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。
中圖分類號： TN92
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212151
中文引用格式： 宋兆涵，張德智. 基于競爭時隙的空間飛行器快速組網策略[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212151
中文引用格式： 宋兆涵，張德智. 基于競爭時隙的空間飛行器快速組網策略[J].電子技術應用，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
隨著航天技術的發展，空間飛行器組網通信模式已經逐步成為了新的研究熱點[1]。空間飛行器自組織網絡具有極強的自組織、自配置和管理能力，以適應通信任務的變化，增強網絡靈活性[2]。當前多數空間飛行器數據鏈采用預先分配時隙的TDMA協議和固定時間基準終端進行組網通信，以Link16數據鏈為例[3]，要建立網絡同步，系統必須單獨設定一個終端為網絡提供時間基準，這個終端被稱為網絡時間基準(Network Time Reference，NTR)。由這個選定終端保持的時間定義為系統網絡時間。以這個時間為基準,再來定義時隙的起點與終點,并確保多重網絡中“時分”的校準[4]。網絡時間基準終端周期性地發送入網報文,幫助系統其他終端與網絡同步并獲得系統時間[5]。在此過程中，若時間基準終端受到打擊，喪失通信能力，則組網過程失敗[6]。因此，單獨設定某一飛行器終端作為NTR無法保證網絡建立過程的可靠性[7]。
同時，對于臨時收到組網要求，需要快速建立自組織網絡協同執行任務的空間飛行器網絡，預先分配時隙的方式顯然并不適用[8]。因此，本文設計了一種無初始時隙分配信息且無固定NTR的飛行器初始組網策略，通過節點競爭占用時隙，完成網絡自主的初始時隙分配，保證網絡中各節點掌握網絡拓撲信息，后續進行穩定通信。在此過程中，節點之間通過信息交互快速完成時鐘同步建立網絡通信鏈路，縮短了組網時間，提高了組網靈活性。
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作者信息：
宋兆涵，張德智
(中國運載火箭技術研究院，北京100076)
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