CN103687081A - 一种适用于小卫星集群的自适应组网方法 - Google Patents
一种适用于小卫星集群的自适应组网方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，本方法采用集中式资源分配与分布式路由相结合的方式，采用时分多址与随机竞争组合接入方法，通过特定的信息帧格式及内容定义设计，配合所设计的小卫星集群自适应组网方法，本发明包括三个阶段，分别为：1、小卫星发射入轨；2、初始组网，初始组网分为先后开机组网模式和同时开机组网模式；3、网络动态路由建立与维护，最终实现小卫星群的自适应组网。本发明有效地解决了分布式卫星系统快速组网与自适应灵活组网的矛盾，对于分布式卫星系统的特殊应用场景及特点具有较强的针对性与适应性。
Description
技术领域
本发明的一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，属于卫星网络技术，特别是卫星编队组网领域。
背景技术
现有的通信卫星星座系统，比如铱星、全球星系统，卫星位于不同轨道面，构成固定星座构型，卫星间通信链路确定；而小卫星编队系统，比如Techsat-21、TanDEM-X、GRACE等，同样采用固定编队构型，这些系统仅仅建立了固定的星间通信链路，不具备星间数据交换和多跳传输能力，尚不足以称之为星间网络，更不能实现自组网。美国提出的F6系统概念，系统能自主运行，支持模块加入/退出，集群中各模块通过网络实现资源共享，面对威胁能够实现自主重构。但并未给出具体的集群内自适应组网MAC协议设计方法。现有地面自组织网络MAC协议已提出多种基于TDMA（时分多址）的协议设计，但均是针对地面自组网网络各自特点所设计，与小卫星集群应用背景不完全相同。
本专利设计的系统及方法与目前国内外在轨运行以及文献专利中设计的系统均不相同，具有一定的新颖性。相关系统的基本情况如下：
（一）卫星星座系统
（1）Iridium系统
文献“第二代铱星系统及其搭载应用概况，吴建军程宇新等，第六届卫星通信新业务新技术学术年会，2010.3”中描述了铱星系统的基本情况：66颗低轨道卫星星座，。
（2）Globalstar系统
文献“卫星通信系列讲座之八全球星系统概况，张更新李罡等，数字通信世界，2007.12”描述了全球星系统基本情况：48颗低轨道卫星星座和分布于全球的38个地面信关站组成，16波束固定多波束天线，无星间链路，星上透明转发。系统建设、运行、管理和维护成本极大。
（3）ICO系统
文献“中圆轨道卫星通信系统ICO，林子杰，天津航海，2002.3”中描述了ICO系统基本情况：10颗中轨道卫星星座和7个地面关口站组成，120波束固定多波束天线。多波束天线技术复杂，系统建设、运行、管理和维护成本高。
（4）中轨赤道卫星星座方案
申请号为CN99106177.2的专利“中轨赤道卫星星座方案”，设计的系统由均匀分布在赤道上方的四颗或五颗卫星组成。该方案对于高纬度地区覆盖困难，且仅仅给出了星座设计，没有关于通信方法的设计。
（5）一种综合卫星通信系统框架与星座
申请号为CN99114761.8的专利“一种综合卫星通信系统框架与星座”，设计了一种中国综合卫星通信系统，它是由同步卫星和若干个非同步卫星构成，非同步卫星是由中轨卫星或椭圆轨道卫星星座组成，具有区域性和时限性。该系统用于中国区域实时通信和非实时全球数据通信。
（二）卫星编队系统
目前国际上现有分布式卫星系统一般针对特定任务设计，每颗卫星配置相同，集多种功能于一身，且连接关系基于系统功能设计，一般不能根据任务和需求的变化而改变，自适应性与扩展性差。比如，Techsat-21计划星间距离在100m到5km，星间链路主要是传递编队位置时间信息和载荷的情况，速率仅为128bps[2]；TanDEM—X任务星间交互信息主要是GPS的位置信息以及姿态状态信息，每10s以32kbps发送[3]；GRACE星间链路具有测距功能[4]。
在星间网络方面，现有系统仅仅建立了固定的星间通信链路，不具备星间数据交换和多跳传输能力，尚不足以称之为星间网络。
（三）F6卫星系统
针对分布式同构卫星系统的不足，美国国防高级研究计划局（DARPA）提出了分离模块概念，并开展了实现该概念的F6项目[5,6]。F6英文全称为“Future,Fast,Flexible,Fractionated,Free-Flying Spacecraft”，直译为通过信息交换连接的“未来、快速、灵活、分离模块、自由飞行航天器”，是美国国防高级研究计划局对分离模块概念进行的技术研发和演示验证项目。
美国DARPA计划在2014-2015年进行F6的LEO在轨演示验证，该验证系统命名为“昴宿星”（Pleiades）。初期目标仅是实现分布式系统的功能性指标，即①系统能自主运行，支持模块加入/退出；②集群中各模块通过网络实现资源共享；③面对威胁能够实现自主重构。
如图所示，“昴宿星”（Pleiades）由7个模块构成，每个模块飞行器具备通用的功能单元—平台控制功能单元（ACS）和通信功能单元（Communications），以实现模块群的编队控制和组网通信。在通用功能单元配置基础上，不同模块飞行器配置不同功能的专用功能单元，包括传感器载荷（sensor）单元、存储（Storage）单元、数据处理（Processor）单元等。配置了专用功能单元的模块飞行器即可在模块群编队系统中完成相应的专用功能，各模块飞行器之间通过通信功能单元实现星上大容量存储、数据处理以及对地传输等资源共享。
