[发明专利]一种适用于分布式可重构航天器的信道共享方法

摘要

一种适用于分布式可重构航天器的信道共享方法，本方法以TDMA为基础，设计了一种局部协商、中心辅助、模式可变、系统可扩展的信道共享方法，将系统对信道的共享过程分为三个阶段：协商阶段、无冲突传输阶段和调整阶段。各阶段含义分别为：1、协商阶段，各卫星与周围的卫星进行局部的时隙资源协商，确定自己可以占用的时隙；2、无冲突数据传输阶段，各卫星在自己协商获得的时隙里传输数据；3、更新阶段，实现网络拓扑变化时的时隙占用。本发明针对分布式可重构航天器规模不大、根据任务需求变换队形的特点，有效地解决了小卫星集群对信道的共享问题。该方法尤其适合多跳的网络场景，对于分布式小卫星系统具有较强的针对性与适应性。

主权项

1.一种适用于分布式可重构航天器的信道共享方法，其特征在于：包括开机建网阶段、协商阶段、无冲突传输阶段和调整阶段，所述开机建网阶段步骤如下：步骤(1)卫星入轨后接收遥控指令，卫星的通信载荷开机，开机后侦听，侦听期间仅接收信号而不发射任何信号，侦听无线环境中中心节点的同步信号，如果捕获到了同步信号，则进入步骤(2)；如果没有捕获到同步信号，则将卫星默认为中心节点并开始建网，中心节点按照自己的时间将时间轴分为重复的帧,每帧由若干时隙及帧尾组成,时隙的编号从0开始，依次顺序排列,在建网时,每个时隙均为空闲时隙,中心节点默认占用时隙0；帧尾包括若干个微时隙，微时隙的编号从0开始，依次顺序排列.中心节点在每个时隙的开始发送广播信息；所述的广播信息包括同步头、传输阶段标志、当前时隙编号和当前帧中的时隙个数，设置传输阶段标志包括0和1两种，0表示当前帧的状态在无冲突传输阶段，1表示当前帧的状态在协商阶段；所述协商阶段步骤如下：步骤(2)卫星节点在某个时隙捕获到同步信息后，读取广播信息中的传输阶段标志，如果传输阶段标志位为0,则当前处在无冲突传输阶段，进入步骤(3)；如果传输阶段标志位为1,则当前处在协商阶段，此卫星节点在该时隙参与协商过程,并将这个卫星节点称为协商卫星；所述的协商过程的具体步骤为：步骤2‑1：协商卫星在中心节点发送的广播信息结束后，先随机退避一段时间.如果协商卫星在退避时收到了除中心节点以外的其它卫星节点的数据包，则退出本时隙的协商,返回步骤(2)；如果协商卫星在退避结束时,没有收到任何数据包,则进行步骤2‑2；步骤2‑2：协商卫星广播NREQ报文，所述的NREQ报文表示基于协商的请求报文，所述的NREQ报文包含用来标记报文开始的报文头、标记报文类型的类型域、发送NREQ报文的节点ID域、校验域和报文结束标志域，进行步骤2‑3；步骤2‑3：如果有卫星节点收到NREQ报文,则这些收到NREQ报文的节点随机退避后回复NREP报文，所述的NREP报文表示基于协商的应答报文，所述的NREP报文包含用来标记报文开始的报文头、标记报文类型的类型域、发送NREP报文的节点ID域、表示该节点占用时隙号的占用时隙号域、标记在发送NREP报文的卫星通信范围内的卫星节点，即其一跳邻节点，占用时隙号的域、校验域和报文结束标志域，进行步骤2‑4；步骤2‑4：协商卫星在收集到了周围卫星节点反馈的NREP报文后，记录其中包含的时隙占用信息，即发送NREP报文卫星的占用时隙号和发送NREP报文卫星的一跳邻节点卫星的占用时隙号，进行步骤2‑5；步骤2‑5：协商卫星收集完周围卫星时隙占用信息后，选取除时隙0外的未被占用的编号最小的时隙作为协商卫星的时隙，进行步骤2‑6；步骤2‑6：协商卫星广播NOTIFP报文，所述的NOTIFP报文包含用来标记报文开始的报文头、标记报文类型的类型域、协商卫星的节点ID域、表示协商卫星协商到时隙的占用时隙号域、标记协商卫星一跳邻节点占用时隙号的域、校验域和报文结束标志域，进行步骤2‑7；步骤2‑7：收到NOTIFP报文的节点记录NOTIFP中包含的时隙占用信息,即发出NOTIFP报文的协商卫星的占用时隙号和协商卫星一跳邻节点占用时隙号，进行步骤2‑8；步骤2‑8：每个协商卫星都有唯一的ID号，协商卫星在当前时隙所在帧的帧尾与自己的节点编号，即ID号，对应的微时隙中发送FBP报文给中心节点，所述的FBP报文包含用来标记报文开始的报文头、标记报文类型的类型域、协商卫星节点ID域、表示其是否成功协商到时隙的域、标记协商到时隙号的时隙号域、校验域和报文结束标志域，进行步骤2‑9；步骤2‑9：中心节点根据步骤2‑8收集到的FBP报文，判别协商过程是否可以结束.判断准则为,如果连续三个帧的帧尾所有节点反馈的协商到的时隙号均未发生变化，则协商过程结束，进入步骤(3)；如果不是连续三个帧的帧尾所有节点反馈的协商到的时隙号未发生变化，返回步骤(2)；所述无冲突传输阶段步骤如下：步骤(3)中心节点以各节点协商到时隙号的最大值为基础,再预留几个时隙以备后续加入节点使用，根据节点协商到最大时隙号和预留的时隙个数的和，确定时隙个数，这一时隙个数信息由中心节点在时隙0中广播，帧尾中微时隙的个数以当前网络中节点的个数为基数再预留几个微时隙.在无冲突传输阶段，除中心节点以外的节点通过读取时隙0中中心节点广播的同步标志域获知帧的开始；读取传输阶段标志位为1，确认网络进入无冲突传输阶段；读取时隙个数域获得当前帧中的时隙个数，并在步骤(2)中协商到的时隙中发送数据包，在预留的时隙中，中心节点仍然广播同步信息、传输状态标志、时隙个数和当前时隙编号信息，供新加入节点捕获；至此，卫星网络中各个成员均通过协商获得了时隙，并能够在协商到的时隙中发送数据包，实现信道共享；所述调整阶段步骤如下：从卫星网络收到队形变换指令到队形变换就绪的过程系统成员的位置都在不断变化，将这个队形变换的过程称为调整阶段，调整阶段是由中心节点广播信息的传输阶段标志域标记的，网络中每帧时隙的个数将调整为网络中卫星的个数，每个卫星节点默认在自己ID号对应的时隙中传输数据。