星間距離大跨度變化星載tdma系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方法，該星載TDMA系統(tǒng)包括一個中心節(jié)點和多個成員節(jié)點，按照約定的超幀格式，各個節(jié)點在各自固定的廣播時隙和控制時隙輪流發(fā)送廣播信號和控制信號，業(yè)務(wù)時隙則由中心節(jié)點根據(jù)成員節(jié)點需求動態(tài)分配給業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)信道采用統(tǒng)一的MAC幀結(jié)構(gòu)，在低速的其它模式下，將若干個時隙合并為一個時隙進行使用，合并后時隙內(nèi)的比特安排與原單個時隙的比特安排相同。該方法采用自適應(yīng)的方式支持星間距離的大跨度變化和傳輸速率大跨度的變化，時隙資源使用效率高，分配靈活，通用性強，能有效解決空間航天器組網(wǎng)的MAC層設(shè)計的問題。
【專利說明】
星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方法，屬于衛(wèi) 星通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 星間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能夠最大限度地提升網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力，擴充網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍，有效 地彌補單星在軌運行存在的各種不足，從而構(gòu)建一個功能完善、性能穩(wěn)定的空間服務(wù)系統(tǒng)。 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)沒有固定的構(gòu)型。面對復(fù)雜空間任務(wù)時，如對地某重點目標(biāo)的多信息識別與確認(rèn)， 要求大量空間資源同時被調(diào)用，此時衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型比較集中，星間距離很近;面對分散的小 型空間任務(wù)時，比如高頻次的對地偵察任務(wù)時，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型需相應(yīng)的分散，星間距離拉的 很遠(yuǎn)。星載組網(wǎng)設(shè)備需提供衛(wèi)星編隊在不同構(gòu)型下的穩(wěn)定組網(wǎng)和可靠傳輸?shù)墓δ堋Ｒ獙崿F(xiàn) 該功能首先須設(shè)計適合的星間媒體接入控制策略，時隙資源分配算法等問題。
[0003] 在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，無線介質(zhì)由多節(jié)點共享，節(jié)點對介質(zhì)的訪問控制是MAC層需 要解決的問題。同有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線信道的帶寬資源相對貧乏，好的媒體接入控制機制不 僅能使無線信道資源得到充分利用，同時，還會影響上層協(xié)議的性能(如TCP的性能，路由協(xié) 議的性能等），也是無線自組織網(wǎng)絡(luò)支持QoS的關(guān)鍵。因此，研究無線自組織網(wǎng)絡(luò)的MAC層實 現(xiàn)方法具有重要的意義。
[0004] 目前的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC層實現(xiàn)方法大致可以分為：基于競爭方式的，如： 802.11DCF，MACA，CSMA/CA，F(xiàn)AMA，MACAW等，基于預(yù)留方式的，包括:TDMA，CDMA等，其中以采 用 TDMA方式的協(xié)議較多，如：FPRP，ADAPT，CATA，SRMA/PA，E-TDMA等。
[0005] ALOHA和CSMA是最早提出的自組網(wǎng)媒體接入機制，之后提出的基于競爭方式的MAC 層方案都是由這兩種機制發(fā)展而來，其中的MACA最早提出了 RTS.CTS握手機制來解決隱終 端和暴露終端問題，隨后的MACAW、MACA-BI及MACA-PR分別從公平調(diào)度、節(jié)省節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn) 移開銷以及支持實時業(yè)務(wù)等方面對MACA進行了改進。最后經(jīng)過對握手機制的完善最終形成 了802.1IDCF機制。與MACA較為相似的是FAMA機制，它側(cè)重于控制分組長度與節(jié)點狀態(tài)切換 及傳播時延等之間關(guān)系的研究，從而保證數(shù)據(jù)分組能在一定時間內(nèi)無沖突地發(fā)送。