F6演示系统模块航天器之间的通信单元采用自组织网络技术实现组网通信，采用无中心网络结构，模块航天器之间为对等通信节点，具有无中心化、自发现、自动配置、自组织、故障自愈以及高可靠性和高可用性等特点。
但该系统设计并未给出具体的组网方法。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，本发明采用了集中式资源分配与分布式路由相结合，并对信息传递进行一体化设计，实现组网的自适应性，同时，兼顾分布式卫星系统组网的快速性，对于分布式卫星系统的特殊应用场景及特点具有较强的针对性与适应性。
本发明的技术解决方案是：
一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，包括步骤如下：
（1）阶段1：发射入轨
步骤1：确定小卫星发射入轨方式：所述的入轨方式分为两种，方式一为逐个卫星发射入轨；方式二为一箭多星发射入轨；
步骤2：确定开机顺序；所述的开机顺序确定方法如下：
（a）若采用逐个卫星发射入轨方式，则当卫星入轨后开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为先后开机组网模式；
（b）若采用一箭多星发射入轨方式，则当多颗卫星入轨后，多颗卫星同时开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为同时开机组网模式；
（2）阶段2：初始组网；判断组网方式，若采用先后开机组网模式则进入步骤（3），若采用同时开机组网模式则进入步骤（7）；
步骤3：新入轨小卫星进入信号侦听期，侦听期间该小卫星仅接收信号而不发射任何信号；所述侦听期持续时间大于1个TDMA帧周期，为帧周期的整数倍；
步骤4：判断是否存在其他处于组网工作状态的小卫星，若在侦听期内，没有接收到其他小卫星发送的任何有效信息，则判断不存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤5；若接收到其他小卫星发送的有效信息，则判断已存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤6；所述的有效信息指空闲信息帧、网络维护信息帧和数据传输帧；
步骤5：该新入轨小卫星自主确定自己为初始主节点，执行主节点功能；所述的主节点功能为：
（a）启动资源管理分配功能，在TDMA帧周期中为自己分配时隙资源；
（b）在所分配的时隙资源内，通过空闲信息帧广播本节点信息；
步骤6：该新入轨小卫星与其他处于组网工作状态的卫星实现时隙同步与入网进入步骤（11）；所述新入轨小卫星的时隙同步与入网的方式：
步骤6-1：新入轨小卫星通过侦听获取并根据网络状态信息，调整本节点的TDMA帧周期，进而实现与其他卫星的TDMA时隙的同步；所述的网络状态信息包括网络已有节点数量及地址、主节点地址、时隙分配情况和TDMA帧周期；
步骤6-2：根据网络状态信息自主选择空闲时隙发送入网信息帧，通过一跳或其他节点多跳转发至主节点卫星；
步骤6-3：主节点卫星接收到新节点入网信息帧，为其分配时隙资源，更新并发送网络维护信息帧，新节点通过网络维护信息帧获知为其分配的时隙；
步骤7：各小卫星通过竞争方式选举出主节点卫星，并转入等待并侦听主节点卫星空闲信息帧；所述的竞争方式如下：
步骤7-1：各小卫星网络通信组件开机后，通过随机竞争方式进行相互通信；
步骤7-2：各节点进行主节点协商，依据相关准则协商出一个主节点；
步骤7-3：主节点卫星确认主节点身份唯一，所有小卫星退出竞争；
步骤8：主节点卫星为自己分配时隙，同时在所分配的时隙内，广播空闲信息帧；
步骤9：其它卫星通过侦听到的主节点卫星的空闲信息帧，调整本节点的TDMA帧周期，实现与主节点的TDMA时隙同步；
步骤10：主节点卫星为其他所有节点分配时隙，更新并发送网络维护信息帧，各节点通过网络维护信息帧可获知为其分配的时隙进入步骤（11）；
（3）阶段3：网络动态路由建立与维护；
步骤11：网络状态更新；所述网络状态更新的步骤如下：
步骤11-1：由主节点卫星周期性发起网络维护信息帧，各节点卫星接收并转发；
步骤11-2：各节点卫星接收相邻卫星发送的各种信息（比如网络维护信息帧、入网信息帧、空闲信息帧），并提取各卫星的地址；
步骤12：网络路由建立与维护；所述网络路由建立与维护的步骤如下：
步骤12-1：各节点卫星更新与相邻节点路由关系，生成本节点卫星路由表；
步骤12-2：各节点卫星根据接收网络维护信息帧中的路由表信息，更新本节点卫星路由表；
步骤12-3：各节点卫星将更新后的本节点卫星路由表信息写入主节点卫星周期性广播的网络维护信息帧中，并将新的网络维护信息帧进行广播；
步骤13：任意节点卫星之间可以通过数据传输帧进行各种应用业务数据的传输。
所述步骤（5）中的空闲信息帧包括帧头、地址域、时隙域和FCS；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括本节点地址及主节点地址；时隙域包括本节点时隙和距离空闲时隙的个数；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
