CN112533276A - 基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法及系统 - Google Patents

基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法及系统，该方法包括如下步骤：统计各型号无线传感网络测量需求，对上述需求进行分类；根据分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库；根据当前型号无线传感网络系统需求调用帧格式数据库中相应的帧格式；如果对于加入的故障情况，系统仍稳定运行且不受影响，则对故障信息进行收集记录，形成诊断数据；根据帧格式完成无线传感网络数据收集形成初步数据帧；将诊断数据补充到初步数据帧得到数据帧；自适应数据帧输出接口输出数据帧。本发明实现了无线自适应编帧系统，可以兼容航天火箭各型号无线传感测量需求的帧格式需求，且支持扩展升级，做到向下兼容。

Description

基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法及系统
技术领域
本发明属于火箭/导弹测控系统的信息传输与处理技术领域，尤其涉及一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法及系统。
背景技术
近年来，无线传感网络在航天火箭测量系统中应用越来越普及，无线传感网络的数据，需要通过箭载遥测下传，由于箭载遥测码率限制，需要根据传感节点测量需求编制帧格式，实现数据的高效传输。由于无线传感节点本身种类多样，有图像节点、高频节点、低频节点、缓变节点等等，传感网络中数据繁杂，使得各型号无线测量需求差异巨大，甚至同一型号的不同发次无线节点数量、种类往往也存在差异，造成帧格式需求难以固化统一。
若参照传统遥测帧格式设计，针对每发任务需求定制无线传感网络帧格式，会带来繁杂多样的帧格式版本，帧格式设计、协调工作反复，增加了人力成本的同时，也带来了技术状态管理风险；由于单机产品内部帧格式的不同，造成产品状态繁多，也不利于产品化研制，严重制约了无线传感网络的快速应用发展。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法及系统，实现了无线自适应编帧系统，可以兼容航天火箭各型号无线传感测量需求的帧格式需求，且支持扩展升级，做到向下兼容。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：统计各型号无线传感网络测量需求，对上述需求进行分类；步骤二：根据步骤一中的分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库；步骤三：根据当前型号无线传感网络系统需求调用步骤二中帧格式数据库中相应的帧格式；步骤四：如果对于加入的故障情况，系统仍稳定运行且不受影响，则对故障信息进行收集记录，形成诊断数据；步骤五：根据步骤三中的帧格式完成无线传感网络数据收集形成初步数据帧；将步骤四中的诊断数据补充到初步数据帧得到数据帧；步骤六：设计自适应数据帧输出接口，自适应数据帧输出接口输出步骤五中的数据帧。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法中，在步骤一中，各型号无线传感网络测量需求包括无线传感网络节点种类、节点数量、节点测量数据量、节点自身参数信息。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法中，无线传感网络节点种类包括图像、高频速变、低频速变和缓变。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法中，在步骤四中，初始化过程中，对动态组网过程中的非法无线传感节点、出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出；系统运行过程中，对临时加入的非法无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法中，系统运行过程中，对出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，包括：第一模块，用于统计各型号无线传感网络测量需求，对上述需求进行分类；第二模块，用于根据第一模块中的分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库；第三模块，用于根据当前型号无线传感网络系统需求调用第二模块中帧格式数据库中相应的帧格式；第四模块，用于如果对于加入的故障情况，系统仍稳定运行且不受影响，则对故障信息进行收集记录，形成诊断数据；第五模块，用于根据第三模块中的帧格式完成无线传感网络数据收集形成初步数据帧；将步骤四中的诊断数据补充到初步数据帧得到数据帧；第六模块，用于设计自适应数据帧输出接口，自适应数据帧输出接口输出第五模块中的数据帧。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统中，各型号无线传感网络测量需求包括无线传感网络节点种类、节点数量、节点测量数据量、节点自身参数信息。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统中，无线传感网络节点种类包括图像、高频速变、低频速变和缓变。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统中，初始化过程中，对动态组网过程中的非法无线传感节点、出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出；系统运行过程中，对临时加入的非法无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