[0006] 基于TDMA方式的MAC機制相對于競爭接入方式的MAC能夠?qū)崿F(xiàn)無沖突的調(diào)度，通過 清晰的信道分配帶來更好的信道利用率，同時還具有處理不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)類型的能力，隨 著多媒體業(yè)務(wù)和有QoS要求的業(yè)務(wù)的增長，TDMA方式的MAC機制將體現(xiàn)出更多的優(yōu)勢，因此 使它目前得到很大的關(guān)注。
[0007] 基于TDMA的MAC機制將時間分割成幀，再將幀分割成小的時隙，節(jié)點通過調(diào)度機 制，獲得一個屬于本節(jié)點的時隙進行通信。在這種方式下，時隙的調(diào)度算法對接入性能起到 相當(dāng)重要的作用，有效的時隙調(diào)度能夠最大化時隙的復(fù)用，提高并行傳輸數(shù);最小化幀長， 減小接入時延。
[0008] 現(xiàn)有的地面無線局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最大只到數(shù)百 米。而衛(wèi)星組網(wǎng)的典型星間距離為10-2000km，其往返傳輸延時約為60u S-20ms，這遠(yuǎn)超出了 802.111^(：層中規(guī)定的最小幀間隔51?5(10-281^)，這種長延時的特點對競爭接入(051^/ CA)和傳輸確認(rèn)(ACK確認(rèn))機制都有影響。其系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)及時隙分配機制也無法支持從IOkm 到2000km這樣的傳輸距離大跨度變化。同時，現(xiàn)有的媒體接入控制層協(xié)議，在時隙劃分時， 以網(wǎng)內(nèi)傳輸速率最低的節(jié)點為基準(zhǔn)，使鏈路質(zhì)量好的節(jié)點間無法獲得高的傳輸速率，網(wǎng)絡(luò) 傳輸效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種為傳輸時延大、空 間距離變化大的星簇提供一種通用高效，保證衛(wèi)星編隊在不同構(gòu)型下都能穩(wěn)定組網(wǎng)和可靠 傳輸?shù)男情g距離大跨度變化星載TDM系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方法。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方 法，該星載TDMA系統(tǒng)包括一個中心節(jié)點和M-1個成員節(jié)點，按照約定的超幀格式，各節(jié)點在 各自固定的廣播時隙和控制時隙輪流發(fā)送廣播信號和控制信號，業(yè)務(wù)時隙的具體分配方法 為：
[0011] (1)根據(jù)各節(jié)點間信號被穩(wěn)定接收的載波信噪比范圍，確定在特定載波信噪比范 圍內(nèi)的可用傳輸速率；
[0012] (2)各節(jié)點循環(huán)接收其余節(jié)點發(fā)送的廣播信號并計算載波信噪比；
[0013] (3)任意節(jié)點接收到業(yè)務(wù)傳輸指令之后，解析業(yè)務(wù)傳輸指令，從中獲取目的節(jié)點 號、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量，按照步驟(1)的結(jié)果，根據(jù)本節(jié)點接收該目的節(jié)點廣播信號信 噪比確定可用傳輸速率；
[0014] (4)各成員節(jié)點在控制時隙向中心節(jié)點發(fā)送時隙資源請求幀，所述時隙資源請求 幀包括業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m、可用傳輸速率R;
[0015] (5)中心節(jié)點接收完一個超幀內(nèi)所有成員節(jié)點的時隙資源請求幀之后，綜合考慮 各成員節(jié)點和中心節(jié)點業(yè)務(wù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m、可用傳輸速率R，將下一個超 幀的業(yè)務(wù)時隙按照優(yōu)先級從高到低的次序分配給中心節(jié)點或成員節(jié)點，并通過廣播信號向 各成員節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)時隙分配結(jié)果幀，所述業(yè)務(wù)時隙分配結(jié)果幀包括被分配成員節(jié)點號、 該成員節(jié)點所分配的起始業(yè)務(wù)時隙號和結(jié)束業(yè)務(wù)時隙號；
[0016] (6)當(dāng)本超幀內(nèi)中心節(jié)點自身有業(yè)務(wù)傳輸需求時，中心節(jié)點將在步驟(5)分配的業(yè) 務(wù)時隙到來時，以步驟(3)確定的可用傳輸速率，按照MAC幀格式發(fā)送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù);各成員 節(jié)點則通過接收中心節(jié)點發(fā)送的廣播信號，解析時隙分配結(jié)果幀，判斷是否有發(fā)送給本成 員節(jié)點的業(yè)務(wù)時隙分配，如果有，則在該業(yè)務(wù)時隙到來時占用相應(yīng)時隙，以步驟(3)確定的 可用傳輸速率，按照MAC幀格式發(fā)送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù);如果沒有，則在下一個超幀內(nèi)重新通過 時隙資源請求幀向中心節(jié)點申請時隙資源。