本节点地址表示发送消息的卫星的地址，主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
本节点时隙表示发送消息的卫星可以使用的时隙资源的编号，距离空闲时隙的个数表示本节点时隙与最近的空闲时隙之间的时隙个数；
FCS（帧校验序列）用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
所述步骤（6-2）中入网信息帧包括帧头、地址域、控制信息和FCS；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括直接目的节点地址、直接源节点地址、本节点地址及主节点地址；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
直接目的节点地址指入网信息要达到的下一个卫星的地址，直接源节点地址指发送该入网信息的前一个卫星的地址，本节点地址表示表示发送入网信息的卫星的地址，主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
控制信息用于存放被委托卫星的地址：当新入轨卫星在发入网信息时，如果它与主节点不在一跳范围内，则需要委托已入网的其他卫星代向主节点卫星发出入网申请，那么被委托卫星的地址存于控制信息中；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
所述步骤（6-3）中网络维护信息帧包括帧头、地址域、网络信息域和FCS（帧校验序列）；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括本节点地址和主节点地址；网络信息域包括时隙表、目的地址表和路由信息表；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
本节点地址指发送该网络维护信息帧的卫星的地址；主节点地址表示小卫星集群中的主节点卫星地址；
时隙表表示每个时隙的使用状态，所述使用状态包括正在使用和空闲两种状态；目的地址表表示去往每个卫星的路由是否存在；路由信息表表示去往不同目的地址卫星需要的跳数；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
网络维护信息帧用于更新网络中各节点存储的网络信息，包括时隙资源使用情况、路由信息更新，帧的长度取决于网络中入网卫星个数，网络维护信息帧由主节点卫星发起，其他卫星转发；
所述步骤（13）中数据传输帧格式包括帧头、地址域、数据域和FCS（帧校验序列）；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括直接目的节点地址、直接源节点地址、最终目的节点地址及起始源节点地址；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
直接目的节点地址指入网信息要达到的下一个卫星的地址，直接源节点地址指发送该入网信息的前一个卫星的地址，最终目的节点地址表示数据传输帧需要发送的最终目的卫星的地址，起始源节点地址表示最初生成该数据传输帧的卫星的地址；
数据域为该数据传输帧所传递的数据信息，一般为各节点之间的应用业务数据，比如模块位置信息、天线方位信息、设备控制信息等；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
（1）本发明采用集中式资源分配与分布式路由相结合，有效地解决了分布式卫星系统快速组网与自适应灵活组网的矛盾，对于分布式卫星系统的特殊应用场景及特点具有较强的针对性与适应性。
（2）本发明统一了小卫星集群不同发射模式下的自组网方法，能够同时适应小卫星集群在不同的发射模式情况下的在轨初始组网应用问题，满足了小卫星集群的实际应用需求。
（3）本发明基于所设计的组网方法，针对组网过程中信息交换的需求，设计了特定的信息传输帧格式及内容定义，采用集成一体化设计，提高信息传输的效率，通过少量的信息帧实现了组网所需信息的传递。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明空闲信息帧格式；
图3为本发明入网信息帧格式；
图4为本发明网络维护信息帧格式；
图5为本发明网络维护信息帧中的控制信息组成示意图；
图6为本发明数据传输帧格式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
一种适用于小卫星集群的自适应组网方法包括步骤如下：
（1）阶段1：发射入轨
步骤1：确定小卫星发射入轨方式：所述的入轨方式分为两种，方式一为逐个卫星发射入轨；方式二为一箭多星发射入轨；
步骤2：确定开机顺序；所述的开机顺序确定方法如下：
（a）若采用逐个卫星发射入轨方式，则当卫星入轨后开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为先后开机组网模式；
（b）若采用一箭多星发射入轨方式，则当多颗卫星入轨后，多颗卫星同时开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为同时开机组网模式；
