CN109413711A - 一种飞行器协同信息网络协议栈 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行器协同信息网络协议栈，采用应用层、网络层、链路层和物理层四层模型，解决了高动态、复杂对抗条件下多节点自适应组网问题，建立了高安全高可靠协同作战信息网络，能够自适应调整拓扑结构、网络协议和传输方式，实现多飞行器间随遇接入、可靠互联、安全互通，有力支撑飞行器间形成协同感知、在线任务规划、协同突防作战能力，具有非常重要的使用价值。

Description

一种飞行器协同信息网络协议栈
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种适用于飞行器协同的信息网络协议栈。
背景技术
飞行器协同信息网络具有无中心、自组织特点，因此这种网络具有很高的抗毁性和灵活性。1991年，美军研究一种“改进的高频数据网”(IHFDN)。其网络控制是分布式的，不需要专门的网络控制站，利用天波、接近垂直入射天波和多跳地波进行传输，能适应近距离和远距离的通信，覆盖范围包括北美大陆及其周边的海空域，可组成若干个子网(多达10个)。美陆军通信电子司令部在1994年进行了名为抗毁自适应系统(SAS)的演示。该演示以宽带技术为基础，主要目标之一是为改善战术通信的机动性“动中通”和生存能力，以适应现代战争瞬息万变的需要。美国BBN科技公司在DARPA资助下，于2002年完成20个节点的现场实验，并构建了可支持400个移动自组织的网络实验模型。美国罗克韦尔·柯林斯公司研发的战术目标瞄准网络技术(TTNT)工作在L波段，基于IP网络协议，采用快速、动态Ad hoc网络技术，实现网络实时重构，能够实现多平台网络化通信，以形成迅速的瞄准能力，提供传感器到射手间的高速数据通信，2013年7月，美海军在“海军舰队演习13”期间，验证了TTNT在联合辐射源定位中的应用，TTNT数据链主要完成EA-18G和E-2D之间近实时的截获数据共享，同时还能将数据传送至其它平台。
飞行器协同信息网络协议栈是飞行器协同信息网络的核心协议软件，通过一套协议规范将不同飞行器节点有效组织在一起，协议栈规定了网络的消息处理方式、网络控制方法、多址接入模式以及信号波形。飞行器协同信息网络协议栈还没有现成的标准可循，各个国家正在根据自己的情况制定专用协议，在OSI参考模型的下三层采用专用协议，因为它们与网络环境结合较紧密，而在网络层以上则提供标准接口，以利于直接使用已开发的多种应用软件。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的缺陷，提出一种飞行器协同信息网络协议栈，解决飞行器协同信息网络中节点高动态、时频资源受限、链路质量不稳定、时延受约束等问题，实现飞行器协同信息网络可靠互联互通。
本发明的技术解决方案是：
一种飞行器协同信息网络协议栈，包括自上而下的应用层、网络层、链路层和物理层；
发送数据时，应用层对外部系统输入的信息进行发送格式化处理，格式化处理后发送给网络层，网络层进行路由选择处理然后发送给链路层，经链路层进行数据处理和信道接入控制后发送至物理层，最后经物理层进行信道编码和调制后发送至无线信道；
接收数据时，物理层通过无线信道接收到无线信号后进行解调和信道译码处理，将数据包发送至链路层，经链路层进行信道接入控制和数据处理后交由网络层进行数据解析处理，网络层将处理后的数据包交由应用层，应用层进行接收格式化处理后发送至外部系统。
所述应用层包括消息处理模块、消息参数管理模块和接口管理模块；
消息处理模块用于消息的格式化处理，接口管理模块用于实现消息处理模块和外部系统之间进行的数据交互，消息参数管理模块接收物理层提供的信道状态标识，对消息处理模块的参数进行配置。
发送数据时，消息参数管理模块对消息处理模块的发送消息参数进行配置，之后消息处理模块接收接口管理模块提供的外部数据，按照消息种类、消息类型和消息参数结构体，形成消息报文，发送至网络层。
接收数据时，消息参数管理模块对消息处理模块的接收消息参数进行配置，之后消息处理模块接收网络层数据，解析出应用信息，通过接口管理模块发送至外部系统。
所述网络层包括应用层数据接收/发送模块、数据处理模块、路由处理模块和链路层数据接收/发送模块；
