示取值范围在-214～214-1的整型数值，其占用的计算机存储空间为15个bit位，如果还用short型存储，则会造成最高位资源浪费，因此，在数据传输过程中使用15个bit位，传输-214～214-1的整型数值，从而节省1bit位的传输资源，也即在传输取值范围在-2m～2m-1的整型数值数据时，为其配置（m+1）bit位的传输空间，设m/8=n为向上取整数，则可节省传输资源为（8*n-m-1）bit位。

5、量化单位法：在程序设计中，通常用single型表示4个字节的单精度浮点数，用double型表示8个字节的双精度浮点数，量化单位法的主要思想是将小数点后为f位的浮点数f乘以量化单位10f后变为整数，进行数值差表示法和数值精量表示法处理后进行传输，数据传输完成后乘以10-f还原浮点数f，从而节省传输资源。

6、数值代号表示法：数值代号表示法将占用空间较大的相对固定字符或字符串，用约定的数值代号代替传输，传输完成后按照约定协议还原该字符或字符串。如字符a～z， a～z传输时，每一个字符占用1个字节，即8bit。将其转化为0～25，26～51传输，则需要为其分配资源为6bit，即可表示0～63的数据范围，取其中0～25作为a～z的代号，26～51作为a～z的代号，则可以节省2bit的传输资源。如果要传输的为固定短语字符串，则可节省的存储资源更多，比如传输双方约定的传输短语共计8条，分别为0：“好的”；1：“暂定”；2：“同意”；3：“不同意”；4：“请求”；5：“答应”；6：“立即返回”；7：“立即前往”；，若传输对应的文字，则需要传输资源为每个汉字2字节，但如果传输代号，仅需要为其分配1个字节的资源即可满足传输需求。

7、数值余量占用法：数值余量占用是在传输分配资源已定，针对该资源没有占用部分在满足本传输内容的前提下，进行的资源利用，比如平流层的高度在中纬度地区大致位于离地表10～50公里的高度，为该取值范围分配的传输空间为6个bit位，可表示的数值范围在0～63，而表示平流程的高度，只需要10～50的取值范围即可满足，则剩余的传输资源0～9，51～63可用作其他信息的负载传输。

8、通过对上述方法的应用和改进，实现了发明目的。

9、本技术采用的技术方案是：

10、一种北斗短报文传输资源集约化处理方法，所述方法包括：

11、步骤s1：定义应用场景及各应用场景下的报文数量、顺序，确定每个报文的内容规范。

12、步骤s2：将定义好的报文数量、顺序及内容规范存入发送和接收终端，发送终端按定义好的数量、顺序根据内容规范对各报文进行编码并发送。

13、步骤s3：接收终端对接收到的报文根据定义好的数量、顺序和内容规范进行处理。

14、进一步的，所述每个报文的内容规范包括一项或多项内容，每项内容包括序号、类型以及类型对应的内容范围；所述类型包括整型数值、浮点型数值、字符、短语和混合，所述整型数值和浮点型数值的内容范围包括数值范围、所述字符的内容范围包括长度，所述短语的内容范围包括短语集合，所述混合的内容范围包括内容集合和数量。

15、一种可能的方案是：步骤s2中，所述发送终端按定义好的数量、顺序根据内容规范对各报文进行编码并发送包括：

16、步骤s2-1：发送集合 pr= φ。

17、步骤s2-2：根据报文数量，按报文顺序读取报文内容规范；

18、当前报文规范的第 i项内容包括类型 ti和内容范围， i=1~ n， n为内容规范的项数；

19、根据报文数量，按报文顺序读取预发送的报文；对所有报文执行步骤s2-3。

20、步骤s2-3：当前预发送的报文为数组{ a1,a2,…,an}， i的初始值为1；

21、如果 ti为整型数值，执行步骤s2-4；如果 ti为浮点型数值，执行步骤s2-5；如果 ti为字符，执行步骤s2-6；如果 ti为短语，执行步骤s2-7；如果 ti为混合，执行步骤s2-8。

22、步骤s2-4：获取数值范围中的最小值bi和最大值gi， bi=ai-bi；计算 mi=⌈ log 2 (gi-bi )⌉，为 bi分配 mi个bit， pr=pr∪ bi， ⌈ ⌉表示向上取整。

23、 i=i+1，如果 i=n，执行步骤s2-9，否则执行步骤s2-3。

24、步骤s2-5：获取数值范围中的最小值bfi、最大值gfi和小数点后的最大位数fi， bi=( ai-bfi)*10fi；计算 mi=⌈ log 2 ((gfi-bfi )*10fi )⌉，为 bi分配 mi个bit， pr=pr∪ bi。

25、 i=i+1，如果 i=n，执行步骤s2-9，否则执行步骤s2-3。

26、步骤s2-6：获取内容范围中的长度li，如果 ai中的字符个数小于li，添加不足部分为0x00；为 ai中的每个字符分配7个bit； pr=pr∪ bi， bi为重新分配后的结果。

27、 i=i+1，如果 i=n，执行步骤s2-9，否则执行步骤s2-3。

28、步骤s2-7：读取内容范围中的短语集合stri，统计stri中的短语个数sumi，计算 mi =⌈ log 2sumi⌉，将stri中的短语按照其在stri中的顺序以0~sumi-1的数字表示。

29、为 ai中的每个短语分配 mi个bit，以0~sumi-1的数字表示， pr=pr∪ bi， bi为重新分配后的结果。

30、 i=i+1，如果 i=n，执行步骤s2-9，否则执行步骤s2-3。

31、步骤s2-8：读取内容范围中的内容集合stri和数量numi，统计stri中的元素个数sumi，计算 mi=⌈ log 2sumi⌉，将stri中的内容按照其在stri中的顺序以0~sumi-1的数字表示。

32、为 ai中的每个元素分配 mi个bit，以0~sumi-1的数字表示，如果 ai中的元素个数小于numi，添加不足部分为全1， pr=pr∪ bi， bi为重新分配后的结果。

33、 i=i+1，如果 i=n，执行步骤s2-9，否则执行步骤s2-3。

34、步骤s2-9：根据 pr的长度和发送终端的容量计算所需报文的数量ms，将发送集合 pr中的内容顺序分配到ms个报文中进行发送。

35、本发明还提出了一种北斗短报文传输资源集约化处理系统，包括发送终端和接收终端，所述发送终端和接收终端内置应用场景下的报文数量、顺序和每个报文的内容规范；发送终端按定义好的数量、顺序根据内容规范对各报文进行编码并发送，接收终端对接收到的报文根据定义好的数量、顺序和内容规范进行处理。

36、有益效果：采用本技术提出的方法，使有限的短报文传输资源能够传输尽可能多的数据信息；可以将多个报文压缩在一起进行传输，减少传输报文数量，提升短报文传输效率。由于收发双方采用约定的方式进行集约化处理，第三方无法直接获取原始传输内容，起到了加密的作用。