上述基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统中，系统运行过程中，对出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过各型号需求统计分类，并完成可扩展性帧结构数据库设计，解决了现有各型号帧格式定制设计带来的各型号帧格式反复更改设计、协调等问题，实现一个帧格式数据库，包容现有各型号需求。同时，数据库结构设计具备良好的可扩展性，可以满足未来型号反展的新需求。
(2)本发明通过故障诊断设计，达到的效果为系统在无线网络节点异常、非法无线网络节点加入等各种故障模式下均可稳定运行，并输出诊断数据，供系统人员决策使用。
(3)本发明通过实施自适应编帧设计总体方案，包括帧格式数据库设计、故障诊断设计、自适应接口设计，实现了无线传感网络系统的产品化，提高了型号研制工作效率，降低了研制成本，并可推广应用到类似需求的测量系统中，不局限于无线传感网络系统。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的自适应编帧设计示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤一：统计现有各型号无线传感网络测量需求，包括无线传感网络节点种类、节点数量、节点测量数据量、节点自身参数信息，对上述需求进行分类。
步骤二：根据步骤一的分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库，并进行可扩展性设计，以满足后续新的帧格式需求。
步骤三：系统运行过程中，根据当前型号无线传感网络系统需求调用步骤二中帧格式数据库中相应的帧格式。
步骤四：故障诊断设计，对于无线网络节点异常、非法无线网络节点加入等情况，系统可稳定运行，不受影响，并对故障信息进行收集记录，形成诊断数据。
步骤五：根据步骤三中帧格式完成无线传感网络数据收集，并形成初步的数据帧。收集步骤四下形成的诊断数据，补充到数据帧中。
步骤六：设计自适应数据帧输出接口，根据当前系统帧格式输出步骤五形成的数据帧。
步骤七：若系统仍在运行且工作正常，跳转至步骤四。
该方法实现的自适应编帧系统，可以兼容航天火箭各型号无线传感网络的帧格式编帧需求，根据无线传感器网络的动态组网结果，自适应编帧形成所需的帧格式数据，解决了传统帧格式定制设计带来的效率低下、成本高、存在管理风险等多种问题。该方法同时可以满足未来型号发展的新需求，具备良好的扩展能力，做到向下兼容。
本实施例包括自适应编帧设计总体方案、帧格式数据库设计、自适应接口设计、故障诊断设计。
自适应编帧设计总体方案
本发明完成的自适应编帧设计总体方案，可以满足现有箭载各型号无线传感网络测量需求的帧格式需求，并支持向下兼容性扩展升级，方案的核心模块包括帧格式数据库、自适应接口、故障诊断，如图2所示。方案的具体实施方式如下：
a)系统运行时，根据当前系统中无线节点测量需求，计算帧格式需求参数，并通过帧格式数据库，完成最优帧格式匹配。
b)故障诊断模块根据故障模式设计完成故障诊断，并输出故障诊断信息。
c)自适应接口模块依据最优帧格式，完成各类数据的编帧输出，包括故障诊断模块输出的故障诊断数据。
帧格式数据库设计
本发明根据现有型号无线传感网络测量需求，完成帧格式包络设计，形成帧格式数据库。具体实施方式如下：
a)无线节点种类包络设计：帧格式数据库设计可以兼容无线传感网络中的各类网络节点，包括图像、高频速变、低频速变、缓变等；
b)无线节点数量包络设计：无线传感网络中，不同种类的无线节点，数量也存在差异，帧格式数据库设计可以兼容数量的差异；
c)帧格式大小包络设计：完成帧格式型普设计，该型普可以覆盖不同型号由于测量需求不同，帧格式大小存在的差异。
d)可扩展性设计：帧格式数据库对于未来型号新增需求，支持对数据库中的帧格式进行型普拓展，拓展后的帧格式数据库可以兼容现有型号。
自适应接口设计
本发明的自适应接口设计，通过一个输出接口，可以输出帧格式数据中的所有帧格式。具体实施方式如下：
a)动态编帧。根据系统运行过程中，动态确定的最优帧格式，完成各类无线传感节点测量数据、网络节点自身状态信息、故障诊断信息、帧计数等数据的动态编帧，形成编帧处理结果；
b)依据诊断信息，对出现异常的正常节点，进行编帧调整后，按照a)形成编帧处理结果。
故障诊断设计
本发明在传统故障模式设计的基础上，针对无线网络特殊性，进行了故障诊断设计，具体实施方式如下：
a)初始化过程中，对动态组网过程中的非法无线传感节点、出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障诊断信息输出；
b)系统运行过程中，对临时加入的非法无线传感节点，进行自动识别，并形成故障诊断信息输出；
c)系统运行过程中，对出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障诊断信息输出。
故障诊断设计，可以在出现非法节点异常加入、正常节点工作异常等故障模式下，确保本系统能够稳定工作，最大限度的输出正常有效节点数据的同时，下传故障诊断数据，供系统人员决策使用。
本实施例还提供了一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，包括：第一模块，用于统计各型号无线传感网络测量需求，对上述需求进行分类；第二模块，用于根据第一模块中的分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库；第三模块，用于根据当前型号无线传感网络系统需求调用第二模块中帧格式数据库中相应的帧格式；第四模块，用于如果对于加入的故障情况，系统仍稳定运行且不受影响，则对故障信息进行收集记录，形成诊断数据；第五模块，用于根据第三模块中的帧格式完成无线传感网络数据收集形成初步数据帧；将步骤四中的诊断数据补充到初步数据帧得到数据帧；第六模块，用于设计自适应数据帧输出接口，自适应数据帧输出接口输出第五模块中的数据帧。