应用层数据接收/发送模块用于与应用层进行数据交互，路由处理模块接收物理层提供的信道状态标识，建立并维护路由表，确定发送数据的最佳路径，数据处理模块负责对数据进行编、解码处理，链路层数据接收/发送模块与链路层进行数据交互，包括应用数据与路由数据。
路由处理模块包括路由周期更新子模块、路由触发更新子模块和路由查询子模块；
数据处理模块包括下行数据处理子模块；
发送数据时，应用层数据接收/发送模块接收上层应用数据，并将数据分派给数据处理模块中下行数据处理子模块，通过路由处理模块的路由查询子模块选择传输路径，完成应用数据的封装、编码工作；并将处理后的数据交由链路层数据接收/发送模块，发送至链路层；
同时，每个周期路由处理模块中路由周期更新子模块将本节点路由表中的所有路由条目信息以路由信息结构格式封装到一起，编码后的路由数据由链路层数据接收/发送模块发送至链路层；路由处理模块中路由触发更新子模块检查每个路由条目是否仍然有效，若出现无效路由，则发送触发更新包，由链路层数据接收/发送模块发送至链路层。
路由处理模块包括路由上行路由信息处理子模块；数据处理模块包括上行数据处理子模块；
接收数据时，链路层数据接收/发送模块接收到链路层的数据，如果该数据为路由数据，则将数据分派给路由处理模块中上行路由信息处理子模块处理，上行路由信息处理子模块对路由数据进行转化，更新本节点的路由表；如果该数据为应用数据，则将该数据分派给数据处理模块中上行数据处理子模块处理,上行数据处理子模块对数据进行解码、数据校验工作，最终将数据解析为应用数据格式，通过应用层数据接收/发送模块发往应用层。
所述链路层包括网络层数据接收/发送模块、确认模式数据处理模块、非确认模式数据处理模块、数据段编解码模块、随机接入模块和路由查询模块；
网络层数据接收/发送模块负责完成与网络层的数据交互，确认模式数据处理模块进行确认数据的发送和接收，非确认模式数据处理模块进行非确认数据的发送和接收，数据段编解码模块负责实现链路层内部数据编码、解码，随机接入模块从应用层消息处理模块获知数据优先级信息，根据数据优先级放入相应的优先级队列，路由查询模块接收网络层路由处理模块输出的信息，获取数据段转发时的转发路径。
发送数据时，网络层数据接收/发送模块接收上层的带格式数据，根据格式中的传输模式，如果是确认数据的发送工作，则调用确认模式数据处理模块对数据包进行分段，依据优先级放入发送队列，对于未正确接收的数据，进行重传；如果是非确认数据的发送工作，则调用非确认模式数据处理模块的函数，对数据包进行分段，并依据优先级放入发送队列；
随机接入模块从高到低检测各优先级队列是否有待发送数据，选取其中优先级最高的队列中的数据，同时检测此时的信道负载是否超过该优先级所对应的预设门限阈值，如果没有，则发送至物理层，否则进行退避。
接收数据时，随机接入模块将从物理层接收的分段数据送入数据段编解码模块，进行格式转换，根据传输模式，如果是确认数据的接收工作，则调用确认模式数据处理模块对接收到的分段数据进行缓存，回复ACK，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，经网络层数据接收/发送模块发送至网络层；如果是非确认数据的接收工作，则调用非确认模式数据处理模块对接收到的分段数据进行缓存，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，经网络层数据接收/发送模块发送至网络层；如果是分组转发数据的接收工作，则通过路由查询模块查询网络层的路由表，然后直接进行转发，而不进行重组，不将数据发送至网络层。
所述物理层包括信道编译码模块、调制解调模块、信号捕获模块和发射控制模块；
信道编译码模块实现对信号的编码和译码，调制解调模块实现对信号的调制和解调，发射控制模块实现对信号的发射时刻和发射频点的控制，信号捕获模块实现对天线接收到信号的捕获跟踪。
发送数据时，将从链路层收到的数据送入信道编译码模块，进行信道编码处理，送至调制解调模块进行调制处理，调制后的信号送入发射控制模块，按照跳频跳时机制生成跳频跳时图案，然后按照跳时图案控制发射开关动作，按照跳频图案控制发射信号点频，最后通过天线将信号辐射出去。
接收数据时，从天线接收到的无线信号经下变频、模数转换后送入信号捕获模块，将接收信号与本地各个频点的同步序列进行相关运算，搜寻可能存在的脉冲；
