CN112904705B - 一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法 - Google Patents

一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，包括以IEEE 802.11协议作为星间链路通信协议，根据低轨小卫星群的拓扑，卫星位置信息、速度信息和运行状态信息，通过最优选择算法选出最佳主时钟卫星；以最佳主时钟卫星为根节点，将卫星同步区域划分为多个时钟同步域，同时为每个时钟同步域分配唯一的同步域标识；通过双向时钟测量方法获得从时钟卫星与主时钟卫星之间的星间链路传播时延；通过时钟传递同步信息的方法对从时钟卫星进行时钟修正；本发明利用时间戳传递的方式，精确测量主从同步卫星之间的链路时延，提高主从卫星的时钟同步精度，采用分级同步的思想，扩大小卫星之间的同步范围。

Description

一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法。
背景技术
近年来，随着空间信息网络的发展，新业务尤其是时间敏感型业务的不断涌现，对信息传输与处理提出了新的需求。为保证时间敏感业务的确定性传输，时钟同步技术是关键。现有的星间时钟同步技术包括GPS定时同步技术、双向时间比对技术等，这些时钟同步方法虽然能满足星间卫星高精度时钟同步的需求，但这些方法无一例外都需要搭载高精度原子钟或需要全球导航卫星系统 (GNSS，Global Navigattion Satellite System)的支持，其造价过于昂贵、不易部署且维护难度大。对于数量多、体积较小的低轨小卫星群，更倾向于一种结构简单易于部署的时钟同步方案；且出于安全性考虑，如有特殊飞行任务的军事侦察编队小卫星群，更需要一种内部时钟同步协议。
IEEE 802.1AS作为时间敏感网络(TSN，Time Sensitive Networking)中的时钟同步协议，工作在全双工以太网的数据链路层，通过时间戳传递的方式实现高精度的时钟同步。IEEE 802.1AS协议结构简单，扩展性强，易于部署且同步精度可精确到纳秒级，为自动化工厂、汽车控制、音视频传输等众多领域提供高精度时钟同步服务。但现有的IEEE802.1AS协议将链路传播时延测量过程和同步信息传递过程绑定在一起，针对无线信道广播的特性，直接部署到无线链路中会加大无线信道的开销，影响系统整体性能和时钟同步精度。而目前国内对于IEEE 802.1AS协议的关注更多的是停留在有线网络侧时钟同步的研究和实现上，将IEEE 802.1AS协议应用到无线网络中仍处于理论研究阶段且文献较少。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，具体包括以下步骤：
S1、根据小卫星群星间链路拓扑情况、卫星的位置信息、运行速度信息和运行状态信息，选取最佳主时钟卫星，GPS/北斗授时卫星为最佳主时钟卫星提供授时服务，为低轨小卫星群提供高精度参考时钟源，并以最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树；
S2、从时钟卫星和主时钟卫星通过双向时间测量的方式，在从时钟端获知测量所需时间戳，计算星间链路的传播时延，其中从时钟卫星包括中继卫星和普通从时钟卫星，主时钟卫星包括最佳主时钟和中继卫星；中继卫星在链路传播时延测量阶段作为从时钟卫星，在同步信息时作为主时钟卫星；
S3、进行同步信息，最佳主时钟卫星向无线信道广播同步信息，从时钟卫星接收同步信息并根据时钟修正算法修正当前节点的时钟，如果从时钟节点是中继卫星，则中继卫星在修正当前节点的时钟后向下一时钟同步域传递时钟信息。
进一步的，选取最佳主时钟卫星的过程包括：在信标帧阶段扩展信标帧结构，扩展部分包括自身ID、卫星状态信息Role、最佳主时钟权值系数Weight，最佳主时钟权值系数越大成为最佳主时钟卫星的可能性越高，最佳主时钟权值系数通过卫星位置信息、速度信息和运行状态信息进行量化。
进一步的，通过量化卫星位置信息、速度信息和运行状态信息获取最佳主时钟权值系数的过程包括：
计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离；
计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均速度；
将当前卫星运行状态分为工作状态、故障状态、响应状态和失败状态，所有状态构成一个有限的集合，采用马尔科夫过程对其建模；
根据当前卫星的平均距离、平均速度以及状态模型进行加权融合获取最佳主时钟权值系数，表示为：
Figure BDA0002910676240000031
其中，α为位置信息的量化的权值，
Figure BDA0002910676240000032
