《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙的空間飛行器快速組網(wǎng)策略
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
宋兆涵，張德智
中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京100076
摘要： 主要研究適用于無(wú)初始時(shí)隙分配和無(wú)固定時(shí)間基準(zhǔn)終端的分布式空間飛行器自組網(wǎng)的初始組網(wǎng)策略。針對(duì)空間飛行器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞秶?、?jié)點(diǎn)數(shù)目少、協(xié)同組網(wǎng)任務(wù)具有臨時(shí)性、可靠性要求高等特點(diǎn)，提出了一種基于時(shí)分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)的競(jìng)爭(zhēng)式組網(wǎng)策略，并建立馬爾可夫決策模型計(jì)算出最優(yōu)競(jìng)爭(zhēng)概率，完成網(wǎng)絡(luò)的快速建立。仿真結(jié)果表明，所提出的競(jìng)爭(zhēng)式時(shí)分多址組網(wǎng)策略具有網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)間短、組網(wǎng)過(guò)程可靠性高的特點(diǎn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的快速性、靈活性和安全性。
中圖分類號(hào)： TN92
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙的空間飛行器快速組網(wǎng)策略[J].電子技術(shù)應(yīng)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(shù)的發(fā)展，空間飛行器組網(wǎng)通信模式已經(jīng)逐步成為了新的研究熱點(diǎn)[1]?？臻g飛行器自組織網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的自組織、自配置和管理能力，以適應(yīng)通信任務(wù)的變化，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)靈活性[2]。當(dāng)前多數(shù)空間飛行器數(shù)據(jù)鏈采用預(yù)先分配時(shí)隙的TDMA協(xié)議和固定時(shí)間基準(zhǔn)終端進(jìn)行組網(wǎng)通信，以Link16數(shù)據(jù)鏈為例[3]，要建立網(wǎng)絡(luò)同步，系統(tǒng)必須單獨(dú)設(shè)定一個(gè)終端為網(wǎng)絡(luò)提供時(shí)間基準(zhǔn)，這個(gè)終端被稱為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)(Network Time Reference，NTR)。由這個(gè)選定終端保持的時(shí)間定義為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。以這個(gè)時(shí)間為基準(zhǔn),再來(lái)定義時(shí)隙的起點(diǎn)與終點(diǎn),并確保多重網(wǎng)絡(luò)中“時(shí)分”的校準(zhǔn)[4]。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)終端周期性地發(fā)送入網(wǎng)報(bào)文,幫助系統(tǒng)其他終端與網(wǎng)絡(luò)同步并獲得系統(tǒng)時(shí)間[5]。在此過(guò)程中，若時(shí)間基準(zhǔn)終端受到打擊，喪失通信能力，則組網(wǎng)過(guò)程失敗[6]。因此，單獨(dú)設(shè)定某一飛行器終端作為NTR無(wú)法保證網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程的可靠性[7]。

    同時(shí)，對(duì)于臨時(shí)收到組網(wǎng)要求，需要快速建立自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的空間飛行器網(wǎng)絡(luò)，預(yù)先分配時(shí)隙的方式顯然并不適用[8]。因此，本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)初始時(shí)隙分配信息且無(wú)固定NTR的飛行器初始組網(wǎng)策略，通過(guò)節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)占用時(shí)隙，完成網(wǎng)絡(luò)自主的初始時(shí)隙分配，保證網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)掌握網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，后續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定通信。在此過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)信息交互快速完成時(shí)鐘同步建立網(wǎng)絡(luò)通信鏈路，縮短了組網(wǎng)時(shí)間，提高了組網(wǎng)靈活性。




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作者信息：

宋兆涵，張德智

(中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京100076)




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