[0017] 所述超幀的幀格式為:一個超幀里含有M個復(fù)幀，每個復(fù)幀包含一個同步幀、一個 控制幀和N個業(yè)務(wù)幀，同步幀占用廣播時隙用來發(fā)送廣播信號，控制幀占用控制時隙用來傳 送控制信號，業(yè)務(wù)幀占用業(yè)務(wù)時隙用來傳送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)，每個業(yè)務(wù)幀包含M個業(yè)務(wù)時隙，M 取值為大于節(jié)點總數(shù)的最小的2的級數(shù)，N的個數(shù)由超幀長度和復(fù)幀個數(shù)M共同確定。
[0018] 所述MAC幀格式包含訓(xùn)練序列、控制位、數(shù)據(jù)和保護間隔，其中，保護間隔的位數(shù)大 于信號傳輸星間最小距離所需要的時間與系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率R max的比值。
[0019] 所述一個業(yè)務(wù)時隙所占的時間為按照系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax傳送一個MAC幀 所需要的時間。
[0020] 當(dāng)一個超幀中剩余的業(yè)務(wù)時隙資源不足以分配給下一個節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，則 放棄為剩余節(jié)點分配時隙資源。
[0021] 所述中心節(jié)點為任一節(jié)點分配業(yè)務(wù)時隙的方法是：當(dāng)該節(jié)點向目的節(jié)點傳輸業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)的可用傳輸速率為R，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量為m，每個MAC幀格式中數(shù)據(jù)位為k時，首先，計算傳輸m 個數(shù)據(jù)所需要的業(yè)務(wù)信道數(shù)N_ch，
為向上取整運算;然后，根據(jù)可用傳輸
速率R，計算每個業(yè)務(wù)信道所占用的時隙數(shù)N_tm，》 I后，由N_chXN_tm得到該 節(jié)點所需要分配的時隙數(shù)。
[0022] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點：
[0023] (1)本發(fā)明采用中心節(jié)點對所接收到的資源請求進行業(yè)務(wù)時隙資源的統(tǒng)一靈活分 配，向網(wǎng)內(nèi)節(jié)點告知時隙分配結(jié)果，時隙分配中，支持網(wǎng)內(nèi)節(jié)點在同一個超幀周期內(nèi)以不同 速率傳輸，使質(zhì)量好的鏈路獲得高的傳輸速率，質(zhì)量差的鏈路以低速率傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸 效率，各節(jié)點可根據(jù)業(yè)務(wù)傳輸目的地址的不同，上報不同的業(yè)務(wù)需求。
[0024] (2)本發(fā)明采用統(tǒng)一的MAC層數(shù)據(jù)封裝格式，無論業(yè)務(wù)信道占用幾個時隙，其業(yè)務(wù) 信道的比特位安排都是一樣的，這樣，星間距離的大跨度變化的情況下，無需根據(jù)速率的變 化頻繁調(diào)整，簡化了 MAC層數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，而且，當(dāng)速率大幅度降低時，不會因為捕獲時 間和保護時間所占比例的大幅度上升，而導(dǎo)致傳輸效率嚴(yán)重惡化。
[0025] (3)本發(fā)明采用固定比特位數(shù)作為MAC幀格式中的保護間隔，在不同速率下，相同 的比特位數(shù)所用的傳輸時間不同，速率高時占用較少時隙，速率低時占用較多時隙，以此來 適應(yīng)星間距離的大跨度變化。
【附圖說明】
[0026] 圖1本發(fā)明實施例星間TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配流程圖；
[0027] 圖2本發(fā)明實施例超幀結(jié)構(gòu)；
[0028 ]圖3本發(fā)明實施例各速率模式下幀結(jié)構(gòu)的時隙劃分方式；