为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离，σd为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的标准偏差；β为卫星速度信息的量化的权值， ni为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点数量，vk表示当前卫星最大传输距离范围内的第k个邻居卫星节点的相对速度，vmax当前卫星最大传输距离范围内的邻居节点的最大相对速度；λ为卫星运行状态信息的量化的权值，Πh表示采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模。
进一步的，当前卫星最大传输距离表示为：
Figure BDA0002910676240000033
其中，Smax为当前卫星最大传输距离；λ为载波波长，PTX为发射功率，GTX和 GRX分别为发射天线增益和接收天线增益，k为玻尔兹曼常量，SPS为噪声带宽， M为每个发射符号数量。
进一步的，采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模Πh表示为：
Figure BDA0002910676240000034
其中，Ve表示卫星从工作状态变为故障状态的速率，Vr表示卫星故障状态时的响应速率，Vf表示卫星失效速率，
Figure BDA0002910676240000035
表示卫星从故障状态到失败状态的速率，λr表示卫星自愈速率，λf表示卫星从失效状态到重新开始正常工作的速率。
进一步的，
以最佳主时钟为根节点，同步域号为0，广播层级发现数据包，其中层级发现数据包中包括数据包的标识符和自己的同步域号；
根节点的邻居节点接收层级发现数据包，首先判断自己是否有同步域号，没有则标记层级数据包中的同步域；
在标记自己的同步域号后，当前卫星节点重新封装并广播层级发现数据包，其中新层级发现数据包中的同步域号为当前节点的同步域号加一；
根据先到先标记的原则，一个卫星标记同步域号后不再接受其它卫星的标记信息。
进一步的，步骤S2中在从时钟端获知测量所需时间戳时，基于IEEE 802.1AS 的时钟同步协议工作在数据链路层；通过IEEE 802.11的MAC层的物理层媒体访问控制状态机所在的管理实体MLME来获取高精度硬件时间戳。
进一步的，计算星间链路的传播时延包括ClockMaster实体和ClockSlave 实体，用于完成链路传播时延测量和同步信息传递过程中数据的发起和接收处理。
进一步的，在星间链路传播时延测量阶段，每个时钟同步域中从时钟卫星的ClockSlave实体发起链路传播时延测量请求，具体包括以下步骤：
每个时钟同步域中的从时钟向无线信道广播Pdelay_request链路传播时延测量请求帧，其中在该帧中封装当前卫星的同步域号，并在发起端记录发起时刻t1；
主时钟卫星的ClockMaster实体收到并解析Pdelay_request广播帧，首先判断Pdelay_request帧中的同步域号是否与当前节点的域号相同，如果不同则丢弃，相同则在接收端记录接收时刻t2，保存Pdelay_request帧的源MAC地址；
主时钟完成Pdelay_request帧的处理后，主时钟卫星在t3时刻封装时刻t2和t3在Pdelay_response链路传播时延测量响应帧中，以步骤2中记录的源MAC地址为目的MAC地址向无线信道单播Pdelay_response帧；
从时钟卫星接收并处理Pdelay_response帧，获得时刻t2和t3，并记录接收时刻t4；
从时钟卫星计算链路传播时延，即：
Figure BDA0002910676240000051
其中，r为主从卫星节点的时钟频率偏移比率。
进一步的，最佳主时钟卫星的ClockMaster实体向无线信道广播同步信息，时钟信息传递过程包括：
最佳主时钟卫星的ClockMaster实体在Sync同步信息传递帧中封装当前卫星的原始时间戳，同步域号，时钟频率偏移比率和当前卫星的时钟矫正信息 correctionField，最佳主时钟卫星的correctionField为0，时钟频率偏移比率为1，向无线信道广播Sync帧；
从时钟卫星的ClockSlave实体接收并解析Sync帧，首先判断帧中同步域号是否与当前节点的同步域号相同，不同则丢弃，相同则记录Sync帧中的时钟信息；
从时钟卫星根据Sync帧中的同步信息修正当前节点的时钟，即：
Tsync＝Torigin+Pdelay+correctionField(N)+Tsend+Tproce；
如果从时钟卫星是中继卫星，中继卫星在时钟同步后，更新当前卫星的矫正信息，当前卫星的矫正信息等于上一卫星节点的矫正信息加上与上一卫星节点的链路传播时延加上数据包的发送时延加上数据包的等待时延；