捕获模块根据相关运算的结果，将脉冲所在的频点和相邻脉冲间的间隔与本机接收的跳频和跳时序列相比对，判断接收到的脉冲串是否有效；最后将有效的脉冲串发送至调制解调模块进行解调处理，解调后的数据进行信道译码，送往链路层。
一种编队飞行器协同组网，该编队飞行器协同组网中的飞行器之间采用所述信息网络协议栈进行组网通信。
一种编队飞行的航天器协同组网，该编队飞行的航天器协同组网中的航天器之间采用所述信息网络协议栈进行组网通信。
一种地面编队车辆的协同组网，该地面编队车辆协同组网中的车辆之间采用所述信息网络协议栈进行组网通信。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)解决了高动态、复杂对抗条件下多飞行器节点自适应组网问题，协议栈支持高动态条件下节点随遇接入、灵活退出以及网络结构的重构，具有很强的健壮性和灵活性。
(2)针对飞行器协同信息网络对高动态、QoS保障要求，改变传统分层协议模型，采用跨层优化设计，让状态信息和协同信息可以在非相邻的层间流动，以便提高动态适应能力与传输效能，使之与飞行器动态环境相适应，满足各种业务需求。
(3)针对复杂电磁对抗环境对信息网络健壮性的要求，采用多层抗干扰抗截获协议联合设计，链路层根据物理层上报的时频资源情况完成时频资源分配，物理层根据时频控制方案进行跳时跳频处理，通过多级可靠体制联合设计，增强了信息对抗能力。
(4)针对数据分组转发的低时延需求，在链路层完成分组转发工作，链路层在收到数据分组后，查询网络层路由表，然后直接进行转发，而不进行重组，不将数据发送至网络层，极大地节约了系统资源，提高了系统的执行效率。
附图说明
图1是飞行器协同信息网络协议栈的框图；
图2是周期性路由更新流程；
图3是定时器遍历流程；
图4是随机接入模块处理流程。
具体实施方式
以下结合附图，详细描述本发明的实施例。
1、飞行器协同信息网络协议栈
本发明提出的飞行器协同信息网络协议栈，包括自上而下的应用层、网络层、链路层和物理层，如图1所示。
发送数据时，应用层对外部系统输入的信息进行发送格式化处理，格式化处理后发送给网络层，网络层进行路由选择处理然后发送给链路层，经链路层进行数据处理和信道接入控制后发送至物理层，最后经物理层进行信道编码和调制后发送至无线信道；
接收数据时，物理层通过无线信道接收到无线信号后进行解调和信道译码处理，将数据包发送至链路层，经链路层进行信道接入控制和数据处理后交由网络层进行数据解析处理，网络层将处理后的数据包交由应用层，应用层进行接收格式化处理后发送至外部系统。
2、飞行器协同信息网络协议栈应用层
飞行器协同信息网络协议栈应用层主要负责对协同探测、任务规划等信息进行格式化处理，包括消息处理模块、消息参数处理模块和接口管理模块。消息处理模块用于消息的格式化处理；消息参数管理模块接收物理层提供的信道状态标识，对消息处理模块的参数进行配置；接口管理模块用于实现消息处理模块和外部系统之间进行的数据交互。
消息处理模块的处理步骤是：接收接口管理模块提供的外部数据，按照消息种类、消息类型和消息参数结构体，形成消息报文，发送至网络层；接收网络层数据，解析出应用信息，发送至接口管理模块。
消息参数管理模块的处理步骤是：当消息处理模块需要打包消息时，调用该模块返回消息参数结构体，形成消息报文。
接口管理模块的处理步骤是：接收外部系统提供的数据，提取有效信息，送至消息处理模块；接收消息处理模块的数据，转变为特定数据帧发送给外部系统。
发送数据时，消息参数管理模块对消息处理模块的发送消息参数进行配置，之后消息处理模块接收接口管理模块提供的外部数据，按照消息种类、消息类型和消息参数结构体，形成消息报文，发送至网络层。
接收数据时，消息参数管理模块对消息处理模块的接收消息参数进行配置，之后消息处理模块接收网络层数据，解析出应用信息，通过接口管理模块发送至外部系统。
3、飞行器协同信息网络协议栈网络层
飞行器协同信息网络协议栈网络层主要负责基于路由协议的路由维护以及数据分发，包括应用层数据接收/发送模块、数据处理模块、路由处理模块和链路层数据接收/发送模块。应用层数据接收/发送模块用于与应用层进行数据交互；路由处理模块接收物理层提供的信道状态标识，建立并维护路由表，确定发送数据的最佳路径，包括路由周期更新子模块、路由触发更新子模块和路由查询子模块；数据处理模块负责对数据进行编、解码处理，包括下行数据处理子模块和上行数据处理子模块；链路层数据接收/发送模块与链路层进行数据交互，包括应用数据与路由数据。
