[发明专利]一种适用于星间网络的动态时隙分配方法

说明书

本发明公开了一种适用于星间网络的动态时隙分配算法，属于星间通信技术领域。首先构建包括主星和若干辅星组成的低轨小卫星星群，确定DTI周期的接入机制；然后初始化总时隙个数为M，分配给CSMA/CA接入机制的时隙比例为k，平均时延为D；计算当前时隙比例k下系统总的吞吐量和总的平均时延。若当前时隙比例k下系统总的平均时延满足E[D]≤D_max，则系统总的平均时延没有超过系统时延阈值，将当前时隙比例k步长加1，增大分配给CSMA/CA的时隙个数，再次计算系统对应的吞吐量和平均时延，直到E[D]＞D_max为止。记录每个时隙比例k下系统的总吞吐量，并按从大到小进行排序，吞吐量最大时对应的k值，为最优时隙分配比例。本发明有效提高系统性能，实现高吞吐量低时延，提高信道资源的利用。

技术领域

本发明属于星间通信技术领域，具体是一种适用于星间网络的动态时隙分配方法。

背景技术

星间通信技术中的接入协议主要解决：在卫星组网中如何对所有卫星节点分配信道资源，来达到高效利用稀缺的星间信道资源的目的。MAC(Media Access Control)协议的选择主要取决于小卫星系统的任务目标和节点数量，当前备受关注的星间网络MAC层接入协议主要是结合了基于竞争类协议(如Aloha、CSMA/CA)和非竞争类协议(如TDMA、FDMA)的特征的混合多址接入协议。如何为混合多址接入协议中的不同接入机制分配信道资源成为了研究的关注热点。

在卫星通信系统混合接入方式的信道资源分配方案中，主要的分配方案分为静态分配和动态分配，静态分配将系统中可用的信道资源固定地分配给各个接入机制，使得信道资源在低负载时无法得到高效利用。动态分配根据系统负载等情况调整分配给各个接入机制的信道资源，从而优化系统性能，提高信道资源利用率。

尤其在节点数量多、网络动态变化的场景下，充分利用稀缺的网络资源、实现有限信道资源的动态分配显得尤为重要。

发明内容

本发明针对在大规模的星间网络中如何高效地进行动态信道资源分配的问题，提出了一种适用于星间网络的动态时隙分配方法，用于解决低轨卫星星间网络通信场景中，混合多址接入方式的动态时隙分配问题。

所述的动态时隙分配方法具体步骤如下：

步骤一、构建包括主星和若干辅星组成的低轨小卫星星群，确定DTI周期的接入机制；

主星作为接入节点负责网络中各个辅星节点的通信，通过周期性的信标帧生成时间调度信息并发送给辅星节点，各辅星节点根据调度内容按规则在调度周期内进行接入，完成信道接入和数据的收发；

整个传输信道的时间被划分为多个信标间隔，每个信标间隔内又划分为BHI周期和DTI周期，在DTI周期中，包括基于CSMA/CA接入机制的CBAP周期和基于TDMA接入机制的SP周期；CBAP周期和SP周期的个数和时间长度通过主星节点发送信标帧或声明帧来确定。

步骤二、针对星间网络的DTI周期，初始化总时隙个数为M，分配给CSMA/CA接入机制的时隙比例为k，平均时延为D；

0≤k≤1，初始化k取值为0，即所有时隙分配给TDMA接入方式；

D≤D_max；D_max为系统可允许的最大传输时延阈值；

步骤三、计算当前时隙比例k下系统总的吞吐量和总的平均时延；

系统总的吞吐量为：

H_csma/ca为CSMA/CA接入机制下的吞吐量；H_tdma为TDMA接入机制下的吞吐量。