中继卫星向下一时钟同步域广播Sync帧，传递同步信息；
其中，Torigin为Sync帧中的原始时间戳，Pdelay为链路的传播时延，correctionField(N)为帧中的矫正信息，Tsend为数据包的发送时延，Tproce为数据包的处理时延。
本发明的有益技术效果为：
(1)系统部署简单，成本低，易于维护；
(2)通过平均层数最小的最佳主时钟选取方式，减小时钟同步误差随着同步层数增加而增加，使同步性能达到最优；
(3)对IEEE 802.1AS协议进行改进，适应星间同步的需要；
(4)利用时间戳传递的方式，精确测量主从同步卫星之间的链路时延，同步误差，提高了主从卫星的时钟同步精度；
(5)采用分级同步的思想，扩大小卫星之间的同步范围。
附图说明
图1是本发明一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法的流程图；
图2是本发明中最佳主时钟选取流程图；
图3是本发明中链路传播时延测量流程图；
图4是本发明中同步信息传递流程图；
图5是本发明的扩展信标帧结构；
图6是本发明的低轨小卫星拓扑图；
图7是本发明的星间时钟同步生成树；
图8是本发明的主从同步卫星内部结构图；
图9是本发明的星间链路传播时延测量原理图；
图10是本发明的星间同步信息传递原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
S1、根据小卫星群星间链路拓扑情况、卫星的位置信息、运行速度信息和运行状态信息，选取最佳主时钟卫星，GPS/北斗授时卫星为最佳主时钟卫星提供授时服务，为低轨小卫星群提供高精度参考时钟源，并以最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树；
S2、从时钟卫星和主时钟卫星通过双向时间测量的方式，在从时钟端获知测量所需时间戳，计算星间链路的传播时延，其中从时钟卫星包括中继卫星和普通从时钟卫星，主时钟卫星包括最佳主时钟和中继卫星；中继卫星在链路传播时延测量阶段作为从时钟卫星，在同步信息时作为主时钟卫星；
S3、进行同步信息，最佳主时钟卫星向无线信道广播同步信息，从时钟卫星接收同步信息并根据时钟修正算法修正当前节点的时钟，如果从时钟节点是中继卫星，则中继卫星在修正当前节点的时钟后向下一时钟同步域传递时钟信息。
在本实施例中，将一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法分为最佳主时钟选取、链路传播时延测量和同步信息传递三个部分，具体包括以下步骤：
(一)最佳主时钟选取
根据当前卫星最大传输距离，将当前卫星通信范围内的卫星节点作为当前卫星的邻居卫星节点。根据小卫星的通信任务不同，星间通信距离一般在几十到上千公里不同，为满足星间长距离的通信需求，通过加大卫星发射功率和天线增益的方式来加大通信范围。本发明考虑小卫星电源、尺寸等资源的限制，设计卫星发射功率为30dbm，天线增益为10dbi，计算可得最大通信距离为 500km，所述最大通信距离计算公式如下：
Figure BDA0002910676240000071
其中，λ为载波波长，PTX为发射功率，GTX和GRX分别为发射天线增益和接收天线增益，k为玻尔兹曼常量等于1.381×10-23J/K，SPS为噪声带宽，M为每个发射符号数量。
为了实现最佳主时钟卫星的选取，在信标帧阶段扩展信标帧结构，如图5 所示，扩展部分包括自身ID，卫星状态信息Role，最佳主时钟权值系数Weight。其中最佳主时钟系数作为选择最佳主时钟的判断依据，最佳主时钟系数越大成为最佳主时钟卫星的可能性越高，最佳主时钟系数通过卫星位置信息、速度信息和运行状态信息进行量化。
最佳主时钟的选取过程如图2，包括以下步骤：
卫星网络进行初始化，并进行邻居发现，获取邻居信息表，该表至少包括卫星位置信息、速度信息和运行状态信息；
根据邻居信息表中的信息计算最佳主时钟权值系数，并广播计算的权值并接收邻居的权值，判断当前卫星的权值系数是否为最大；
若当前卫星的权值为最大，则在网络中声明当前卫星为最佳主时钟卫星，否则选取权值系数最大的卫星作为主时钟微信；另外若有多颗卫星的权值系数均为最大时，选取ID最小的卫星为最佳时钟；
以选取的最佳主时钟卫星为根节点，该卫星的同步域号为0，广播层级发现数据包，接收到数据包的卫星判断是否已经标记同步域号，若没有标记则标记同步域号，若已经标记则向下一级广播层级发现数据包，并进行标记同步域号，标记完所有层级之后获得时钟同步生成树。
在以上过程中，最佳主时钟权值系数通过量化卫星位置信息、速度信息和运行状态信息获取，具体包括以下步骤：
计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离，若当前卫星的邻居卫星节点的位置集合为
