中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)能更快地?fù)屨嘉锢硇诺?。該系統(tǒng)中的中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)是由地面站用過星地上行鏈路指定，該中心節(jié)點(diǎn)不是固定不變的，隨著不同航天任務(wù)的需求，可以對(duì)中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行替換，在中心節(jié)點(diǎn)重新替換后由新指定的中心節(jié)點(diǎn)發(fā)起組網(wǎng)，重建數(shù)據(jù)通信順序。
[0038]在本發(fā)明的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)中，物理信道對(duì)應(yīng)的邏輯信道包括組網(wǎng)信道和數(shù)據(jù)通信信道。在設(shè)定的組網(wǎng)周期內(nèi)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)控制組網(wǎng)信道進(jìn)行組網(wǎng)操作和入網(wǎng)登記。在設(shè)定的數(shù)據(jù)通信周期內(nèi)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)通信信道進(jìn)行通信，其中，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)控輪詢，在測(cè)控輪詢結(jié)束后，各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，因此在該數(shù)據(jù)通信信道上可以運(yùn)載兩類信息，一是實(shí)時(shí)性要求較高的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，另一類是各節(jié)點(diǎn)之間交互的載荷類數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)于這兩種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信信道分別為集群測(cè)控信道和載荷數(shù)據(jù)信道。
[0039](二)、系統(tǒng)組網(wǎng)過程
[0040]在初始組網(wǎng)時(shí)刻或接收到地面站發(fā)送的重新組網(wǎng)指令后，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送組網(wǎng)信標(biāo)幀開啟組網(wǎng)周期。在該組網(wǎng)周期內(nèi)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)工作于組網(wǎng)信道，其工作時(shí)序分別如圖3和圖4所示，其中中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)控制組網(wǎng)信道進(jìn)行組網(wǎng)操作和入網(wǎng)登記，具體實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0041](1)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送組網(wǎng)信標(biāo)幀到普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。該組網(wǎng)信標(biāo)幀的內(nèi)容格式如圖5所示，具體包括網(wǎng)絡(luò)名稱、組網(wǎng)信標(biāo)幀發(fā)送周期、網(wǎng)絡(luò)剩余容量、信道及物理層參數(shù)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)軌道及姿態(tài)參數(shù)。其中:網(wǎng)絡(luò)名稱采用中心節(jié)點(diǎn)的編號(hào)(該編號(hào)唯一)；組網(wǎng)信標(biāo)幀發(fā)送周期是指中心節(jié)點(diǎn)的周期性信標(biāo)廣播的相隔周期；剩余容量是指本中心節(jié)點(diǎn)仍可接收幾個(gè)普通節(jié)點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò)，該參數(shù)限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，該參數(shù)主要受制于低速信道中測(cè)控通信段時(shí)長(zhǎng)，可以由地面站計(jì)算指定而后通過星地鏈路上傳；信道及物理層參數(shù)規(guī)范了該中心節(jié)點(diǎn)的信道參數(shù)如通信速率范圍等；軌道和姿態(tài)參數(shù)是該中心節(jié)點(diǎn)的位置和姿態(tài)信息。
[0042](2)、普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送的組網(wǎng)信標(biāo)幀后，如果決定加入網(wǎng)絡(luò)，則采用CSMA/CA模式搶占組網(wǎng)信道，并發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀到中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。其中該關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀的內(nèi)容格式如圖6所示，具體包括該普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)身份驗(yàn)證信息和該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前軌道及姿態(tài)參數(shù)。
[0043](3)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)收到普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送的關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀后，對(duì)所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行身份驗(yàn)證，并根據(jù)身份校驗(yàn)結(jié)果和當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)容量，判決是否允許所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)；
[0044](4)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)申請(qǐng)反饋幀到申請(qǐng)入網(wǎng)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，通知所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)是否可以入網(wǎng)；其中，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)允許入網(wǎng)的普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行順序編號(hào)，并在組網(wǎng)管理信息庫中記錄所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的信息參數(shù)，該組網(wǎng)管理信息庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖7所示。
[0045]在以上的組網(wǎng)過程中，當(dāng)一個(gè)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)加入了網(wǎng)絡(luò)，則其不再組網(wǎng)信道上工作，直到它準(zhǔn)備重新加入另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
[0046](三)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信過程