应用层数据接收/发送模块的处理步骤是：接收应用层数据，交由数据处理模块进行处理并进行发送；接收数据处理模块解析后的应用数据，发送至应用层。
路由处理模块分为路由周期更新子模块、路由触发更新子模块、上行路由信息处理子模块和路由查询子模块四个子模块。路由周期更新子模块的处理步骤是：每个周期发送路由信息广播前，本机节点都要首先更新本节点的路由信息，路由协议会将本机节点路由表中的所有路由条目信息以路由信息结构格式封装到一起，编码后的路由包由链路层发送子模块发送至链路层消息队列，从而广播至邻居节点。随后等待一个周期的时间，进行下一周期的路由信息更新。更新周期将根据实际测试情况以及应用环境而设定，具体见图2所示。路由触发更新子模块的处理步骤是：定时器遍历任务是每隔一段时间遍历一次路由表，定时减少路由条目的活动时间，并检查每个路由条目是否仍然有效，若出现无效路由，则需要发送触发更新包将此无效路由告知其他邻居节点。首先开始遍历本机节点路由表，依次检查每个路由条目是否仍然有效，将无效路由的触发标记位triggerFlag记为true，遍历完路由表发送触发更新包，等待一次遍历间隔后开启下次遍历过程，具体见图3所示。上行路由信息处理子模块的处理步骤是：网络层接收到链路层的数据时，如果该数据为路由信息，则网络层的链路层数据接收子模块会将数据分派给上行路由处理子模块处理，该路由信息是邻居节点的路由表信息，则该模块需对路由信息进行转化，从而对本节点的路由表进行更新。路由查询子模块的处理步骤是：将路由条目查询函数接口提供给链路层，以供链路层进行数据段转发时查询转发路径。
数据处理模块分为下行数据处理子模块和上行数据处理子模块。下行数据处理子模块的处理步骤是：当下行应用数据的目的节点非本节点时，网络层需将该应用数据分派给下行数据处理子模块，通过路由处理模块的路由查询子模块选择传输路径，完成应用数据的封装、编码工作。并将处理后的数据交由链路层数据发送子模块，通过链路层发送至应用数据的目的节点。上行数据处理子模块的处理步骤是：该子模块的数据输入为链路层数据接收子模块发来的上行数据，若该数据的最终目的节点为本节点，则该子模块对数据进行解码、数据校验工作，最终将数据解析为应用数据格式，通过应用层数据发送子模块发往上层应用；若该数据的最终目的并非本节点，则程序可能出现处理错误，此时将数据丢弃即可。
链路层数据接收/发送模块分为接收子模块和发送子模块。接收子模块的处理步骤是：该模块的输入为链路层发往网络层的带格式数据，接收子模块预先解析上行带格式数据的数据类型，若为应用数据，则将该数据交由数据处理模块进行后续处理；若该数据为路由信息，则将该数据送往路由处理模块，完成路由信息的提取以及路由表的更新。发送子模块的处理步骤是：该模块的输入为数据处理模块的下行数据以及路由处理模块的路由信息，该模块将以上两类不同的数据统一编码，封装为网络层与链路层之间的带格式数据格式，并将带格式数据发送给链路层。
发送数据时，应用层数据接收/发送模块接收上层应用数据，并将数据分派给数据处理模块中下行数据处理子模块，通过路由处理模块的路由查询子模块选择传输路径，完成应用数据的封装、编码工作；并将处理后的数据交由链路层数据接收/发送模块，发送至链路层。同时，每个周期路由处理模块中路由周期更新子模块将本节点路由表中的所有路由条目信息以路由信息结构格式封装到一起，编码后的路由数据由链路层数据接收/发送模块发送至链路层；路由处理模块中路由触发更新子模块检查每个路由条目是否仍然有效，若出现无效路由，则发送触发更新包，由链路层数据接收/发送模块发送至链路层。
接收数据时，链路层数据接收/发送模块接收到链路层的数据，如果该数据为路由数据，则将数据分派给路由处理模块中上行数据处理子模块处理，上行路由处理子模块对路由数据进行转化，更新本节点的路由表；如果该数据为应用数据，则将该数据分派给数据处理模块中上行数据处理子模块处理,上行数据处理子模块对数据进行解码、数据校验工作，最终将数据解析为应用数据格式，通过应用层数据接收/发送模块发往应用层。