[0029]圖4本發(fā)明實施例時隙資源請求幀的幀結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖5本發(fā)明實施例時隙分配結(jié)果幀的幀結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面以低軌衛(wèi)星編隊觀測系統(tǒng)為例詳細(xì)介紹本發(fā)明。
[0032] 低軌衛(wèi)星編隊觀測系統(tǒng)的星間網(wǎng)絡(luò)中每個衛(wèi)星配備三維全向天線，該系統(tǒng)采用 TDMA的多址方式，在TDMA體制下，全網(wǎng)內(nèi)的衛(wèi)星節(jié)點間維持精確的時間同步。該系統(tǒng)采用集 中式的資源分配方式，衛(wèi)星群進入工作軌道后，以自適應(yīng)的方式選取一顆衛(wèi)星作為中心節(jié) 點用于網(wǎng)絡(luò)資源的集中分配，星群內(nèi)其它衛(wèi)星為成員節(jié)點，按照約定的超幀格式，各個節(jié)點 按照固定的時間間隔，在各自固定的廣播時隙和控制時隙輪流發(fā)送廣播信號和控制信號， 各個成員節(jié)點的業(yè)務(wù)時隙則由中心節(jié)點根據(jù)成員節(jié)點需求動態(tài)分配。
[0033]星間傳輸速率可根據(jù)星間距離自適應(yīng)變化，在距離近時提供高的傳輸速率，在距 離遠(yuǎn)時提供低的傳輸速率，速率相差百倍。星簇自組網(wǎng)的時隙資源采用半靜態(tài)分配方式，每 個節(jié)點能夠按需預(yù)約時隙資源，保證各節(jié)點的突發(fā)業(yè)務(wù)需求。
[0034]圖1為低軌衛(wèi)星編隊觀測系統(tǒng)星間網(wǎng)絡(luò)TDMA多速率業(yè)務(wù)時隙分配流程圖。如圖所 示，該方法包括如下步驟：
[0035] (1)根據(jù)各節(jié)點間信號被穩(wěn)定接收的載波信噪比范圍，確定在特定載波信噪比范 圍內(nèi)的可用傳輸速率，本實施例中，建立一個鏈路質(zhì)量表；
[0036] (2)各節(jié)點循環(huán)接收其余節(jié)點發(fā)送的廣播信號并計算載波信噪比；
[0037] (3)任意節(jié)點接收到業(yè)務(wù)傳輸指令之后，解析業(yè)務(wù)傳輸指令，從中獲取目的節(jié)點 號、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量，按照步驟(1)的結(jié)果，根據(jù)本節(jié)點接收該目的節(jié)點廣播信號信 噪比確定可用傳輸速率；
[0038] (4)各成員節(jié)點在控制時隙向中心節(jié)點發(fā)送時隙資源請求幀，所述時隙資源請求 幀包括業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m、可用傳輸速率R;
[0039] (5)中心節(jié)點接收完一個超幀內(nèi)所有成員節(jié)點的時隙資源請求幀之后，綜合考慮 各成員節(jié)點和中心節(jié)點業(yè)務(wù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m、可用傳輸速率R，將下一個超 幀的業(yè)務(wù)時隙按照優(yōu)先級從高到低的次序分配給中心節(jié)點或成員節(jié)點，并通過廣播信號向 各成員節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)時隙分配結(jié)果幀，所述業(yè)務(wù)時隙分配結(jié)果幀包括被分配成員節(jié)點號、 該成員節(jié)點所分配的起始業(yè)務(wù)時隙號和結(jié)束業(yè)務(wù)時隙號；
[0040] 中心節(jié)點根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級為成員節(jié)點分配所需的時隙資源的原則為:首先為具有 最高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的節(jié)點分配所需的時隙資源，分配完畢后，再為具有次高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的節(jié) 點分配所需的時隙資源，依次類推，待一個超幀中所有業(yè)務(wù)時隙資源分配完畢后，放棄為剩 余節(jié)點分配時隙資源。
[0041] 中心節(jié)點為某一個成員節(jié)點分配業(yè)務(wù)時隙的方法是:提取時隙資源請求幀中可用 速率、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m，當(dāng)每個MAC幀格式中數(shù)據(jù)位為k時，計算傳輸m個數(shù)據(jù)所需 要的業(yè)務(wù)信道數(shù)為
1S向上取整運算，然后根據(jù)可用速率R，計算每個業(yè)
務(wù)信道所占用的時隙I: N_chXN_tm得到該成員節(jié)點所需要分配的時 隙數(shù)。