Figure BDA0002910676240000081
则所有卫星的平均距离可表示为：
Figure BDA0002910676240000082
其中，ni表示第i个卫星的传输范围内有ni个邻居卫星节点，当前卫星的位置作为(xi，yi)，j∈{1,2,…,ni}；
计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均速度，若邻居节点的速度集合为为
Figure BDA0002910676240000091
那么平均相对速度
Figure BDA0002910676240000092
可表示为：
Figure BDA0002910676240000093
最大相对速度vmax可表示为：
Figure BDA0002910676240000094
将当前卫星运行状态分为工作状态、故障状态、响应状态和失败状态，所有状态构成一个有限的集合，采用马尔科夫过程对其建模，表示为：
Figure BDA0002910676240000095
其中，Ve表示卫星从工作状态变为故障状态的速率，Vr表示卫星故障状态时的响应速率，Vf表示卫星失效速率，
Figure BDA0002910676240000096
表示卫星从故障状态到失败状态的速率，λr表示卫星自愈速率，λf表示卫星从失效状态到重新开始正常工作的速率；
根据当前卫星的平均距离、平均速度以及状态模型进行加权融合获取最佳主时钟权值系数，表示为：
Figure BDA0002910676240000097
其中，Ps为卫星位置量化标准，Pv为卫星速度量化标准，Pz为卫星状态量化标准；α为位置信息的量化的权值，
Figure BDA0002910676240000098
为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离，σd为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的标准偏差；β为卫星速度信息的量化的权值，ni为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点数量，vk表示当前卫星最大传输距离范围内的第k个邻居卫星节点的相对速度，vmax当前卫星最大传输距离范围内的邻居节点的最大相对速度；λ为卫星运行状态信息的量化的权值，Πh表示采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模。
根据最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树的过程如图6～7，具体包括以下步骤：
以最佳主时钟为根节点，同步域号为0，广播层级发现数据包，其中层级发现数据包中包括数据包的标识符和自己的同步域号；
根节点的邻居节点接收层级发现数据包，首先判断自己是否有同步域号，没有则标记层级数据包中的同步域；
在标记自己的同步域号后，当前卫星节点重新封装并广播层级发现数据包，其中新层级发现数据包中的同步域号为当前节点的同步域号加一；
根据先到先标记的原则，一个卫星标记同步域号后不再接受其它卫星的标记信息。
本实施例中，基于IEEE 802.1AS的时钟同步协议工作在数据链路层，通过 IEEE802.11的MAC层管理实体MLME来获取高精度硬件时间戳。
(二)链路传播时延测量
如图8所示，主时钟卫星包括GPS接收模块，用于接收GPS的授时信号，保证低轨小卫星群拥有高精度参考时钟源，从时钟卫星搭载时钟晶振保证系统时钟源；ClockMaster模块和ClockSlave模块，用于完成主从时钟卫星的链路传播时延测量和同步信息传递过程中数据的发起和接收处理；Clock模块用于维护和统计实时更新的时钟信息；星间链路通信协议为IEEE 802.11。
链路传播时延测量的流程如图3所示，图6展示在星间链路传播时延测量阶段，每个时钟同步域中从时钟卫星的ClockSlave实体发起链路传播时延测量请求，具体包括以下测量流程：
每个时钟同步域中的从时钟向无线信道广播Pdelay_request链路传播时延测量请求帧，其中在该帧中封装当前卫星的同步域号，并在发起端记录发起时刻t1；
主时钟卫星的ClockMaster实体收到并解析Pdelay_request广播帧，判断Pdelay_request帧中的同步域号是否与当前节点的域号相同，如果不同则丢弃，相同则在接收端记录接收时刻t2，保存Pdelay_request帧的源MAC地址；
主时钟完成Pdelay_request帧的处理后，主时钟卫星在t3时刻封装时刻t2和t3在Pdelay_response链路传播时延测量响应帧中，以记录的源MAC地址为目的 MAC地址向无线信道单播Pdelay_response帧；
从时钟卫星接收并处理Pdelay_response帧，获得时刻t2和t3，并记录接收时刻t4；