4、飞行器协同信息网络协议栈链路层
飞行器协同信息网络协议栈链路层主要负责基于路由协议的路由维护以及数据分发，包括网络层数据接收/发送模块、确认模式数据处理模块、非确认模式数据处理模块、数据段编解码模块、随机接入模块和路由查询模块。网络层数据接收/发送模块负责完成与网络层的数据交互，确认模式数据处理模块进行确认数据的发送和接收，非确认模式数据处理模块进行非确认数据的发送和接收，数据段编解码模块负责实现链路层内部数据编码、解码，随机接入模块从应用层消息处理模块获知数据优先级信息，根据数据优先级放入相应的优先级队列，路由查询模块接收网络层路由处理模块输出的信息，获取数据段转发时的转发路径。
网络层数据接收/发送模块的处理步骤是：对于下行链路，网络层数据接收/发送模块在收到网络层的带格式数据后，根据带格式数据中的传输模式，调用确认模式数据处理模块或非确认模式数据处理模块的函数，进行相应处理；对于上行链路，网络层数据接收/发送模块为链路层内部实体提供向网络层发送数据的接口函数。
确认模式数据处理模块分为确认模式数据处理接收子模块(简称ALA-RX)和确认模式数据处理发送子模块(简称ALA-TX)，ALA-RX与ALA-TX中均存在多条逻辑链路，每条逻辑链路中，根据数据优先级的不同，又分为多条数据流。因此，通过逻辑链路以及优先级，可以唯一地确定一条数据流。由于优先级机制的存在，在低优先级数据段的发送过程中，可能被高优先级的数据段打断。数据流存在的作用，是为了使ALA-RX模块对不同优先级，不同数据段交错的数据流，进行重新分类以便进行重组。ALA-RX子模块的处理步骤为：ALA-RX收到某段数据后，首先根据该数据进行窗口的滑动。发送方与接收方窗口的滑动应是同步的，ALA-RX模块根据当前数据中的标识以及当前的窗状态来判断发送方的窗口位置，然后调整接收窗口，与之同步。其次判断当前数据的标识是否在接收窗口内，滑动窗口直至数据的标识在接收窗口内。然后将数据放入缓冲区，接着判断数据段的标志位确定是否需要恢复ACK，最后发送方将查询窗中的各数据是否已经重组完成，将已重组完成但未发送至网络层的数据，发送至网络层。ALA-TX子模块的处理步骤为：首先对发送数据请求处理，判断当前发送窗口是否已满，若发送窗口已满，则将数据放入等待队列，函数返回；若发送窗口未满，则将数据放入窗口内，然后进行分段，并对各个分段进行编码，最后放入发送队列；其次是对ACK的处理，依次对若干个ACK确认块进行处理。对于已正确接收的数据，ALA-TX子模块将向网络层发送确认信息，报告传输成功，然后更新发送窗口；对于未正确接收的数据，若重传次数已达到最大重传次数，则放弃该数据包的发送，并向网络层发送数据确认信息，报告传输失败，然后更新发送窗口，若未达到最大重传次数，则将需要重传的段放入发送队列，等待再次发送。最后是更新发送窗口，在数据包的成功发送或失败发送后，ALA-TX均会进行发送窗口的更新。
非确认模式数据处理模块分为非确认模式数据处理接收子模块(简称ALU-RX)和非确认模式数据处理发送子模块(简称ALU-TX)，ALU-RX与ALU-TX中均存在多条逻辑链路。每条逻辑链路中，根据数据优先级的不同，又分为多条数据流。因此，通过逻辑链路以及优先级，可以唯一地确定一条数据流。由于优先级机制的存在，在低优先级的数据段发送过程中，可能被高优先级的数据段打断。数据流存在的作用，是为了使ALU-RX模块对不同优先级，不同数据段交错的数据流，进行重新分类，以便进行重组。ALU-RX子模块的处理步骤为：首先对接收到的分段数据进行缓存，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，发送至网络层。ALU-TX子模块的处理步骤为：对上层发来的数据包根据数据分类，对数据包进行分段，然后进行相应的编码，并依据优先级放入发送队列。
数据段编译码模块作为连接确认模式数据处理模块、非确认模式数据处理模块与随机接入模块的纽带，主要完成格式转换的工作，实现链路层内部格式与网络层内部格式之间的转换。