[0042] (6)當(dāng)本超幀內(nèi)中心節(jié)點自身有業(yè)務(wù)傳輸需求時，中心節(jié)點將在步驟(5)分配的業(yè) 務(wù)時隙到來時，以步驟(3)確定的可用傳輸速率，按照MAC幀格式發(fā)送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù);各成員 節(jié)點則通過接收中心節(jié)點發(fā)送的廣播信號，解析時隙分配結(jié)果幀，判斷是否有發(fā)送給本成 員節(jié)點的業(yè)務(wù)時隙分配，如果有，則在該業(yè)務(wù)時隙到來時占用相應(yīng)時隙，以步驟(3)確定的 可用傳輸速率，按照MAC幀格式發(fā)送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù);如果沒有，則在下一個超幀內(nèi)重新通過 時隙資源請求幀向中心節(jié)點申請時隙資源。
[0043] 表1為本實施例鏈路質(zhì)量表。本實施例中，星間鏈路質(zhì)量與傳輸速率是緊耦合的， 不同的鏈路質(zhì)量對應(yīng)不同的傳輸速率，其時隙使用方法也不同，在高速率時，一個時隙可作 為一個業(yè)務(wù)信道使用；在低速率時，將多個時隙合并為一個業(yè)務(wù)信道進行使用。本實施例 中，所支持的最大傳輸速率為128k bps，根據(jù)節(jié)點間鏈路質(zhì)量提供八檔信息速率，分別為： 11(、21(、41(、81(、161(、321(、641(、1281(，最低速率檔與最高速率檔間相差百倍以上。
[0044] 表1鏈路質(zhì)量表
[0046] 圖2為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)TDMA系統(tǒng)設(shè)計的傳輸幀格式。超幀的時間跨度與星間相對位置變 化快慢有關(guān)系。如果衛(wèi)星間相對運動速度高的話，這一超幀上報的鏈路質(zhì)量，等下一超幀要 用的時候就已經(jīng)變化了，不再適用上次上報的鏈路質(zhì)量了；當(dāng)衛(wèi)星間相對運對速度低的話， 上報一次鏈路質(zhì)量，等下一超幀要用的時候，該鏈路質(zhì)量變化不大，依然適用上一超幀上報 的鏈路質(zhì)量。衛(wèi)星編隊在軌運行速度是很快的，但其節(jié)點間相對運動速度較低，衛(wèi)星編隊構(gòu) 形穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化率較小，因此，TDMA超幀設(shè)置為秒的量級是可以滿足要求的。 本實施例中，幀格式有如下幾個特點：
[0047] (1)、一個超幀里含有M個復(fù)幀。每個復(fù)幀長度為1072ms，系統(tǒng)超幀長度為M X 1072ms。復(fù)幀的個數(shù)M應(yīng)大于節(jié)點總數(shù)的最小的2的級數(shù)。為了保證網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點傳輸時盡量 不產(chǎn)生沖突，并對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量留有一定擴展性，選擇一個比較大的固定的復(fù)幀的個數(shù) 的話，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點較少或網(wǎng)絡(luò)傳輸不是很繁忙的情況下，勢必會浪費大量沒有被分配的時 隙資源。因此，考慮到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的變化跟網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)，將超幀長度跟復(fù)幀個數(shù)設(shè)計為可 變的。
[0048] (2)、每個復(fù)幀包含一個同步幀、一個控制幀和N個業(yè)務(wù)幀，N的個數(shù)由超幀長度和 復(fù)幀數(shù)M共同確定，同步幀占用廣播時隙用來發(fā)送廣播信號，控制幀占用控制時隙用來傳送 控制信號，業(yè)務(wù)幀占用業(yè)務(wù)時隙用來傳送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)，同步幀占用廣播時隙用來發(fā)送廣 播信號和系統(tǒng)同步，占 32ms;控制幀占用控制時隙用來傳送控制信號，占 16ms;業(yè)務(wù)幀占用 業(yè)務(wù)時隙用來傳送業(yè)務(wù)信號。
[0049] (3)、每個業(yè)務(wù)幀包含M個業(yè)務(wù)時隙。設(shè)M為每個業(yè)務(wù)幀內(nèi)的時隙個數(shù)，其取值與復(fù) 幀數(shù)相同，即為大于群內(nèi)節(jié)點總數(shù)的最小的2的級數(shù)，例如節(jié)點數(shù)為3時，M可選為4，節(jié)點數(shù) 為6時，M可選為8。設(shè)每個復(fù)幀所含業(yè)務(wù)幀的個數(shù)為N，復(fù)幀的長度固定，時隙總數(shù)為N X M = 512個，其中時隙總數(shù)為2的級數(shù)，可根據(jù)需要進行調(diào)整。因此，系統(tǒng)所能支持最大的群規(guī)模 為512個節(jié)點。由于系統(tǒng)復(fù)幀個數(shù)是因節(jié)點數(shù)的變化而變化，因此，系統(tǒng)超幀長度為可變的。