从时钟卫星计算链路传播时延，所述计算公式如下：
Figure BDA0002910676240000111
其中，r为主从卫星节点的时钟频率偏移比率。
(三)同步信息传递
如图7所示，在同步信息传递阶段，最佳主时钟卫星的ClockMaster实体向无线信道广播同步信息，所示时钟信息传递过程如图4，包括：
最佳主时钟卫星的ClockMaster实体在Sync同步信息传递帧中封装当前卫星的原始时间戳，同步域号，时钟频率偏移比率和当前卫星的时钟矫正信息 correctionField，最佳主时钟卫星的correctionField为0，时钟频率偏移比率为1，向无线信道广播Sync帧；
从时钟卫星的ClockSlave实体接收并解析Sync帧，首先判断帧中同步域号是否与当前节点的同步域号相同，不同则丢弃，相同则记录Sync帧中的时钟信息；
从时钟卫星根据Sync帧中的同步信息修正当前节点的时钟，所述的修正公式如下：
Tsync＝Torigin+Pdelay+correctionField(N)+Tsend+Tproce；
其中，Torigin为Sync帧中的原始时间戳，Pdelay为链路的传播时延，correctionField(N)为帧中的矫正信息，Tsend为数据包的发送时延，Tproce为数据包的处理时延；
如果从时钟卫星是中继卫星，中继卫星在时钟同步后，更新当前卫星的矫正信息，当前卫星的矫正信息等于上一卫星节点的矫正信息加上与上一卫星节点的链路传播时延加上数据包的发送时延加上数据包的等待时延；
中继卫星向下一时钟同步域广播Sync帧，传递同步信息。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、根据小卫星群星间链路拓扑情况、卫星的位置信息、运行速度信息和运行状态信息，选取最佳主时钟卫星，GPS/北斗授时卫星为最佳主时钟卫星提供授时服务，为低轨小卫星群提供高精度参考时钟源，并以最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树；
S2、从时钟卫星和主时钟卫星通过双向时间测量的方式，在从时钟端获知测量所需时间戳，计算星间链路的传播时延，其中从时钟卫星包括中继卫星和普通从时钟卫星，主时钟卫星包括最佳主时钟和中继卫星；中继卫星在链路传播时延测量阶段作为从时钟卫星，在同步信息时作为主时钟卫星；
S3、进行同步信息，最佳主时钟卫星向无线信道广播同步信息，从时钟卫星接收同步信息并根据时钟修正算法修正当前节点的时钟，如果从时钟节点是中继卫星，则中继卫星在修正当前节点的时钟后向下一时钟同步域传递时钟信息；
选取最佳主时钟卫星的过程包括：在信标帧阶段扩展信标帧结构，扩展部分包括自身ID、卫星状态信息Role、最佳主时钟权值系数Weight，最佳主时钟权值系数越大成为最佳主时钟卫星的可能性越高，最佳主时钟权值系数通过卫星位置信息、速度信息和运行状态信息进行量化，量化过程具体包括：
计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离；
计算当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均速度；
将当前卫星运行状态分为工作状态、故障状态、响应状态和失败状态，所有状态构成一个有限的集合，采用马尔科夫过程对其建模；
根据当前卫星的平均距离、平均速度以及状态模型进行加权融合获取最佳主时钟权值系数，表示为：
Figure FDA0003581437740000021
其中，α为位置信息的量化的权值，
Figure FDA0003581437740000022
为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的平均距离，σd为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点与当前卫星之间的标准偏差；β为卫星速度信息的量化的权值，ni为当前卫星最大传输距离范围内的邻居卫星节点数量，vk表示当前卫星最大传输距离范围内的第k个邻居卫星节点的相对速度，vmax当前卫星最大传输距离范围内的邻居节点的最大相对速度；λ为卫星运行状态信息的量化的权值，Πh表示采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模。
2.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，当前卫星最大传输距离表示为：
Figure FDA0003581437740000023
其中，Smax为当前卫星最大传输距离；λ为载波波长，PTX为发射功率，GTX和GRX分别为发射天线增益和接收天线增益，k为玻尔兹曼常量，SPS为噪声带宽，M为每个发射符号数量。