（2）阶段2：初始组网；判断组网方式，若采用先后开机组网模式则进入步骤（3），若采用同时开机组网模式则进入步骤（7）；
步骤3：新入轨小卫星进入信号侦听期，侦听期间该小卫星仅接收信号而不发射任何信号；所述侦听期持续时间大于1个TDMA（时分多址）帧周期，为帧周期的整数倍；
步骤4：判断是否存在其他处于组网工作状态的小卫星，若在侦听期内，没有接收到其他小卫星发送的任何有效信息，则判断不存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤5；若接收到其他小卫星发送的有效信息，则判断已存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤6；所述的有效信息指空闲信息帧、网络维护信息帧和数据传输帧；
步骤5：该新入轨小卫星自主确定自己为初始主节点，执行主节点功能；所述的主节点功能为：
（a）启动资源管理分配功能，在TDMA帧周期中为自己分配时隙资源；
（b）在所分配的时隙资源内，通过空闲信息帧广播本节点信息；
如图2所示，空闲信息帧包括帧头、地址域、时隙域和FCS（帧校验序列）；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括本节点地址及主节点地址；时隙域包括本节点时隙和距离空闲时隙的个数；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
本节点地址表示发送消息的卫星的地址（发送既表示最初的原始发送也表示中间卫星的转发），主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
本节点时隙表示发送消息的卫星可以使用的时隙资源的编号，距离空闲时隙的个数表示本节点时隙与最近的空闲时隙之间的时隙个数；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
步骤6：该新入轨小卫星与其他处于组网工作状态的卫星实现时隙同步与入网进入步骤（11）；所述新入轨小卫星的时隙同步与入网的方式：
步骤6-1：新入轨小卫星通过侦听获取并根据网络状态信息，调整本节点的TDMA帧周期，进而实现与其他卫星的TDMA时隙的同步；所述的网络状态信息包括网络已有节点数量及地址、主节点地址、时隙分配情况和TDMA帧周期；
步骤6-2：根据网络状态信息自主选择空闲时隙发送入网信息帧，通过一跳或其他节点多跳转发至主节点卫星；
步骤6-3：主节点卫星接收到新节点入网信息帧，为其分配时隙资源，更新并发送网络维护信息帧，新节点通过网络维护信息帧获知为其分配的时隙；
如图3所示，入网信息帧包括帧头、地址域、控制信息和FCS（帧校验序列）；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括直接目的节点地址、直接源节点地址、本节点地址及主节点地址；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
直接目的节点地址指入网信息要达到的下一个卫星的地址，直接源节点地址指发送该入网信息的前一个卫星的地址，本节点地址表示发送入网信息的卫星的地址，主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址（比如B卫星发射入网信息到C卫星，若该入网信息是从A卫星接收到，那么B卫星发送给C卫星的入网信息帧的直接目的节点地址就是C卫星的地址，直接源节点地址为A卫星的地址，如果该入网信息不是来源A卫星，而是B卫星自己产生的，那么直接源节点地址为B卫星的地址，无论入网信息来源于哪里本节点地址为B卫星的地址）；
控制信息用于存放被委托卫星的地址：当新入轨卫星在发入网信息时，如果它与主节点不在一跳范围内，则需要委托已入网的其他卫星代向主节点卫星发出入网申请，那么被委托卫星的地址存于控制信息中；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
步骤7：各小卫星通过竞争方式选举出主节点卫星，并转入等待并侦听主节点卫星空闲信息帧；所述的竞争方式如下：
步骤7-1：各小卫星网络通信组件开机后，通过随机竞争方式（比如典型方式CSMA/CA）进行相互通信；
步骤7-2：各节点进行主节点协商，依据相关准则（例如相关准则为卫星地址最大或最小、节点位置居中等准则）协商出一个主节点；
步骤7-3：主节点卫星确认主节点身份唯一，所有小卫星退出竞争；
步骤8：主节点卫星为自己分配时隙，同时在所分配的时隙内，广播空闲信息帧；
步骤9：其它卫星通过侦听到的主节点卫星的空闲信息帧，调整本节点的TDMA帧周期，实现与主节点的TDMA时隙同步；
步骤10：主节点卫星为其他所有节点分配时隙，更新并发送网络维护信息帧，各节点通过网络维护信息帧可获知为其分配的时隙进入步骤（11）；
如图4、5所示，网络维护信息帧包括帧头、地址域、网络信息域和FCS（帧校验序列）；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括本节点地址和主节点地址；网络信息域包括时隙表、目的地址表和路由信息表；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
本节点地址指发送该网络维护信息帧的卫星的地址；主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
时隙表表示每个时隙的使用状态，所述使用状态包括正在使用和空闲两种状态；目的地址表表示去往每个卫星的路由是否存在；路由信息表表示去往不同目的地址卫星需要的跳数；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
网络维护信息帧用于更新网络中各节点存储的网络信息，包括时隙资源使用情况、路由信息更新，帧的长度取决于网络中入网卫星个数，网络维护信息帧由主节点卫星发起，其他卫星转发；
（3）阶段3：网络动态路由建立与维护；
步骤11：网络状态更新；所述网络状态更新的步骤如下：
步骤11-1：由主节点卫星周期性发起网络维护信息帧，各节点卫星接收并转发；
步骤11-2：各节点卫星接收相邻卫星（相邻卫星指一跳通信节点卫星）发送的各种信息（比如网络维护信息帧、入网信息帧、空闲信息帧），并提取各卫星的地址；
步骤12：网络路由建立与维护；所述网络路由建立与维护的步骤如下：
步骤12-1：各节点卫星更新与相邻节点路由关系，生成本节点卫星路由表；
步骤12-2：各节点卫星根据接收网络维护信息帧中的路由表信息，更新本节点卫星路由表；
步骤12-3：各节点卫星将更新后的本节点卫星路由表信息写入主节点卫星周期性广播的网络维护信息帧中，并将新的网络维护信息帧进行广播；
步骤13：任意节点卫星之间可以通过数据传输帧进行各种应用业务数据的传输。
如图6所示，数据传输帧格式包括帧头、地址域、数据域和FCS（帧校验序列）；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括直接目的节点地址、直接源节点地址、最终目的节点地址及起始源节点地址；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
直接目的节点地址指入网信息要达到的下一个卫星的地址，直接源节点地址指发送该入网信息的前一个卫星的地址，最终目的节点地址表示数据传输帧需要发送的最终目的卫星的地址，起始源节点地址表示最初生成该数据传输帧的卫星的地址；
数据域为该数据传输帧所传递的数据信息，一般为各节点之间的应用业务数据，比如模块位置信息、天线方位信息、设备控制信息等；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (5)
1.一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，其特征在于步骤如下：
（1）阶段1：发射入轨
步骤1：确定小卫星发射入轨方式：所述的入轨方式分为两种，方式一为逐个卫星发射入轨；方式二为一箭多星发射入轨；
步骤2：确定开机顺序；所述的开机顺序确定方法如下：
（a）若采用逐个卫星发射入轨方式，则当卫星入轨后开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为先后开机组网模式；
（b）若采用一箭多星发射入轨方式，则当多颗卫星入轨后，多颗卫星同时开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为同时开机组网模式；
（2）阶段2：初始组网；判断组网方式，若采用先后开机组网模式则进入步骤（3），若采用同时开机组网模式则进入步骤（7）；
步骤3：新入轨小卫星进入信号侦听期，侦听期间该小卫星仅接收信号而不发射任何信号；所述侦听期持续时间大于1个TDMA帧周期，为帧周期的整数倍；
步骤4：判断是否存在其他处于组网工作状态的小卫星，若在侦听期内，没有接收到其他小卫星发送的任何有效信息，则判断不存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤5；若接收到其他小卫星发送的有效信息，则判断已存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤6；所述的有效信息指空闲信息帧、网络维护信息帧和数据传输帧；
步骤5：该新入轨小卫星自主确定自己为初始主节点，执行主节点功能；所述的主节点功能为：
（a）启动资源管理分配功能，在TDMA帧周期中为自己分配时隙资源；
（b）在所分配的时隙资源内，通过空闲信息帧广播本节点信息；
步骤6：该新入轨小卫星与其他处于组网工作状态的卫星实现时隙同步与入网进入步骤（11）；所述新入轨小卫星的时隙同步与入网的方式：
步骤6-1：新入轨小卫星通过侦听获取并根据网络状态信息，调整本节点的TDMA帧周期，进而实现与其他卫星的TDMA时隙的同步；所述的网络状态信息包括网络已有节点数量及地址、主节点地址、时隙分配情况和TDMA帧周期；
步骤6-2：根据网络状态信息自主选择空闲时隙发送入网信息帧，通过一跳或其他节点多跳转发至主节点卫星；
步骤6-3：主节点卫星接收到新节点入网信息帧，为其分配时隙资源，更新并发送网络维护信息帧，新节点通过网络维护信息帧获知为其分配的时隙；
步骤7：各小卫星通过竞争方式选举出主节点卫星，并转入等待并侦听主节点卫星空闲信息帧；所述的竞争方式如下：
步骤7-1：各小卫星网络通信组件开机后，通过随机竞争方式进行相互通信；
步骤7-2：各节点进行主节点协商，依据相关准则协商出一个主节点；
步骤7-3：主节点卫星确认主节点身份唯一，所有小卫星退出竞争；
步骤8：主节点卫星为自己分配时隙，同时在所分配的时隙内，广播空闲信息帧；
步骤9：其它卫星通过侦听到的主节点卫星的空闲信息帧，调整本节点的TDMA帧周期，实现与主节点的TDMA时隙同步；
步骤10：主节点卫星为其他所有节点分配时隙，更新并发送网络维护信息帧，各节点通过网络维护信息帧可获知为其分配的时隙进入步骤（11）；
（3）阶段3：网络动态路由建立与维护；
步骤11：网络状态更新；所述网络状态更新的步骤如下：
步骤11-1：由主节点卫星周期性发起网络维护信息帧，各节点卫星接收并转发；
步骤11-2：各节点卫星接收相邻卫星发送的各种信息（比如网络维护信息帧、入网信息帧、空闲信息帧），并提取各卫星的地址；
步骤12：网络路由建立与维护；所述网络路由建立与维护的步骤如下：
步骤12-1：各节点卫星更新与相邻节点路由关系，生成本节点卫星路由表；
步骤12-2：各节点卫星根据接收网络维护信息帧中的路由表信息，更新本节点卫星路由表；
步骤12-3：各节点卫星将更新后的本节点卫星路由表信息写入主节点卫星周期性广播的网络维护信息帧中，并将新的网络维护信息帧进行广播；
步骤13：任意节点卫星之间可以通过数据传输帧进行各种应用业务数据的传输。
2.根据权利要求1所述的一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，其特征在于在：所述步骤（5）中的空闲信息帧包括帧头、地址域、时隙域和FCS；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括本节点地址及主节点地址；时隙域包括本节点时隙和距离空闲时隙的个数；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
本节点地址表示发送消息的卫星的地址，主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
本节点时隙表示发送消息的卫星可以使用的时隙资源的编号，距离空闲时隙的个数表示本节点时隙与最近的空闲时隙之间的时隙个数；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
3.根据权利要求1所述的一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，其特征在于：所述步骤（6-2）中入网信息帧包括帧头、地址域、控制信息和FCS；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括直接目的节点地址、直接源节点地址、本节点地址及主节点地址；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
直接目的节点地址指入网信息要达到的下一个卫星的地址，直接源节点地址指发送该入网信息的前一个卫星的地址，本节点地址表示表示发送入网信息的卫星的地址，主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
控制信息用于存放被委托卫星的地址：当新入轨卫星在发入网信息时，如果它与主节点不在一跳范围内，则需要委托已入网的其他卫星代向主节点卫星发出入网申请，那么被委托卫星的地址存于控制信息中；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
4.根据权利要求1所述的一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，其特征在于：所述步骤（6-3）中网络维护信息帧包括帧头、地址域、网络信息域和FCS；其中，帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括本节点地址和主节点地址；网络信息域包括时隙表、目的地址表和路由信息表；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
本节点地址指发送该网络维护信息帧的卫星的地址；主节点地址表示小卫星集群中的主节点地址；
时隙表表示每个时隙的使用状态，所述使用状态包括正在使用和空闲两种状态；目的地址表表示去往每个卫星的路由是否存在；路由信息表表示去往不同目的地址卫星需要的跳数；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
5.根据权利要求1所述的一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，其特征在于：所述步骤（13）中数据传输帧格式包括帧头、地址域、数据域和FCS；其中帧头又包括帧定界、帧长、帧类型和序列号；地址域包括直接目的节点地址、直接源节点地址、最终目的节点地址及起始源节点地址；
帧定界和帧长属于物理层包头部分，用于确定一帧的起始及结束；帧类型用于确定一帧的解析方式；序列号表示接收和发送消息的顺序；
直接目的节点地址指入网信息要达到的下一个卫星的地址，直接源节点地址指发送该入网信息的前一个卫星的地址，最终目的节点地址表示数据传输帧需要发送的最终目的卫星的地址，起始源节点地址表示最初生成该数据传输帧的卫星的地址；