随机接入模块划分为多个优先级，各优先级的接入流程分别由一个任务来执行。各个接入线程的优先级不同，以保证高优先级数据第一时间的发送。随机接入模块的处理步骤为：首先，根据数据的优先级放入相应的优先级队列中。每次发送数据的时候从高到低检测各优先级队列是否有待发送数据，选取其中相对优先级最高的队列中的数据，检测其是否超时。如果没有，再检测此时的信道负载是否超过该优先级所对应的预设门限阈值。如果没有，则发送；若超过门限阈值，则进行退避。如果数据已经超时，则丢弃，重新开始从高到低检测各优先级队列是否有数据。退避过程中，如果有更高优先级的数据到来，则停止退避，重新开始从高到低检测各优先级队列是否有数据。退避完成后，回到超时检测再重复上述步骤，具体见图4所示。
路由查询模块的处理步骤是：首先调用网络层路由条目查询函数接口获取数据段转发时转发路径，然后提供给随机接入模块。
发送数据时，网络层数据接收/发送模块接收上层的带格式数据，根据格式中的传输模式，如果是确认数据的发送工作，则调用确认模式数据处理模块对数据包进行分段，依据优先级放入发送队列，对于未正确接收的数据，进行重传；如果是非确认数据的发送工作，则调用非确认模式数据处理模块的函数，对数据包进行分段，并依据优先级放入发送队列；随机接入模块从高到低检测各优先级队列是否有待发送数据，选取其中优先级最高的队列中的数据，同时检测此时的信道负载是否超过该优先级所对应的预设门限阈值，如果没有，则发送至物理层，否则进行退避。
接收数据时，随机接入模块将从物理层接收的分段数据送入数据段编解码模块，进行格式转换，根据传输模式，如果是确认数据的接收工作，则调用确认模式数据处理模块对接收到的分段数据进行缓存，回复ACK，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，经网络层数据接收/发送模块发送至网络层；如果是非确认数据的接收工作，则调用非确认模式数据处理模块对接收到的分段数据进行缓存，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，经网络层数据接收/发送模块发送至网络层；如果是分组转发数据的接收工作，则通过路由查询模块查询网络层的路由表，然后直接进行转发，而不进行重组，不将数据发送至网络层。
5、飞行器协同信息网络协议栈物理层
飞行器协同信息网络协议栈物理层主要实现信道编译码、调制解调，在接收信道需要完成对天线接收到的信号的捕获，在发射信道需要按照时频方案对发射信号进行控制，包括信道编译码模块、调制解调模块、信号捕获模块和发射控制模块。信道编译码模块实现对信号的编码和译码，调制解调模块实现对信号的调制和解调，发射控制模块实现对信号的发射时刻和发射频点的控制，信号捕获模块实现对天线接收到信号的捕获跟踪。
信号捕获模块的处理步骤为：将预处理之后的接收信号与本地各个频点的同步序列进行相关运算，搜寻可能存在的脉冲。捕获模块根据相关运算的结果，将脉冲所在的频点和相邻脉冲间的间隔与本机接收的跳频和跳时序列相比对，判断接收到的脉冲串是否有效。最后将有效的脉冲串发送至调制解调模块进行解调处理。
发射控制模块的处理步骤为：首先按照跳频跳时机制生成跳频跳时图案，然后按照跳时图案控制发射开关动作，按照跳频图案控制发射信号点频。
信道编译码模块和调制解调模块负责实现对信号的编码、译码、调制、解调工作，处理流程与通用信道编译码和调制解调方法一致。
发送数据时，将从链路层收到的数据送入信道编译码模块，进行信道编码处理，送至调制解调模块进行调制处理，调制后的信号送入发射控制模块，按照跳频跳时机制生成跳频跳时图案，然后按照跳时图案控制发射开关动作，按照跳频图案控制发射信号点频，最后通过天线将信号辐射出去。
接收数据时，从天线接收到的无线信号经下变频、模数转换后送入信号捕获模块，将接收信号与本地各个频点的同步序列进行相关运算，搜寻可能存在的脉冲；捕获模块根据相关运算的结果，将脉冲所在的频点和相邻脉冲间的间隔与本机接收的跳频和跳时序列相比对，判断接收到的脉冲串是否有效；最后将有效的脉冲串发送至调制解调模块进行解调处理，解调后的数据进行译码，送往链路层。
基于本发明所述网络协议栈，还可以扩展到一种编队飞行器协同组网，该编队飞行器协同组网中的飞行器之间采用上述信息网络协议栈进行组网通信；进一步的，可以扩展为一种编队飞行的航天器协同组网，该编队飞行的航天器协同组网中的航天器之间采用上述信息网络协议栈进行组网通信，更进一步的，还可以扩展为一种地面编队车辆的协同组网，该地面编队车辆协同组网中的车辆之间采用上述信息网络协议栈进行组网通信。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (16)