[0047]小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)組網(wǎng)成功之后，各普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)調(diào)控下進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如圖8所示的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信信道工作時(shí)序，該數(shù)據(jù)通信過程分為兩個(gè)階段:第一階段是集群測(cè)控?cái)?shù)據(jù)通信階段，該階段由中心節(jié)點(diǎn)按照管理信息庫中的節(jié)點(diǎn)順序?qū)νㄟ^身份驗(yàn)證的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)控?cái)?shù)據(jù)通信，是無競(jìng)爭(zhēng)的輪詢(POLLING)模式，有利于滿足小衛(wèi)星編隊(duì)和星簇應(yīng)用場(chǎng)景中保持編隊(duì)構(gòu)型和工程維護(hù)的實(shí)時(shí)性需求；第二階段由是各普通節(jié)點(diǎn)之間的載荷數(shù)據(jù)通信，這段時(shí)間是有競(jìng)爭(zhēng)的，采用IEEE 802.11的CSMA/CA協(xié)議進(jìn)行通信，有利于編隊(duì)衛(wèi)星中各節(jié)點(diǎn)載荷間的信息交互和信息融合。
[0048]如圖9所示的中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)通信周期內(nèi)的流程圖，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)通信信道通信周期的開始時(shí)，發(fā)出一個(gè)叫測(cè)控段開始的信標(biāo)，而后參考圖7所示的管理信息庫節(jié)點(diǎn)順序?qū)W(wǎng)絡(luò)中的普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)控輪詢:中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)依次對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送測(cè)控輪詢幀，并且中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在發(fā)出一個(gè)測(cè)控輪詢幀后等待一個(gè)設(shè)定周期T，在所述周期T內(nèi)等待普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)反饋的測(cè)控信息，然后在等待周期T結(jié)束后再發(fā)送另一個(gè)測(cè)控輪詢幀到下一個(gè)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，依次完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的測(cè)控輪詢，然后廣播發(fā)送測(cè)控段結(jié)束信標(biāo)。
[0049]普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)通信信道上首先監(jiān)聽中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的測(cè)控段開始信標(biāo)幀，之后進(jìn)入監(jiān)聽等待自己的輪詢幀狀態(tài)，收到輪詢幀之后要立即向中心節(jié)點(diǎn)反饋?zhàn)约旱臏y(cè)控信息；在中心節(jié)點(diǎn)發(fā)完測(cè)控段結(jié)束信標(biāo)之后，開始根據(jù)自己需求與任意節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)信道的共享方式如IEEE 802.11規(guī)定的CSMA/CA方式。
[0050]在多個(gè)數(shù)據(jù)通信周期內(nèi)，如果普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在Μ個(gè)測(cè)控周期內(nèi)，均沒有對(duì)針對(duì)測(cè)控輪詢幀反饋?zhàn)约旱臏y(cè)控信息，則中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)判斷該普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)不在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，并將該普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)從組網(wǎng)管理信息庫中刪除，在以后的數(shù)據(jù)通信周期內(nèi)不再對(duì)其進(jìn)行測(cè)控輪詢，相應(yīng)地其測(cè)控時(shí)間可以用于擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信時(shí)長(zhǎng)(若沒有新節(jié)點(diǎn)加入情形)。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0052]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于IEEE 802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:包括一個(gè)中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)和通信進(jìn)行控制，且各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)通過IEEE 802.11協(xié)議中的CSMA/CA模式共享物理信道進(jìn)行通信，其中，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)以CSMA/CA模式定義的PIFS幀間隔訪問物理信道，普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)以CSMA/CA模式定義的DIFS幀間隔訪問物理信道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:物理信道對(duì)應(yīng)的邏輯信道包括組網(wǎng)信道和數(shù)據(jù)通信信道，其中:在設(shè)定的組網(wǎng)周期內(nèi)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)控制組網(wǎng)信道進(jìn)行組網(wǎng)操作和入網(wǎng)登記；在設(shè)定的數(shù)據(jù)通信周期內(nèi)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)工作于數(shù)據(jù)通信信道，其中，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)按順序進(jìn)行測(cè)控輪詢，在測(cè)控輪詢結(jié)束后，各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:在組網(wǎng)初始時(shí)刻，或中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)接收到地面發(fā)送的重新組網(wǎng)指令時(shí)，開啟組網(wǎng)周期，即中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)開始控制組網(wǎng)信道進(jìn)行組網(wǎng)操作和入網(wǎng)登記。