[发明专利]一种适用于小卫星集群的星间组网通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于由小卫星构成的星簇、编队飞行等应用场景进行组网通信的方法。 

背景技术

由小卫星组成编队或者星簇之类的小卫星集群进行协同工作，是未来小卫星发展的趋势之一。构成编队或者星簇的各卫星节点为协同完成任务，需要有相互通信的能力。 

以往的星间通信主要是点对点的单一星间链路通信，随着星簇和编队的规模增大（节点数目大于3个时），单一的点对点通信已经不满足其通信需求。为了实现编队和星簇中任意卫星节点之间的通信，需要建立高效的网络通信机制，使得各卫星节点可以通过星间网络进行数据通信，从而满足编队和星簇应用场景中各小卫星节点日益增长的信息交互和信息融合需求。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于小卫星集群应用的星间组网通信方法，可以实现编队和星簇中任意卫星节点之间的通信。 

本发明的技术解决方案是：一种适用于小卫星集群的星间组网通信方法，步骤如下： 

（1）在小卫星集群中，选取其中一颗卫星作为中心节点，其余的卫星作为普通节点； 

（2）将星间的物理信道划分为两类，一类是用于组网时数据交互的组网信道，另一类是用于组网后的测控和数据通信的数据信道；各卫星节点之间的通 信通过IEEE802.11协议的CSMA/CA模式共享物理信道，其中中心节点以PIFS访问信道，普通节点以DIFS访问信道； 

（3）由中心节点利用组网信道发出组网信标帧，普通节点在组网信道中始终处于监听组网信标帧的状态，各普通节点对组网信道的抢占方式采用CSMA/CA协议；当接收到中心节点广播的组网信标帧后，如果普通节点决定加入网络则发送请求关联帧给中心节点，如果普通节点不准备加入网络则不做任何响应； 

（4）中心节点接收到普通节点发来的请求关联帧后，根据身份校验和网络容量信息，判决是否允许某普通节点加入由该中心节点组建的网络，并发送相应的关联申请反馈信息至普通节点；中心节点将允许加入网络的普通节点进行编号； 

（5）中心节点和允许加入网络的普通节点共同组网，组网完成后，各普通节点在中心节点的调控下进行测控数据通信，由中心节点按照普通节点的编号顺序采用轮询的方式对通过身份验证的普通节点进行测控数据通信，获取相应普通节点的测控信息；其中中心节点与普通节点的测控数据通信时间为固定值，超过固定值则进行中心节点与下一编号的普通节点的通信，中心节点与最后一个编号的普通节点的测控数据通信完成后，整个测控数据通信过程结束，进入下一步； 

（6）各普通节点之间采用IEEE802.11的CSMA/CA协议进行数据通信。 

本发明与现有技术相比的优点在于：现有的星间通信技术都主要是面向点对点通信，不支持多点之间的组网通信。在点对点通信情形下，不利于整个卫星集群的管理与控制。本方面提出了一种面向小卫星集群的组网通信方法，该方法使得位于小卫星集群中的每一个节点都可以通过组网控制信道加入地面站 指定的中心节点发起的通信网络，使得各节点之间的通信有序化，便于小卫星集群的管理与控制。同时，通过划分中心节点协调下的数据通信信道为测控段和数据通信段；整个小卫星集群处于中心节点的管控下，而无需地面站介入，为小卫星集群的自主运行控制提供了通信基础；在数据通信段，各组网卫星节点可以相互交互数据，为星间协作完成任务提供了通信基础。 

附图说明

图1为CSMA/CA协议原理图； 

图2为CSMA/CA中的帧间隔定义示意图； 

图3为本发明方法的流程框图，其中图3a为组网流程，而图3b为数据交互流程； 

图4为本发明数据信道工作时序图。 

具体实施方式

小卫星集群内的通信需求主要是用于集群中各卫星节点之间的短距离数据交互：包括测控数据和载荷数据，而前者有较强的实时性要求。在小卫星集群内，由这些卫星节点构成的网络拓扑可能随着任务需求而不断变化（如编队和星簇的总体构型改变，卫星节点因故障或者运动加入或者退出某个网络，或者改变编队或者星簇的空间构型），这就需要网络能够适应这些需求，自适应地组建网络、更新网络，从而保证各卫星节点的数据在网络中有效流动。