CN103731935A - 基于wifi的空间网络通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的基于WIFI的空间网络通信方法，具体为：构建网络拓扑结构，其中，网络拓扑结构主要由1个主节点和多个从节点构成，主节点和从节点间能够进行基于WI-FI标准的数据通信；主节点和多个从节点遵循网络通信协议，其中，网络通信协议包括从节点接入协议、主节点主动发送数据协议、以及从节点主动发送和接收数据协议；网络通信协议基于的网络通信协议结构包括数据传输层、接口层和应用层，数据传输层具有基于WI-FI标准的数据透明传输功能；接口层为数据传输层与应用层间的数据传输通道；应用层负责数据传输的终端处理。本发明具有更高的适用性、灵活性和可靠性,可应用于小卫星星座编队通信、航天器在轨服务通信等领域。
Description
技术领域
本发明属于空间网络通信领域，具体涉及基于WIFI的空间网络通信方法，这种通信方法尤其适用于小卫星星群3km范围以内的近距离通信。
背景技术
传统的小卫星星群通信均为专门设计，不仅需要投入大量的人力、物力，也延长了开发周期。WI-FI标准已被广泛地应用于人类日常生活、工业生产、服务行业等各大领域，技术较为成熟，技术成本较低；WI-FI标准所规定的通信距离、通信速率等指标可满足小卫星3km范围以内的近距离通信要求；基于WI-FI标准的通信方法采用防冲突载波侦听多址访问机制，具有更高的可靠性、稳定性；由于卫星时刻在太空中高速运动，各个通信节点的距离、位置也难免时刻变化，WI-FI标准高效的网络自组织以及快速恢复功能可很好地应对卫星节点间的动态关系。因此，与传统手段相比，基于WIFI的空间网络通信方法具有更高的适用性。
目前航天领域没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于WIFI的空间网络通信方法，该方法包括：网络拓扑结构、网络通信协议结构和网络通信协议。
根据本发明提供的基于WIFI的空间网络通信方法，构建网络拓扑结构，其中，所述网络拓扑结构主要由1个主节点和多个从节点构成，主节点和从节点间能够进行基于WI-FI标准的数据通信；
主节点和多个从节点遵循网络通信协议，其中，所述网络通信协议包括从节点接入协议、主节点主动发送数据协议、以及从节点主动发送和接收数据协议；
所述网络通信协议基于的网络通信协议结构包括数据传输层、接口层和应用层，数据传输层具有基于WI-FI标准的数据透明传输功能；接口层为数据传输层与应用层间的数据传输通道；应用层负责数据传输的终端处理。
优选地，主节点负责基于WI-FI标准通信网络的建立、从节点的接入管理、与从节点的数据交互等服务，主节点能够与任意从节点进行通信；从节点能够与主节点直接进行数据通信，从节点之间的通信通过主节点转发。
优选地，数据传输层负责通过无线方式建立与其它节点的通信链路，以完全透明的方式将其它节点传来的数据转发至接口层，或将接口层传来的数据通过无线链路转发至其它从节点；
接口层一方面按照数据传输层所规定的接口标准与数据传输层进行数据交互，另一方面按照应用层所规定的接口标准与应用层进行数据交互；
应用层能够配合卫星其它模块进行数据编、解码等操作，应用层同时也是所述网络通信协议的控制终端。
优选地，所述从节点接入协议负责从节点接入网络的验证；所述主节点主动发送数据协议是主节点主动向从节点传送数据时所需遵循的准则；所述从节点主动发送和接收数据协议是从节点主动向主节点进行数据交互时所需遵循的准则。
优选地，所述从节点接入协议的架构，具体为：当主节点建立无线通信网络后，实时等待从节点的接入网络请求；主节点收到从节点的接入网络请求后，主节点对从节点进行身份识别；主节点中预存所有拟通信对象的身份信息，当从节点不在拟通信对象之列时，主节点返回等待从节点接入请求状态；当从节点在拟通信对象之列时，主节点向从节点分配允许通信标识，从节点成功接入网络，并进行数据通信。
优选地，所述主节点主动发送数据协议的架构，具体为：当需要由主节点向从节点发送数据时，首先判断所需发送的数据是否为广播数据，若为广播数据，由主节点直接发出；当所需发送的数据为非广播数据时，向目标通信从节点发出数据传输命令；收到目标通信从节点同意接收反馈后，主节点开始向目标通信从节点传输数据；若未收到由目标通信从节点反馈的同意接收信息，则不进行数据传输。
优选地，所述从节点主动发送和接收数据协议的架构，具体为：主节点实时处于等待从节点数据传输请求状态；当从节点向主节点发出数据传输请求时，主节点判断从节点有无接入网络许可标志，若无许可标志，则返回等待从节点数据传输请求状态；若有许可标志，则接收来自从节点的请求指令帧，并对指令帧进行判断；若为从节点接收数据请求，主节点判断该数据是否允许发送，若允许则向从节点传输数据，否则不执行；若为从节点发送数据请求，主节点判断该数据是否允许接收，若允许则接收来自从节点的数据，否则不执行；主节点不执行来自从节点的其它请求。