数据域为该数据传输帧所传递的数据信息；
FCS用于检查接收到的空闲信息帧的正确性。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105682178A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-06-15 | 北京杰睿中恒科技有限公司 | 基于分布式路由的自组网网络维护方法及装置 |
| CN106102170A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种适用于分布式可重构航天器的信道共享方法 |
| CN107273115A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-10-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于标准化模块的卫星快速构建系统及方法 |
| CN107852663A (zh) * | 2015-07-21 | 2018-03-27 | 英特尔Ip公司 | 无线网络中数据路径组的配置 |
| CN109275171A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-25 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 无线自组网通信方法和装置 |
| CN110502023A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-11-26 | 南京航空航天大学 | 一种基于分布式智能敏感器的航天器姿态确定实现方法 |
| CN110687920A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-14 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 无人机集群编队控制方法、装置及储存介质 |
| CN110830103A (zh) * | 2019-08-30 | 2020-02-21 | 中国西安卫星测控中心 | 一种空间卫星星群的集中推力式部署方法 |
| CN111669228A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-15 | 中国科学院声学研究所东海研究站 | 一种基于水声通信的uuv集群自组网方法及系统 |
| CN114828267A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-07-29 | 天津讯联科技有限公司 | 一种无人机集群组网的资源调度方法 |
| WO2023065855A1 (zh) * | 2021-10-21 | 2023-04-27 | 华为技术有限公司 | 一种卫星网络中的控制路由方法、装置及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0844746A2 (en) * | 1996-11-20 | 1998-05-27 | ICO Services Ltd. | Communications method and apparatus with ressource allocation for avoiding interferences |
| US5930254A (en) * | 1991-11-08 | 1999-07-27 | Teledesic Llc | Non-blocking dynamic fast packet switch for satellite communication system |
| CN101309103A (zh) * | 2008-07-15 | 2008-11-19 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法 |
| CN101711033A (zh) * | 2009-12-17 | 2010-05-19 | 北京交通大学 | 适合于感知无线电网络的动态信道分配方法及系统 |
-
2013
- 2013-11-29 CN CN201310637393.2A patent/CN103687081B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5930254A (en) * | 1991-11-08 | 1999-07-27 | Teledesic Llc | Non-blocking dynamic fast packet switch for satellite communication system |
| EP0844746A2 (en) * | 1996-11-20 | 1998-05-27 | ICO Services Ltd. | Communications method and apparatus with ressource allocation for avoiding interferences |