3.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，采用马尔科夫过程对当前卫星运行状态建模Πh表示为：
Figure FDA0003581437740000024
其中，Ve表示卫星从工作状态变为故障状态的速率，Vr表示卫星故障状态时的响应速率，Vf表示卫星失效速率，
Figure FDA0003581437740000025
表示卫星从故障状态到失败状态的速率，λr表示卫星自愈速率，λf表示卫星从失效状态到重新开始正常工作的速率。
4.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，以最佳主时钟卫星为根节点，生成时钟同步生成树具体包括以下步骤：
以最佳主时钟为根节点，同步域号为0，广播层级发现数据包，其中层级发现数据包中包括数据包的标识符和自己的同步域号；
根节点的邻居节点接收层级发现数据包，首先判断自己是否有同步域号，没有则标记层级数据包中的同步域；
在标记自己的同步域号后，当前卫星节点重新封装并广播层级发现数据包，其中新层级发现数据包中的同步域号为当前节点的同步域号加一；
根据先到先标记的原则，一个卫星标记同步域号后不再接受其它卫星的标记信息。
5.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，步骤S2中在从时钟端获知测量所需时间戳时，基于IEEE 802.1AS的时钟同步协议工作在数据链路层；通过IEEE 802.11的MAC层的物理层媒体访问控制状态机所在的管理实体MLME来获取高精度硬件时间戳。
6.根据权利要求1所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，计算星间链路的传播时延包括ClockMaster实体和ClockSlave实体，用于完成链路传播时延测量和同步信息传递过程中数据的发起和接收处理。
7.根据权利要求6所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，在星间链路传播时延测量阶段，每个时钟同步域中从时钟卫星的ClockSlave实体发起链路传播时延测量请求，具体包括以下步骤：
每个时钟同步域中的从时钟向无线信道广播Pdelay_request链路传播时延测量请求帧，其中在该帧中封装当前卫星的同步域号，并在发起端记录发起时刻t1；
主时钟卫星的ClockMaster实体收到并解析Pdelay_request广播帧，首先判断Pdelay_request帧中的同步域号是否与当前节点的域号相同，如果不同则丢弃，相同则在接收端记录接收时刻t2，保存Pdelay_request帧的源MAC地址；
主时钟完成Pdelay_request帧的处理后，主时钟卫星在t3时刻封装时刻t2和t3在Pdelay_response链路传播时延测量响应帧中，以步骤2中记录的源MAC地址为目的MAC地址向无线信道单播Pdelay_response帧；
从时钟卫星接收并处理Pdelay_response帧，获得时刻t2和t3，并记录接收时刻t4；
从时钟卫星计算链路传播时延，即：
Figure FDA0003581437740000041
其中，r为主从卫星节点的时钟频率偏移比率。
8.根据权利要求6所述的一种低轨小卫星之间的分级时钟同步方法，其特征在于，最佳主时钟卫星的ClockMaster实体向无线信道广播同步信息，时钟信息传递过程包括：
最佳主时钟卫星的ClockMaster实体在Sync同步信息传递帧中封装当前卫星的原始时间戳，同步域号，时钟频率偏移比率和当前卫星的时钟矫正信息correctionField，最佳主时钟卫星的correctionField为0，时钟频率偏移比率为1，向无线信道广播Sync帧；
从时钟卫星的ClockSlave实体接收并解析Sync帧，首先判断帧中同步域号是否与当前节点的同步域号相同，不同则丢弃，相同则记录Sync帧中的时钟信息；
从时钟卫星根据Sync帧中的同步信息修正当前节点的时钟，即：
Tsync＝Torigin+Pdelay+correctionField(N)+Tsend+Tproce；
如果从时钟卫星是中继卫星，中继卫星在时钟同步后，更新当前卫星的矫正信息，当前卫星的矫正信息等于上一卫星节点的矫正信息加上与上一卫星节点的链路传播时延加上数据包的发送时延加上数据包的等待时延；
中继卫星向下一时钟同步域广播Sync帧，传递同步信息；
其中，Torigin 为Sync帧中的原始时间戳，Pdelay 为链路的传播时延，correctionField(N)为帧中的矫正信息，Tsend为数据包的发送时延，Tproce为数据包的处理时延。
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