优选地，所述WI-FI标准，包括IEEE802.11原始标准、以及基于IEEE802.11的所有补充标准。
优选地，所述WI-FI标准所规定的通信距离、通信速率指标能够满足小卫星3km范围以内的近距离通信要求。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明由于WI-FI标准高效的网络自组织以及快速恢复功能，与传统手段相比，基于WIFI的空间网络通信方法具有更高的适用性、灵活性和可靠性,可应用于小卫星星座编队通信、航天器在轨服务通信等领域，将来还可用于非接触式航天器平台与载荷间通信等。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为网络拓扑结构示意图；
图2为网络通信协议结构；
图3为从节点的接入协议架构；
图4为主节点主动发送数据协议架构；
图5为从节点主动发送、接收数据协议架构。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种基于WIFI的空间网络通信方法，包括网络拓扑结构、网络通信协议结构和网络通信协议。
所述网络拓扑结构由1个主节点和多个从节点构成，主节点和从节点间可进行基于WI-FI标准的数据通信。
所述网络通信协议结构包括数据传输层、接口层和应用层三部分。所述数据传输层具有基于WI-FI标准的数据透明传输功能；所述接口层为数据传输层与应用层间的数据传输通道；所述应用层负责数据传输的终端处理。
所述网络通信协议，包括从节点接入协议、主节点主动发送数据协议、以及从节点主动发送和接收数据协议。所述从节点接入协议负责从节点接入网络的验证；所述主节点主动发送数据协议是主节点主动向从节点传送数据时所需遵循的准则；所述从节点主动发送、接收数据协议是从节点主动向主节点进行数据交互时所需遵循的准则。
具体地，请参考图1，图1为本发明提供的网络拓扑结构示意图。包括主节点101、从节点A102、从节点B103、从节点C104和从节点D105。从节点个数最多不超过WI-FI标准所规定的个数，而不限于图中所绘的4个从节点。
主节点101，由选定的卫星担任，负责基于WI-FI标准通信网络的建立、从节点的接入管理、与从节点的数据交互等服务，主节点101可与任意从节点进行通信，并遵循本发明所提供的网络通信协议。
从节点A102、从节点B103、从节点C104和从节点D105，可与主节点直接进行数据通信，从节点之间的通信必须通过主节点转发。从节点A102、从节点B103、从节点C104和从节点D105同主节点之间的通信，遵循本发明所提供的网络通信协议。
请参考图2，图2为本发明提供的网络通信协议结构，主节点与从节点的协议结构相同，如图2所示，该协议包括：数据传输层201、接口层202和应用层203。
数据传输层201具有基于WI-FI标准的数据传输功能，负责通过无线方式建立与其它节点的通信链路，以完全透明的方式将其它节点传来的数据转发至接口层202，或将接口层202传来的数据通过无线链路转发至其它从节点。
接口层202是数据传输层201与应用层203数据传输的通道，一方面按照数据传输层201所规定的接口标准与数据传输层201进行数据交互，另一方面按照应用层203所规定的接口标准与应用层203进行数据交互。
应用层203负责数据传输的终端处理，可配合卫星其它模块（星务计算机等）进行数据编、解码等操作，应用层203同时也是下述网络通信协议的控制终端。
请参考图3、图4、图5，本发明所提供的网络通信协议，包括从节点接入协议、主节点主动发送数据协议和从节点主动发送、接收数据协议。
图3为从节点接入协议架构。当主节点建立无线通信网络后，实时等待从节点的接入网络请求；主节点收到从节点的接入网络请求后，主节点对从节点进行身份识别；主节点中预存所有拟通信对象的身份信息，当从节点不在拟通信对象之列时，主节点返回等待从节点接入请求状态；当从节点在拟通信对象之列时，主节点向从节点分配允许通信标识，从节点成功接入网络，并可进行数据通信。
图4为主节点主动发送数据协议架构。当需要由主节点向从节点发送数据时，首先判断所需发送的数据是否为广播数据，若为广播数据，由主节点直接发出；当所需发送的数据为非广播数据时，向目标通信从节点发出数据传输命令；收到目标通信从节点同意接收反馈后，主节点开始向目标通信从节点传输数据；若未收到由目标通信从节点反馈的同意接收信息，则不进行数据传输。
