高通量卫星及融合组网技术在自然保护地生物多样性监测领域的应用研究顾环宇段冀新谢小芳张晓张露【摘要】建立自然保护地是保护生态环境和生物多样性的有效措施，是设立生态屏障、维护国土生态安全的重要手段。自然保护地区域辽阔、基础设施薄弱，现场数据和态势的及时传输成为关键。针对保护地广阔、分散、基础设施安装困难的特点，论文选用高通量卫星及组网通信技术，开展在自然保护地生物多样性监测领域的应用研究。【Abstract】Theestablishmentofnaturereservesisaneffectivemeasuretoprotecttheecologicalenvironmentandbiodiversity，andisanimportantmeanstoestablishecologicalbarriersandmaintainnationalecologicalsecurity.Thenaturereservehasalargeareaandweakinfrastructure，andtimelydatatransmissionofon-sitedataandsituationsbecomesthekey.Inviewofthecharacteristicsofwideandscatteredprotectedareasanddifficultinstallationofinfrastructure，high-throughputsatellitesandnetworkcommunicationtechnologieswereselectedtocarryoutappliedresearchinthefieldofbiodiversitymonitoringinnaturereserves.【关键词】高通量卫星;自然保护地;生物多样性监测;物联网;VPN;OSPF【Keywords】high-throughputsatellites;naturereserves;biodiversitymonitoring;internetofthings;VPN;OSPF【中图分类号】P74【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2020）08-0192-031引言自然保护地地域辽阔，红外相机、视频等手段采集难度大、空照片空视频较多，回收数据可用率较低;巡护科考人员数据采集量较大，缺少数据上传网络环境;驻守保障人员存在工作环境通信配套设施需完善，工作人员稳定性有待提高等问题。基于多点波束、星地融合物联网平台技术和面向卫星基站的融合通信覆盖技术等高通量卫星相关关键技术，有效解决偏远自然保护地的红外相机、视频、环境因子等数据监测和回传问题。2关键技术介绍2.1高通量卫星关键技术2.1.1多点波束技术为了满足日益增长的通信带宽需求，Ka高通量宽带卫星使用大量的点波束实现广域范围覆盖，利用频率复用技术及区域波束组网技术，以满足同频、同时向多点通信的目的。2.1.2频率复用技术将带宽分为多个子波段，基于多点波束技术，使得大量不相邻的点波束之间可以使用相同频率，显著增加了频率利用率和卫星通信容量。为了保障波束间无干扰，使用窄波束且波束间有一定间隔。但实际中为保证覆盖和通信的连续性，波束间会有重叠，采用极化复用和地区隔离相结合的方式重复使用频率，以扩展通信容量。2.1.3高增益波束采用多波束技术和频率复用技术增大通信容量，为了提高频谱资源复用率，需确保波束数量尽量多，同时波束宽度尽量小。因此，Ka高通量卫星系统采用了高增益、低噪声射频设计、窄波束等技术，成为未来的发展趋势，高增益天线技术大大提高了卫星G/T值，并简化了地面终端设备，使其小型化。2.2物联网平台关键技术2.2.1数据统一接入技术针对物联网平台中，不同传感器、摄像头等采集设备多样复杂，数据格式繁多的特点，需要建立数据的统一物联网数据标准规范。在数据采集层，建立起统一的数据采集接口和方法，简化设备对接的工作、同时使得各类设备快速接入物联网平台;在平台侧，采用领域模型方法，抽象出属性、测量值、告警等通用信息，对各类设备统一进行数学建模，形成统一规范的模型数据，便于分析管理，赋能上层应用构建。2.2.2物联网数据分析及存储技术面对物联网数据异构多样化、数量及类型完全不同的情况，以大数据技术为基础，研究数据提取、清洗、分析、存储等技术，通過模型来构建用户业务预警机制的技术，为构建业务应用场景提供支撑。2.3融合通信技术研究2.3.1OSPF技术网络通信中存在多类路由通信协议，其中OSPF协议是特点较为鲜明的一种。OSPF路由协议全称为OpenShortestPathFirst，即开放的最短路径优先协议，用于在链路状态数据库的基础上通过最短路径优先算法计算得到路由表，因此OSPF的收敛速度较快。由于其特有的开放性以及良好的扩展性，被绝大部分客户所认可并实际在网络中广泛部署，OSPF协议广泛应用于各个行业，如教...