1.一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于包括自上而下的应用层、网络层、链路层和物理层；
发送数据时，应用层对外部系统输入的信息进行发送格式化处理，格式化处理后发送给网络层，网络层进行路由选择处理然后发送给链路层，经链路层进行数据处理和信道接入控制后发送至物理层，最后经物理层进行信道编码和调制后发送至无线信道；
接收数据时，物理层通过无线信道接收到无线信号后进行解调和信道译码处理，将数据包发送至链路层，经链路层进行信道接入控制和数据处理后交由网络层进行数据解析处理，网络层将处理后的数据包交由应用层，应用层进行接收格式化处理后发送至外部系统。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：所述应用层包括消息处理模块、消息参数管理模块和接口管理模块；
消息处理模块用于消息的格式化处理，接口管理模块用于实现消息处理模块和外部系统之间进行的数据交互，消息参数管理模块接收物理层提供的信道状态标识，对消息处理模块的参数进行配置。
3.根据权利要求2所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：发送数据时，消息参数管理模块对消息处理模块的发送消息参数进行配置，之后消息处理模块接收接口管理模块提供的外部数据，按照消息种类、消息类型和消息参数结构体，形成消息报文，发送至网络层。
4.根据权利要求2所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：接收数据时，消息参数管理模块对消息处理模块的接收消息参数进行配置，之后消息处理模块接收网络层数据，解析出应用信息，通过接口管理模块发送至外部系统。
5.根据权利要求1所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：所述网络层包括应用层数据接收/发送模块、数据处理模块、路由处理模块和链路层数据接收/发送模块；
应用层数据接收/发送模块用于与应用层进行数据交互，路由处理模块接收物理层提供的信道状态标识，建立并维护路由表，确定发送数据的最佳路径，数据处理模块负责对数据进行编、解码处理，链路层数据接收/发送模块与链路层进行数据交互，包括应用数据与路由数据。
6.根据权利要求5所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：路由处理模块包括路由周期更新子模块、路由触发更新子模块和路由查询子模块；
数据处理模块包括下行数据处理子模块；
发送数据时，应用层数据接收/发送模块接收上层应用数据，并将数据分派给数据处理模块中下行数据处理子模块，通过路由处理模块的路由查询子模块选择传输路径，完成应用数据的封装、编码工作；并将处理后的数据交由链路层数据接收/发送模块，发送至链路层；
同时，每个周期路由处理模块中路由周期更新子模块将本节点路由表中的所有路由条目信息以路由信息结构格式封装到一起，编码后的路由数据由链路层数据接收/发送模块发送至链路层；路由处理模块中路由触发更新子模块检查每个路由条目是否仍然有效，若出现无效路由，则发送触发更新包，由链路层数据接收/发送模块发送至链路层。
7.根据权利要求5所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：路由处理模块包括路由上行路由信息处理子模块；数据处理模块包括上行数据处理子模块；
接收数据时，链路层数据接收/发送模块接收到链路层的数据，如果该数据为路由数据，则将数据分派给路由处理模块中上行路由信息处理子模块处理，上行路由信息处理子模块对路由数据进行转化，更新本节点的路由表；如果该数据为应用数据，则将该数据分派给数据处理模块中上行数据处理子模块处理,上行数据处理子模块对数据进行解码、数据校验工作，最终将数据解析为应用数据格式，通过应用层数据接收/发送模块发往应用层。