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)控制組網(wǎng)信道進(jìn)行組網(wǎng)操作和入網(wǎng)登記，具體實(shí)現(xiàn)過程如下: (1)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送組網(wǎng)信標(biāo)幀到普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)； (2)、普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送的組網(wǎng)信標(biāo)幀后，如果決定加入網(wǎng)絡(luò)，則采用CSMA/CA模式搶占組網(wǎng)信道，并發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀到中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)； (3)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)收到普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送的關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀后，對(duì)所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行身份驗(yàn)證，并根據(jù)身份校驗(yàn)結(jié)果和當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)容量，判決是否允許所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)； (4)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送關(guān)聯(lián)申請(qǐng)反饋幀到申請(qǐng)入網(wǎng)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，通知所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)是否可以入網(wǎng)；其中，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)允許入網(wǎng)的普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行順序編號(hào)，并在組網(wǎng)管理信息庫中記錄所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的信息參數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送的組網(wǎng)信標(biāo)幀中的信息包括:網(wǎng)絡(luò)名稱、組網(wǎng)信標(biāo)幀發(fā)送周期、網(wǎng)絡(luò)剩余容量、信道及物理層參數(shù)、中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)軌道及姿態(tài)參數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送的關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀中的信息包括:所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)身份驗(yàn)證信息和所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)當(dāng)前軌道及姿態(tài)參數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)入網(wǎng)的各普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)控輪詢的具體實(shí)現(xiàn)方法如下:在設(shè)定的測(cè)控周期內(nèi)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)依次對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送測(cè)控輪詢幀，并且中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在發(fā)出一個(gè)測(cè)控輪詢幀后等待一個(gè)設(shè)定周期T，在所述周期T內(nèi)等待普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)反饋的測(cè)控信息，然后在等待周期T結(jié)束后再發(fā)送另一個(gè)測(cè)控輪詢幀到下一個(gè)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，依次完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的測(cè)控輪詢，然后廣播發(fā)送測(cè)控段結(jié)束信標(biāo)；普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)接收到所述測(cè)控段結(jié)束信標(biāo)后，開始進(jìn)行普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:如果普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在Μ個(gè)測(cè)控周期內(nèi)，均沒有對(duì)針對(duì)測(cè)控輪詢幀反饋?zhàn)约旱臏y(cè)控信息，則中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)判斷所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)不在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，并將所述普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)從組網(wǎng)管理信息庫中刪除。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)由地面站發(fā)送指令進(jìn)行指定。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于IEEE802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，其特征在于:每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)具有唯一的編號(hào)，網(wǎng)絡(luò)名稱采用中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于IEEE？802.11協(xié)議的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)對(duì)普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信進(jìn)行控制，各衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)通過IEEE？802.11協(xié)議中的CSMA/CA模式共享物理信道進(jìn)行通信。該系統(tǒng)中中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)以該協(xié)議定義的PIFS間隔訪問物理信道，普通衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)采用該協(xié)議定義的DIFS間隔訪問物理信道，使得中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)具有高優(yōu)先級(jí)的物理信道訪問權(quán)，該中心衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)可以控制其他節(jié)點(diǎn)建立有效的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，并控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有序的數(shù)據(jù)交換。本發(fā)明的小衛(wèi)星集群通信系統(tǒng)內(nèi)的任意衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行通信，滿足編隊(duì)和星簇應(yīng)用場(chǎng)景中各小衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)日益增長(zhǎng)的信息交互和信息融合需求。
【IPC分類】H04W74/08, H04B7/185
【公開號(hào)】CN105306128
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510595454
【發(fā)明人】申澤庶, 劉思遠(yuǎn), 楊芳, 李志剛
【申請(qǐng)人】航天東方紅衛(wèi)星有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日