| CN101309103A (zh) * | 2008-07-15 | 2008-11-19 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种适用于宽带卫星通信系统的拥塞管理方法 |
| CN101711033A (zh) * | 2009-12-17 | 2010-05-19 | 北京交通大学 | 适合于感知无线电网络的动态信道分配方法及系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孔勇: "数字集群通信网络架构和多天线技术的研究", 《北京交通大学博士学位论文》 * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107852663A (zh) * | 2015-07-21 | 2018-03-27 | 英特尔Ip公司 | 无线网络中数据路径组的配置 |
| CN107852663B (zh) * | 2015-07-21 | 2021-11-09 | 英特尔公司 | 用于配置数据路径组的方法和设备 |
| CN105682178A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-06-15 | 北京杰睿中恒科技有限公司 | 基于分布式路由的自组网网络维护方法及装置 |
| CN105682178B (zh) * | 2016-04-19 | 2019-04-19 | 北京杰睿中恒科技有限公司 | 基于分布式路由的自组网网络维护方法及装置 |
| CN106102170A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种适用于分布式可重构航天器的信道共享方法 |
| CN107273115A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-10-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于标准化模块的卫星快速构建系统及方法 |
| CN109275171A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-25 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 无线自组网通信方法和装置 |
| CN110502023A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-11-26 | 南京航空航天大学 | 一种基于分布式智能敏感器的航天器姿态确定实现方法 |
| CN110830103A (zh) * | 2019-08-30 | 2020-02-21 | 中国西安卫星测控中心 | 一种空间卫星星群的集中推力式部署方法 |
| CN110830103B (zh) * | 2019-08-30 | 2020-12-08 | 中国西安卫星测控中心 | 一种空间卫星星群的集中推力式部署方法 |
| CN110687920A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-14 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 无人机集群编队控制方法、装置及储存介质 |
| CN110687920B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-06-28 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 无人机集群编队控制方法、装置及储存介质 |
| CN111669228A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-15 | 中国科学院声学研究所东海研究站 | 一种基于水声通信的uuv集群自组网方法及系统 |
| CN111669228B (zh) * | 2020-05-29 | 2022-02-15 | 中国科学院声学研究所东海研究站 | 一种基于水声通信的uuv集群自组网方法及系统 |
| WO2023065855A1 (zh) * | 2021-10-21 | 2023-04-27 | 华为技术有限公司 | 一种卫星网络中的控制路由方法、装置及系统 |
| CN114828267A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-07-29 | 天津讯联科技有限公司 | 一种无人机集群组网的资源调度方法 |
| CN114828267B (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-20 | 天津讯联科技有限公司 | 一种无人机集群组网的资源调度方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103687081B (zh) | 2017-01-11 |
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