一种适用于小卫星集群的自适应组网方法

摘要

一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，本方法采用集中式资源分配与分布式路由相结合的方式，采用时分多址与随机竞争组合接入方法，通过特定的信息帧格式及内容定义设计，配合所设计的小卫星集群自适应组网方法，本发明包括三个阶段，分别为：1、小卫星发射入轨；2、初始组网，初始组网分为先后开机组网模式和同时开机组网模式；3、网络动态路由建立与维护，最终实现小卫星群的自适应组网。本发明有效地解决了分布式卫星系统快速组网与自适应灵活组网的矛盾，对于分布式卫星系统的特殊应用场景及特点具有较强的针对性与适应性。

主权项

一种适用于小卫星集群的自适应组网方法，其特征在于步骤如下：(1)阶段1：发射入轨步骤1：确定小卫星发射入轨方式：所述的入轨方式分为两种，方式一为逐个卫星发射入轨；方式二为一箭多星发射入轨；步骤2：确定开机顺序；所述的开机顺序确定方法如下：(a)若采用逐个卫星发射入轨方式，则当卫星入轨后开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为先后开机组网模式；(b)若采用一箭多星发射入轨方式，则当多颗卫星入轨后，多颗卫星同时开机，网络通信组件开始工作进行组网，定义为同时开机组网模式；(2)阶段2：初始组网；判断组网方式，若采用先后开机组网模式则进入步骤3，若采用同时开机组网模式则进入步骤7；步骤3：新入轨小卫星进入信号侦听期，侦听期间该小卫星仅接收信号而不发射任何信号；所述侦听期持续时间大于1个TDMA帧周期，为帧周期的整数倍；步骤4：判断是否存在其他处于组网工作状态的小卫星，若在侦听期内，没有接收到其他小卫星发送的任何有效信息，则判断不存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤5；若接收到其他小卫星发送的有效信息，则判断已存在其他处于组网工作状态的小卫星进入步骤6；所述的有效信息指空闲信息帧、网络维护信息帧和数据传输帧；步骤5：该新入轨小卫星自主确定自己为初始主节点，执行主节点功能；所述的主节点功能为：(a)启动资源管理分配功能，在TDMA帧周期中为自己分配时隙资源；(b)在所分配的时隙资源内，通过空闲信息帧广播本节点信息；步骤6：该新入轨小卫星与其他处于组网工作状态的卫星实现时隙同步与入网进入步骤(11)；所述新入轨小卫星的时隙同步与入网的方式：步骤6‑1：新入轨小卫星通过侦听获取并根据网络状态信息，调整本节点的TDMA帧周期，进而实现与其他卫星的TDMA时隙的同步；所述的网络状态信息包括网络已有节点数量及地址、主节点地址、时隙分配情况和TDMA帧周期；步骤6‑2：根据网络状态信息自主选择空闲时隙发送入网信息帧，通过一跳或其他节点多跳转发至主节点卫星；步骤6‑3：主节点卫星接收到新节点入网信息帧，为其分配时隙资源，更新并发送网络维护信息帧，新节点通过网络维护信息帧获知为其分配的时隙；步骤7：各小卫星通过竞争方式选举出主节点卫星，并转入等待并侦听主节点卫星空闲信息帧；所述的竞争方式如下：步骤7‑1：各小卫星网络通信组件开机后，通过随机竞争方式进行相互通信；步骤7‑2：各节点进行主节点协商，依据相关准则协商出一个主节点；步骤7‑3：主节点卫星确认主节点身份唯一，所有小卫星退出竞争；步骤8：主节点卫星为自己分配时隙，同时在所分配的时隙内，广播空闲信息帧；步骤9：其它卫星通过侦听到的主节点卫星的空闲信息帧，调整本节点的TDMA帧周期，实现与主节点的TDMA时隙同步；步骤10：主节点卫星为其他所有节点分配时隙，更新并发送网络维护信息帧，各节点通过网络维护信息帧可获知为其分配的时隙进入步骤11；(3)阶段3：网络动态路由建立与维护；步骤11：网络状态更新；所述网络状态更新的步骤如下：步骤11‑1：由主节点卫星周期性发起网络维护信息帧，各节点卫星接收并转发；步骤11‑2：各节点卫星接收相邻卫星发送的各种信息(包括网络维护信息帧、入网信息帧、空闲信息帧)，并提取各卫星的地址；步骤12：网络路由建立与维护；所述网络路由建立与维护的步骤如下：步骤12‑1：各节点卫星更新与相邻节点路由关系，生成本节点卫星路由表；步骤12‑2：各节点卫星根据接收网络维护信息帧中的路由表信息，更新本节点卫星路由表；步骤12‑3：各节点卫星将更新后的本节点卫星路由表信息写入主节点卫星周期性广播的网络维护信息帧中，并将新的网络维护信息帧进行广播；步骤13：任意节点卫星之间可以通过数据传输帧进行各种应用业务数据的传输。