基于竞争时隙的空间飞行器快速组网策略
2022年电子技术应用第5期
宋兆涵，张德智
中国运载火箭技术研究院，北京100076
摘要： 主要研究适用于无初始时隙分配和无固定时间基准终端的分布式空间飞行器自组网的初始组网策略。针对空间飞行器网络拓扑范围大、节点数目少、协同组网任务具有临时性、可靠性要求高等特点，提出了一种基于时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)的竞争式组网策略，并建立马尔可夫决策模型计算出最优竞争概率，完成网络的快速建立。仿真结果表明，所提出的竞争式时分多址组网策略具有网络建立时间短、组网过程可靠性高的特点，提高了网络的快速性、灵活性和安全性。
中图分类号： TN92
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212151
中文引用格式： 宋兆涵，张德智. 基于竞争时隙的空间飞行器快速组网策略[J].电子技术应用，2022，48(5)：65-69.
英文引用格式： Song Zhaohan，Zhang Dezhi. Fast networking strategy of spacecraft based on competing time slots[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(5)：65-69.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212151
中文引用格式： 宋兆涵，张德智. 基于竞争时隙的空间飞行器快速组网策略[J].电子技术应用，2022，48(5)：65-69.
英文引用格式： Song Zhaohan，Zhang Dezhi. Fast networking strategy of spacecraft based on competing time slots[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(5)：65-69.
Fast networking strategy of spacecraft based on competing time slots
Song Zhaohan，Zhang Dezhi
China Academy of Launch Vehicle Technology，Beijing 100076，China
Abstract： This paper mainly studies the initial networking strategy of distributed space vehicle ad hoc network without initial slot allocation and fixed time reference terminal. In view of the characteristics of space vehicle network topology, small number of nodes, temporary collaborative networking tasks and high reliability requirements, this paper proposes a competitive networking strategy based on time division multiple access(TDMA), establishes a Markov decision model, calculates the optimal competition probability, and completes the rapid establishment of the network. The simulation results show that the competitive networking strategy proposed in this paper has the characteristics of short network establishment time and high reliability, and improves the rapidity, flexibility and security of the network.
Key words : networking strategy；Markov decision process；optimal competition probability
0 引言
随着航天技术的发展，空间飞行器组网通信模式已经逐步成为了新的研究热点[1]。空间飞行器自组织网络具有极强的自组织、自配置和管理能力，以适应通信任务的变化，增强网络灵活性[2]。当前多数空间飞行器数据链采用预先分配时隙的TDMA协议和固定时间基准终端进行组网通信，以Link16数据链为例[3]，要建立网络同步，系统必须单独设定一个终端为网络提供时间基准，这个终端被称为网络时间基准(Network Time Reference，NTR)。由这个选定终端保持的时间定义为系统网络时间。以这个时间为基准,再来定义时隙的起点与终点,并确保多重网络中“时分”的校准[4]。网络时间基准终端周期性地发送入网报文,帮助系统其他终端与网络同步并获得系统时间[5]。在此过程中，若时间基准终端受到打击，丧失通信能力，则组网过程失败[6]。因此，单独设定某一飞行器终端作为NTR无法保证网络建立过程的可靠性[7]。
同时，对于临时收到组网要求，需要快速建立自组织网络协同执行任务的空间飞行器网络，预先分配时隙的方式显然并不适用[8]。因此，本文设计了一种无初始时隙分配信息且无固定NTR的飞行器初始组网策略，通过节点竞争占用时隙，完成网络自主的初始时隙分配，保证网络中各节点掌握网络拓扑信息，后续进行稳定通信。在此过程中，节点之间通过信息交互快速完成时钟同步建立网络通信链路，缩短了组网时间，提高了组网灵活性。
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作者信息：
宋兆涵，张德智
(中国运载火箭技术研究院，北京100076)
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