上述实施例中，各型号无线传感网络测量需求包括无线传感网络节点种类、节点数量、节点测量数据量、节点自身参数信息。
上述实施例中，无线传感网络节点种类包括图像、高频速变、低频速变和缓变。
上述实施例中，初始化过程中，对动态组网过程中的非法无线传感节点、出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出；系统运行过程中，对临时加入的非法无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
上述实施例中，系统运行过程中，对出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
本发明通过各型号需求统计分类，并完成可扩展性帧结构数据库设计，解决了现有各型号帧格式定制设计带来的各型号帧格式反复更改设计、协调等问题，实现一个帧格式数据库，包容现有各型号需求。同时，数据库结构设计具备良好的可扩展性，可以满足未来型号反展的新需求。本发明通过故障诊断设计，达到的效果为系统在无线网络节点异常、非法无线网络节点加入等各种故障模式下均可稳定运行，并输出诊断数据，供系统人员决策使用。本发明通过实施自适应编帧设计总体方案，包括帧格式数据库设计、故障诊断设计、自适应接口设计，实现了无线传感网络系统的产品化，提高了型号研制工作效率，降低了研制成本，并可推广应用到类似需求的测量系统中，不局限于无线传感网络系统。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：统计各型号无线传感网络测量需求，对上述需求进行分类；
步骤二：根据步骤一中的分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库；
步骤三：根据当前型号无线传感网络系统需求调用步骤二中帧格式数据库中相应的帧格式；
步骤四：如果对于加入的故障情况，系统仍稳定运行且不受影响，则对故障信息进行收集记录，形成诊断数据；
步骤五：根据步骤三中的帧格式完成无线传感网络数据收集形成初步数据帧；将步骤四中的诊断数据补充到初步数据帧得到数据帧；
步骤六：设计自适应数据帧输出接口，自适应数据帧输出接口输出步骤五中的数据帧。
2.根据权利要求1所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法，其特征在于：在步骤一中，各型号无线传感网络测量需求包括无线传感网络节点种类、节点数量、节点测量数据量、节点自身参数信息。
3.根据权利要求2所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法，其特征在于：无线传感网络节点种类包括图像、高频速变、低频速变和缓变。
4.根据权利要求1所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法，其特征在于：在步骤四中，初始化过程中，对动态组网过程中的非法无线传感节点、出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出；系统运行过程中，对临时加入的非法无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
5.根据权利要求4所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计方法，其特征在于：系统运行过程中，对出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
6.一种基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，其特征在于包括：
第一模块，用于统计各型号无线传感网络测量需求，对上述需求进行分类；
第二模块，用于根据第一模块中的分类结果，对于每种分类设计相应的帧格式，形成帧格式数据库；
第三模块，用于根据当前型号无线传感网络系统需求调用第二模块中帧格式数据库中相应的帧格式；
第四模块，用于如果对于加入的故障情况，系统仍稳定运行且不受影响，则对故障信息进行收集记录，形成诊断数据；
第五模块，用于根据第三模块中的帧格式完成无线传感网络数据收集形成初步数据帧；将步骤四中的诊断数据补充到初步数据帧得到数据帧；
第六模块，用于设计自适应数据帧输出接口，自适应数据帧输出接口输出第五模块中的数据帧。
7.根据权利要求6所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，其特征在于：各型号无线传感网络测量需求包括无线传感网络节点种类、节点数量、节点测量数据量、节点自身参数信息。
8.根据权利要求7所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，其特征在于：无线传感网络节点种类包括图像、高频速变、低频速变和缓变。
9.根据权利要求1所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，其特征在于：初始化过程中，对动态组网过程中的非法无线传感节点、出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出；系统运行过程中，对临时加入的非法无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
10.根据权利要求9所述的基于箭载无线传感网络的自适应编帧设计系统，其特征在于：系统运行过程中，对出现异常的无线传感节点，进行自动识别，并形成故障信息输出。
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