[发明专利]一种基于IEEE 802.11协议的小卫星集群通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统，用于实现由小卫星构成的星簇，以及小卫星构成的编队飞行等应用场景进行组网通信。

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。各卫星节点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。

小卫星集群内的通信需求主要是用于集群中各节点的短距离数据交互：包括测控数据和载荷数据。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的(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，能自适应地组建网络、更新网络，从而保证各卫星节点的数据在网络中有效流动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统，该系统由一个卫星节点作为中心节点，对各卫星间的组网和通信进行控制，并且各卫星节点通过IEEE802.11协议中的CSMA/CA模式共享物理信道，从而实现编队和星簇中任意卫星节点之间的通信，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。

本发明的上述目的通过如下的技术解决方案实现：

一种基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统，包括一个中心卫星节点和若干个普通卫星节点，中心卫星节点对各卫星节点的组网和通信进行控制，且各卫星节点通过IEEE802.11协议中的CSMA/CA模式共享物理信道进行通信，其中，中心卫星节点以CSMA/CA模式定义的PIFS帧间隔访问物理信道，普通卫星节点以CSMA/CA模式定义的DIFS帧间隔访问物理信道。

在上述的基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统中，物理信道对应的逻辑信道包括组网信道和数据通信信道，其中：在设定的组网周期内，中心卫星节点控制组网信道进行组网操作和入网登记；在设定的数据通信周期内，中心卫星节点和普通卫星节点工作于数据通信信道，其中，中心卫星节点首先对网络内的各普通卫星节点按顺序进行测控轮询，在测控轮询结束后，各卫星节点开始进行数据通信业务。

在上述的基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统中，在组网初始时刻，或中心卫星节点接收到地面发送的重新组网指令时，开启组网周期，即中心卫星节点开始控制组网信道进行组网操作和入网登记。

在上述的基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统中，中心卫星节点控制组网信道进行组网操作和入网登记，具体实现过程如下：

(1)、中心卫星节点广播发送组网信标帧到普通卫星节点；

(2)、普通卫星节点监听到中心卫星节点发送的组网信标帧后，如果决定加入网络，则采用CSMA/CA模式抢占组网信道，并发送关联请求帧到中心卫星节点；

(3)、中心卫星节点收到普通卫星节点发送的关联请求帧后，对所述普通卫星节点进行身份验证，并根据身份校验结果和当前的网络容量，判决是否允许所述普通卫星节点加入网络；

(4)、中心卫星节点发送关联申请反馈帧到申请入网普通卫星节点，通知所述普通卫星节点是否可以入网；其中，中心卫星节点对允许入网的普通卫星节点进行顺序编号，并在组网管理信息库中记录所述普通卫星节点的信息参数。

在上述的基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统中，中心卫星节点发送的组网信标帧中的信息包括：网络名称、组网信标帧发送周期、网络剩余容量、信道及物理层参数、中心卫星节点轨道及姿态参数。

在上述的基于IEEE802.11协议的小卫星集群通信系统中，普通卫星节点发送的关联请求帧中的信息包括：所述普通卫星节点身份验证信息和所述普通卫星节点当前轨道及姿态参数。