8.根据权利要求1所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：所述链路层包括网络层数据接收/发送模块、确认模式数据处理模块、非确认模式数据处理模块、数据段编解码模块、随机接入模块和路由查询模块；
网络层数据接收/发送模块负责完成与网络层的数据交互，确认模式数据处理模块进行确认数据的发送和接收，非确认模式数据处理模块进行非确认数据的发送和接收，数据段编解码模块负责实现链路层内部数据编码、解码，随机接入模块从应用层消息处理模块获知数据优先级信息，根据数据优先级放入相应的优先级队列，路由查询模块接收网络层路由处理模块输出的信息，获取数据段转发时的转发路径。
9.根据权利要求8所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：发送数据时，网络层数据接收/发送模块接收上层的带格式数据，根据格式中的传输模式，如果是确认数据的发送工作，则调用确认模式数据处理模块对数据包进行分段，依据优先级放入发送队列，对于未正确接收的数据，进行重传；如果是非确认数据的发送工作，则调用非确认模式数据处理模块的函数，对数据包进行分段，并依据优先级放入发送队列；
随机接入模块从高到低检测各优先级队列是否有待发送数据，选取其中优先级最高的队列中的数据，同时检测此时的信道负载是否超过该优先级所对应的预设门限阈值，如果没有，则发送至物理层，否则进行退避。
10.根据权利要求8所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：接收数据时，随机接入模块将从物理层接收的分段数据送入数据段编解码模块，进行格式转换，根据传输模式，如果是确认数据的接收工作，则调用确认模式数据处理模块对接收到的分段数据进行缓存，回复ACK，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，经网络层数据接收/发送模块发送至网络层；如果是非确认数据的接收工作，则调用非确认模式数据处理模块对接收到的分段数据进行缓存，并按照数据流进行数据段的拼接，完成每个数据流的重组，经网络层数据接收/发送模块发送至网络层；如果是分组转发数据的接收工作，则通过路由查询模块查询网络层的路由表，然后直接进行转发，而不进行重组，不将数据发送至网络层。
11.根据权利要求1所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：所述物理层包括信道编译码模块、调制解调模块、信号捕获模块和发射控制模块；
信道编译码模块实现对信号的编码和译码，调制解调模块实现对信号的调制和解调，发射控制模块实现对信号的发射时刻和发射频点的控制，信号捕获模块实现对天线接收到信号的捕获跟踪。
12.根据权利要求11所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：发送数据时，将从链路层收到的数据送入信道编译码模块，进行信道编码处理，送至调制解调模块进行调制处理，调制后的信号送入发射控制模块，按照跳频跳时机制生成跳频跳时图案，然后按照跳时图案控制发射开关动作，按照跳频图案控制发射信号点频，最后通过天线将信号辐射出去。
13.根据权利要求11所述的一种飞行器协同信息网络协议栈，其特征在于：接收数据时，从天线接收到的无线信号经下变频、模数转换后送入信号捕获模块，将接收信号与本地各个频点的同步序列进行相关运算，搜寻可能存在的脉冲；
捕获模块根据相关运算的结果，将脉冲所在的频点和相邻脉冲间的间隔与本机接收的跳频和跳时序列相比对，判断接收到的脉冲串是否有效；最后将有效的脉冲串发送至调制解调模块进行解调处理，解调后的数据进行信道译码，送往链路层。
14.一种编队飞行器协同组网，其特征在于：该编队飞行器协同组网中的飞行器之间采用如权利要求1～13中任一项所述信息网络协议栈进行组网通信。
15.一种编队飞行的航天器协同组网，其特征在于：该编队飞行的航天器协同组网中的航天器之间采用如权利要求1～13中任一项所述信息网络协议栈进行组网通信。
16.一种地面编队车辆的协同组网，其特征在于：该地面编队车辆协同组网中的车辆之间采用如权利要求1～13中任一项所述信息网络协议栈进行组网通信。
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