專利名稱：低軌道微小衛(wèi)星編隊組網(wǎng)負載自適應媒介訪問控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種星間鏈路通信方法。
背景技術：
近年來，地球災難頻發(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)測平臺可以實時監(jiān)測災難并展開及時救援。低軌道微小衛(wèi)星的主要任務就是通過使用各種技術獲得地球表面的圖像。在低軌道微小衛(wèi)星編隊網(wǎng)絡中，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)絡編隊中傳輸。我們首先設計一個低軌道大規(guī)模微小衛(wèi)星編隊網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡中有若干顆微小衛(wèi)星節(jié)點圍繞著一顆主衛(wèi)星按特定姿態(tài)運行。每顆微小衛(wèi)星節(jié)點將監(jiān)測到的地球表面信息傳遞給主節(jié)點，主節(jié)點匯聚這些信息后傳送到地面接收站。當衛(wèi)星編隊監(jiān)測到地球表面災難時，微小衛(wèi)星節(jié)點會有大量信息需要傳遞給主衛(wèi)星。這時如果沒有一個有效的星間鏈路通信協(xié)議，衛(wèi)星網(wǎng)絡中就會出現(xiàn)大量的網(wǎng)絡擁塞和傳輸碰撞，直接影響衛(wèi)星網(wǎng)絡的服務質(zhì)量。如何在多個衛(wèi)星節(jié)點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。同一個信道資源可以被多個節(jié)點共同使用，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)拓撲信息。但是，這些優(yōu)點的代價是嘗試和錯誤。尤其是在負載高，競爭程度激烈的網(wǎng)絡中，性能急劇下降。與之相反，TDMA協(xié)議能夠安排相鄰節(jié)點的發(fā)送時間，來達到無沖突的發(fā)送。TDMA是分配時隙的協(xié)議，在負載高的情況下可以達到很高的信道利用率。但是在負載很低的情況下，信道利用率很低，原因是有很多空閑時隙。而且在TDMA中， 如果按照一種可擴展方式尋找一個高效時間安排不是一個簡單任務；需要時鐘同步等等。 這些缺點表明想設計一個特別優(yōu)化的TDMA協(xié)議是不切實際的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可以達到更高的信道利用率和更大的吞吐量的低軌道微小衛(wèi)星編隊組網(wǎng)負載自適應媒介訪問控制方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明低軌道微小衛(wèi)星編隊組網(wǎng)負載自適應媒介訪問控制方法，其特征是(1)主節(jié)點在CSMA模式下接收給節(jié)點的數(shù)據(jù)；(2)收集連續(xù)沖突數(shù)信息，設定次數(shù)N，判定連續(xù)沖突數(shù)與N的大小關系；(3)當連續(xù)沖突數(shù)小于N時，延續(xù)CSMA模式，節(jié)點i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，節(jié)點i偵聽信道假如信道空閑，則節(jié)點i向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點i隨機退避后再次偵聽信道；
(4)當連續(xù)沖突數(shù)大于N時，切換到TDMA模式，節(jié)點i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先檢查自己是否為當前時隙的占有節(jié)點若是當前時隙的占有節(jié)點則向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當前時隙的占有節(jié)點，則節(jié)點i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個時隙為止。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明可以根據(jù)網(wǎng)絡競爭程度的變化自動在CSMA和TDMA模式下切換，綜合了 CSMA協(xié)議和TDMA協(xié)議的優(yōu)點，又彌補了 CSMA和TDMA協(xié)議各自的缺點。 它的主要特點是網(wǎng)絡競爭程度的自適應能力，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)星編隊組網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲圖；圖2為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結合圖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)點有兩種工作狀況輕度競爭方式和激烈競爭方式。一個節(jié)點只有在最近得到一個從主節(jié)點發(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)點將按照輕度競爭方式工作。在輕度競爭方式下，節(jié)點允許在任何時隙發(fā)送數(shù)據(jù)，也就是說節(jié)點工作在CSMA模式下。CSMA模式下，網(wǎng)絡中的節(jié)點通過偵聽信道上是否有信號存在，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)點有數(shù)據(jù)發(fā)送時，總是進行載波偵聽，當偵聽到信道空閑時發(fā)送數(shù)據(jù)。否則，隨機退避一段時間后重新監(jiān)測信道。主節(jié)點收到數(shù)據(jù)后， 發(fā)送一個確認消息(ACK)，表示數(shù)據(jù)被正確的接收。發(fā)送節(jié)點如果沒有收到ACK，則會自動重傳數(shù)據(jù)。在LDMA協(xié)議中，CSMA模式是基礎模式。與傳統(tǒng)的CSMA協(xié)議不同，每個節(jié)點都被分配一個優(yōu)先級，需要根據(jù)優(yōu)先級來競爭信道。該時隙的一個占有節(jié)點在該時隙訪問信道的優(yōu)先權高于非占有節(jié)點，從而實現(xiàn)信道的訪問優(yōu)先權。其目的是，占有節(jié)點在所占時隙上有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，其發(fā)送優(yōu)先于非占有節(jié)點，所占時隙具有碰撞回避權，因此LDMA協(xié)議減少了碰撞機會；但是當一個時隙未被其占有節(jié)點使用時，非占有節(jié)點可以借用這個時隙。 這種優(yōu)先權方案自然會影響根據(jù)競爭程度而進行CSMA和TDMA之間的切換。LDMA協(xié)議不使用RTS/CTS機制來避免沖突，競爭程度與沖突概率成正比。因此競爭等級可以通過查主節(jié)點中沖突幀數(shù)量來得到。如果主節(jié)點連續(xù)收到了 Nth個沖突幀，那么主節(jié)點廣播一個競爭通知消息給所有節(jié)點，通知他們目前沖突等級高，相應的，節(jié)點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i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先判斷自己當前是TDMA模式還是CSMA模式；②、假如節(jié)點i是CSMA模式，節(jié)點i偵聽信道假如信道空閑，則節(jié)點i 發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點i隨機退避一段時間后再次偵聽信道。③、假如節(jié)點i 是在TDMA模式，節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先檢查自己是否為當前時隙的占有節(jié)點。若是當前時隙的占有節(jié)點則發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當前時隙的占有節(jié)點，那么節(jié)點i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個時隙為止。
本發(fā)明綜合考慮了以往協(xié)議的缺陷,可以根據(jù)網(wǎng)絡競爭程度自動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)星編隊網(wǎng)絡因負載過大而引起的網(wǎng)絡擁塞和傳輸碰撞問題。
權利要求
1.低軌道微小衛(wèi)星編隊組網(wǎng)負載自適應媒介訪問控制方法，其特征是(1)主節(jié)點在CSMA模式下接收給節(jié)點的數(shù)據(jù)；(2)收集連續(xù)沖突數(shù)信息，設定次數(shù)N，判定連續(xù)沖突數(shù)與N的大小關系；(3)當連續(xù)沖突數(shù)小于N時，延續(xù)CSMA模式，節(jié)點i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，節(jié)點i偵聽信道 假如信道空閑，則節(jié)點i向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點i隨機退避后再次偵聽信道；(4)當連續(xù)沖突數(shù)大于N時，切換到TDMA模式，節(jié)點i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先檢查自己是否為當前時隙的占有節(jié)點若是當前時隙的占有節(jié)點則向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當前時隙的占有節(jié)點，則節(jié)點i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個時隙為止。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供低軌道微小衛(wèi)星編隊組網(wǎng)負載自適應媒介訪問控制方法，主節(jié)點在CSMA模式下接收給節(jié)點的數(shù)據(jù)；收集連續(xù)沖突數(shù)信息，設定次數(shù)N，判定連續(xù)沖突數(shù)與N的大小關系；當連續(xù)沖突數(shù)小于N時，延續(xù)CSMA模式，節(jié)點i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，節(jié)點i偵聽信道假如信道空閑，則節(jié)點i向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；假如信道不空閑，則節(jié)點i隨機退避后再次偵聽信道；當連續(xù)沖突數(shù)大于N時，切換到TDMA模式，節(jié)點i有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先檢查自己是否為當前時隙的占有節(jié)點若是當前時隙的占有節(jié)點則向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，若不是當前時隙的占有節(jié)點，則節(jié)點i推遲其發(fā)送，一直推遲到找到一個時隙為止。本發(fā)明可以達到更高的信道利用率和更大的吞吐量。
文檔編號H04B7/185GK102497673SQ201110435599
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者于蘭, 聶冰洋, 陳炳才 申請人:哈爾濱工程大學