图5为从节点主动发送、接收数据协议架构。主节点实时处于等待从节点数据传输请求状态；当从节点向主节点发出数据传输请求时，主节点判断从节点有无接入网络许可标志，若无许可标志，则返回等待从节点数据传输请求状态；若有许可标志，则接收来自从节点的请求指令帧，并对指令帧进行判断；若为从节点接收数据请求，主节点判断该数据是否允许发送，若允许则向从节点传输数据，否则不执行；若为从节点发送数据请求，主节点判断该数据是否允许接收，若允许则接收来自从节点的数据，否则不执行；主节点不执行来自从节点的其它请求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，
构建网络拓扑结构，其中，所述网络拓扑结构主要由1个主节点和多个从节点构成，主节点和从节点间能够进行基于WI-FI标准的数据通信；
主节点和多个从节点遵循网络通信协议，其中，所述网络通信协议包括从节点接入协议、主节点主动发送数据协议、以及从节点主动发送和接收数据协议；
所述网络通信协议基于的网络通信协议结构包括数据传输层、接口层和应用层，数据传输层具有基于WI-FI标准的数据透明传输功能；接口层为数据传输层与应用层间的数据传输通道；应用层负责数据传输的终端处理。
2.根据权利要求1所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，主节点负责基于WI-FI标准通信网络的建立、从节点的接入管理、与从节点的数据交互等服务，主节点能够与任意从节点进行通信；从节点能够与主节点直接进行数据通信，从节点之间的通信通过主节点转发。
3.根据权利要求1所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，数据传输层负责通过无线方式建立与其它节点的通信链路，以完全透明的方式将其它节点传来的数据转发至接口层，或将接口层传来的数据通过无线链路转发至其它从节点；
接口层一方面按照数据传输层所规定的接口标准与数据传输层进行数据交互，另一方面按照应用层所规定的接口标准与应用层进行数据交互；
应用层能够配合卫星其它模块进行数据编、解码等操作，应用层同时也是所述网络通信协议的控制终端。
4.根据权利要求1所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，所述从节点接入协议负责从节点接入网络的验证；所述主节点主动发送数据协议是主节点主动向从节点传送数据时所需遵循的准则；所述从节点主动发送和接收数据协议是从节点主动向主节点进行数据交互时所需遵循的准则。
5.根据权利要求4所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，所述从节点接入协议的架构，具体为：当主节点建立无线通信网络后，实时等待从节点的接入网络请求；主节点收到从节点的接入网络请求后，主节点对从节点进行身份识别；主节点中预存所有拟通信对象的身份信息，当从节点不在拟通信对象之列时，主节点返回等待从节点接入请求状态；当从节点在拟通信对象之列时，主节点向从节点分配允许通信标识，从节点成功接入网络，并进行数据通信。
6.根据权利要求4所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，所述主节点主动发送数据协议的架构，具体为：当需要由主节点向从节点发送数据时，首先判断所需发送的数据是否为广播数据，若为广播数据，由主节点直接发出；当所需发送的数据为非广播数据时，向目标通信从节点发出数据传输命令；收到目标通信从节点同意接收反馈后，主节点开始向目标通信从节点传输数据；若未收到由目标通信从节点反馈的同意接收信息，则不进行数据传输。
7.根据权利要求5所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，所述从节点主动发送和接收数据协议的架构，具体为：主节点实时处于等待从节点数据传输请求状态；当从节点向主节点发出数据传输请求时，主节点判断从节点有无接入网络许可标志，若无许可标志，则返回等待从节点数据传输请求状态；若有许可标志，则接收来自从节点的请求指令帧，并对指令帧进行判断；若为从节点接收数据请求，主节点判断该数据是否允许发送，若允许则向从节点传输数据，否则不执行；若为从节点发送数据请求，主节点判断该数据是否允许接收，若允许则接收来自从节点的数据，否则不执行；主节点不执行来自从节点的其它请求。
8.根据权利要求1所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，所述WI-FI标准，包括IEEE802.11原始标准、以及基于IEEE802.11的所有补充标准。
9.根据权利要求1所述的基于WIFI的空间网络通信方法，其特征在于，所述WI-FI标准所规定的通信距离、通信速率指标能够满足小卫星3km范围以内的近距离通信要求。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140416 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |