專利名稱：低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)負(fù)載自適應(yīng)媒介訪問控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種星間鏈路通信方法。
背景技術(shù)：
近年來，地球?yàn)?zāi)難頻發(fā)，隨著地球觀測微小衛(wèi)星的出現(xiàn)，尤其是低軌微小衛(wèi)星作為有效的監(jiān)測平臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測災(zāi)難并展開及時(shí)救援。低軌道微小衛(wèi)星的主要任務(wù)就是通過使用各種技術(shù)獲得地球表面的圖像。在低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星之間通過星間鏈路相連，信息通過星間鏈路在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)編隊(duì)中傳輸。我們首先設(shè)計(jì)一個(gè)低軌道大規(guī)模微小衛(wèi)星編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中有若干顆微小衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)圍繞著一顆主衛(wèi)星按特定姿態(tài)運(yùn)行。每顆微小衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測到的地球表面信息傳遞給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)匯聚這些信息后傳送到地面接收站。當(dāng)衛(wèi)星編隊(duì)監(jiān)測到地球表面災(zāi)難時(shí)，微小衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)會(huì)有大量信息需要傳遞給主衛(wèi)星。這時(shí)如果沒有一個(gè)有效的星間鏈路通信協(xié)議，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中就會(huì)出現(xiàn)大量的網(wǎng)絡(luò)擁塞和傳輸碰撞，直接影響衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。如何在多個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間分配無線信道資源屬于數(shù)據(jù)鏈路層的媒質(zhì)接入控制子層 (MAC)要解決的問題。同一個(gè)信道資源可以被多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同使用，但需要找到一種有效的資源分配方法；即如何使分配后不發(fā)生沖突，如何使信道利用率高等都是MAC協(xié)議所面臨的問題。目前大多數(shù)星間鏈路通信協(xié)議都是基于CSMA協(xié)議，CSMA簡單、靈活、不需要同步信息，不需要全網(wǎng)拓?fù)湫畔ⅰ５?，這些優(yōu)點(diǎn)的代價(jià)是嘗試和錯(cuò)誤。尤其是在負(fù)載高，競爭程度激烈的網(wǎng)絡(luò)中，性能急劇下降。與之相反，TDMA協(xié)議能夠安排相鄰節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)間，來達(dá)到無沖突的發(fā)送。TDMA是分配時(shí)隙的協(xié)議，在負(fù)載高的情況下可以達(dá)到很高的信道利用率。但是在負(fù)載很低的情況下，信道利用率很低，原因是有很多空閑時(shí)隙。而且在TDMA中， 如果按照一種可擴(kuò)展方式尋找一個(gè)高效時(shí)間安排不是一個(gè)簡單任務(wù)；需要時(shí)鐘同步等等。 這些缺點(diǎn)表明想設(shè)計(jì)一個(gè)特別優(yōu)化的TDMA協(xié)議是不切實(shí)際的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可以達(dá)到更高的信道利用率和更大的吞吐量的低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)負(fù)載自適應(yīng)媒介訪問控制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)負(fù)載自適應(yīng)媒介訪問控制方法，其特征是(1)主節(jié)點(diǎn)在CSMA模式下接收給節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；(2)收集連續(xù)沖突數(shù)信息，設(shè)定次數(shù)N，判定連續(xù)沖突數(shù)與N的大小關(guān)系；(3)當(dāng)連續(xù)沖突數(shù)小于N時(shí)，延續(xù)CSMA模式，節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)i偵聽信道假如信道空閑，則節(jié)點(diǎn)i向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點(diǎn)i隨機(jī)退避后再次偵聽信道；
(4)當(dāng)連續(xù)沖突數(shù)大于N時(shí)，切換到TDMA模式，節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先檢查自己是否為當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)若是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)則向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個(gè)時(shí)隙為止。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)競爭程度的變化自動(dòng)在CSMA和TDMA模式下切換，綜合了 CSMA協(xié)議和TDMA協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了 CSMA和TDMA協(xié)議各自的缺點(diǎn)。 它的主要特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)競爭程度的自適應(yīng)能力，在輕度競爭條件下表現(xiàn)為類CSMA協(xié)議，在激烈競爭條件下表現(xiàn)為類TDMA協(xié)議，可以達(dá)到更高的信道利用率和更大的吞吐量。


圖1為本發(fā)明的低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；圖2為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 2，本發(fā)明的其核心內(nèi)容是提出了 LDMA協(xié)議，在LDMA協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)有兩種工作狀況輕度競爭方式和激烈競爭方式。一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在最近得到一個(gè)從主節(jié)點(diǎn)發(fā)來的競爭通知消息后才按照激烈競爭方式工作。否則，節(jié)點(diǎn)將按照輕度競爭方式工作。在輕度競爭方式下，節(jié)點(diǎn)允許在任何時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)，也就是說節(jié)點(diǎn)工作在CSMA模式下。CSMA模式下，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過偵聽信道上是否有信號(hào)存在，然后決定是否接入信道的協(xié)議，這種方式被稱為“先聽后談”。首先節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，總是進(jìn)行載波偵聽，當(dāng)偵聽到信道空閑時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。否則，隨機(jī)退避一段時(shí)間后重新監(jiān)測信道。主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后， 發(fā)送一個(gè)確認(rèn)消息(ACK)，表示數(shù)據(jù)被正確的接收。發(fā)送節(jié)點(diǎn)如果沒有收到ACK，則會(huì)自動(dòng)重傳數(shù)據(jù)。在LDMA協(xié)議中，CSMA模式是基礎(chǔ)模式。與傳統(tǒng)的CSMA協(xié)議不同，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，需要根據(jù)優(yōu)先級(jí)來競爭信道。該時(shí)隙的一個(gè)占有節(jié)點(diǎn)在該時(shí)隙訪問信道的優(yōu)先權(quán)高于非占有節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)信道的訪問優(yōu)先權(quán)。其目的是，占有節(jié)點(diǎn)在所占時(shí)隙上有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，其發(fā)送優(yōu)先于非占有節(jié)點(diǎn)，所占時(shí)隙具有碰撞回避權(quán)，因此LDMA協(xié)議減少了碰撞機(jī)會(huì)；但是當(dāng)一個(gè)時(shí)隙未被其占有節(jié)點(diǎn)使用時(shí)，非占有節(jié)點(diǎn)可以借用這個(gè)時(shí)隙。 這種優(yōu)先權(quán)方案自然會(huì)影響根據(jù)競爭程度而進(jìn)行CSMA和TDMA之間的切換。LDMA協(xié)議不使用RTS/CTS機(jī)制來避免沖突，競爭程度與沖突概率成正比。因此競爭等級(jí)可以通過查主節(jié)點(diǎn)中沖突幀數(shù)量來得到。如果主節(jié)點(diǎn)連續(xù)收到了 Nth個(gè)沖突幀，那么主節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)競爭通知消息給所有節(jié)點(diǎn)，通知他們目前沖突等級(jí)高，相應(yīng)的，節(jié)點(diǎn)收到高競爭通知消息后，切換到激烈競爭模式下，即TDMA模式。這種雙模式操作可以顯著提高信道利用率。本發(fā)明的發(fā)送規(guī)則如下①、節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先判斷自己當(dāng)前是TDMA模式還是CSMA模式；②、假如節(jié)點(diǎn)i是CSMA模式，節(jié)點(diǎn)i偵聽信道假如信道空閑，則節(jié)點(diǎn)i 發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點(diǎn)i隨機(jī)退避一段時(shí)間后再次偵聽信道。③、假如節(jié)點(diǎn)i 是在TDMA模式，節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先檢查自己是否為當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)。若是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)則發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)，那么節(jié)點(diǎn)i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個(gè)時(shí)隙為止。
本發(fā)明綜合考慮了以往協(xié)議的缺陷,可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)競爭程度自動(dòng)在輕度競爭和激烈競爭下相互切換。這種雙模式操作可以顯著提高信道利用率，有效解決微小衛(wèi)星編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)因負(fù)載過大而引起的網(wǎng)絡(luò)擁塞和傳輸碰撞問題。
權(quán)利要求
1.低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)負(fù)載自適應(yīng)媒介訪問控制方法，其特征是(1)主節(jié)點(diǎn)在CSMA模式下接收給節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；(2)收集連續(xù)沖突數(shù)信息，設(shè)定次數(shù)N，判定連續(xù)沖突數(shù)與N的大小關(guān)系；(3)當(dāng)連續(xù)沖突數(shù)小于N時(shí)，延續(xù)CSMA模式，節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)i偵聽信道 假如信道空閑，則節(jié)點(diǎn)i向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點(diǎn)i隨機(jī)退避后再次偵聽信道；(4)當(dāng)連續(xù)沖突數(shù)大于N時(shí)，切換到TDMA模式，節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先檢查自己是否為當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)若是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)則向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個(gè)時(shí)隙為止。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供低軌道微小衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)負(fù)載自適應(yīng)媒介訪問控制方法，主節(jié)點(diǎn)在CSMA模式下接收給節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；收集連續(xù)沖突數(shù)信息，設(shè)定次數(shù)N，判定連續(xù)沖突數(shù)與N的大小關(guān)系；當(dāng)連續(xù)沖突數(shù)小于N時(shí)，延續(xù)CSMA模式，節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)i偵聽信道假如信道空閑，則節(jié)點(diǎn)i向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點(diǎn)i隨機(jī)退避后再次偵聽信道；當(dāng)連續(xù)沖突數(shù)大于N時(shí)，切換到TDMA模式，節(jié)點(diǎn)i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，首先檢查自己是否為當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)若是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)則向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當(dāng)前時(shí)隙的占有節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個(gè)時(shí)隙為止。本發(fā)明可以達(dá)到更高的信道利用率和更大的吞吐量。
文檔編號(hào)H04B7/185GK102497673SQ201110435599
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者于蘭, 聶冰洋, 陳炳才 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)