[0050] (4)、每個業(yè)務(wù)時隙長度為2ms。一個業(yè)務(wù)時隙所占的時間為按照系統(tǒng)所能達(dá)到的 最大數(shù)據(jù)速率R max，傳送一個MAC幀所需要的時間。即：本實施例中MAC格式中含有訓(xùn)練序列 44bit，控制時隙為48bit，數(shù)據(jù)位為144bit，保護間隔為20bit，總共是256bit，以最高速率 為128Kbps為例，一個業(yè)務(wù)時隙為2ms。保護間隔的位數(shù)大于信號傳輸星間最小距離所需要 的時間與系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rm x的比值。本實施例中星間距離最小10公里，最大2600公 里，根據(jù)表2所示，20比特對應(yīng)的傳播距離最小為46.875公里，最大為6000公里，因此，在留 有足夠余量的情況下，能夠滿足不同的傳播距離對保護間隔的要求。
[0051] 為配合不同的傳輸速率，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)也會以不同的模式與其區(qū)配，當(dāng)兩節(jié)點傳輸 速率選定后，發(fā)送節(jié)點得到中心節(jié)點的分配后占用相應(yīng)時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。本實施例采用統(tǒng)一 的MAC幀打包格式，無論業(yè)務(wù)信道占用幾個時隙，其業(yè)務(wù)信道的比特位安排都是一樣的。在 低速的其它模式下，將若干個時隙合并為一個業(yè)務(wù)信道使用，合并時隙后的業(yè)務(wù)信道內(nèi)的 比特安排與原單個時隙的比特安排相同。表2為各信息速率下業(yè)務(wù)信道所占用的時隙個數(shù)、 20比特保護間隔的時間長度和所能適用的距離范圍。
[0052]表2信息速率與時隙安排關(guān)系
[0054] 從表2可以看出，采用固定比特位數(shù)來設(shè)計保護間隔，在不同速率下，相同的比特 位數(shù)所用的傳輸時間不同，速率高時占用較少時隙，速率低時占用較多時隙，以此來適應(yīng)星 間距離大跨度變化時對保護間隔不同的時間長度要求。而在其它的TDMA機制中，業(yè)務(wù)信道 的時間長度不變，在低速模式下，只能靠減小幀內(nèi)的比特數(shù)量來實現(xiàn)降速，當(dāng)速率降到很低 時，一個業(yè)務(wù)信道只能傳輸很少數(shù)量的比特位數(shù)，同時消耗很長的捕獲時間和保護時間，這 使得傳輸效率嚴(yán)重惡化，不適用于傳輸速率變化跨度很大的系統(tǒng)。
[0055] 圖3為各速率模式下幀結(jié)構(gòu)的時隙劃分方式。速率為64K時，將兩個業(yè)務(wù)時隙（sO、 81)合并為一個業(yè)務(wù)信道(切)使用;速率為321(時，將4個業(yè)務(wù)時隙（ 8〇、81、82、83)合并為一 個業(yè)務(wù)信道(t0)使用;速率為16K時，將8個業(yè)務(wù)時隙（sO~s7)合并為一個業(yè)務(wù)信道(t0)使 用;速率為8K時，將16個業(yè)務(wù)時隙（sO~sl5)即一個業(yè)務(wù)幀合并為一個業(yè)務(wù)信道(t0)使用； 速率為4K時，將32個業(yè)務(wù)時隙即2個業(yè)務(wù)幀(f0、Π )合并為一個業(yè)務(wù)信道(t0)使用;速率為 2K時，將64個業(yè)務(wù)時隙即4個業(yè)務(wù)幀(f0、fl、f2、f3)合并為一個業(yè)務(wù)信道(t0)使用;速率為 IK時，將128個業(yè)務(wù)時隙即8個業(yè)務(wù)幀（f0~f7)合并為一個業(yè)務(wù)信道(t0)使用。中心節(jié)點可 以對時隙資源采用靈活的分配方式，在固定的時隙劃分上，動態(tài)的調(diào)整每個節(jié)點的業(yè)務(wù)信 道所占用的時隙數(shù)量，支持網(wǎng)內(nèi)節(jié)點在同一個幀周期內(nèi)以不同速率傳輸。
[0056] 圖4本發(fā)明實施例時隙資源請求幀的幀結(jié)構(gòu)圖。時隙資源請求幀用于網(wǎng)絡(luò)中的成 員節(jié)點向中心節(jié)點申請時隙，幀結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容包括：
[0057] 目的地址:接收該幀的目的節(jié)點地址，通常填中心節(jié)點地址；
[0058]發(fā)送地址:發(fā)送該請求幀的節(jié)點地址；
[0059] 幀類型：用于指示該幀為時隙資源請求幀；
[0060] 速率檔:用于告知中心節(jié)點所請求的業(yè)務(wù)傳輸節(jié)點間當(dāng)前適用的速率檔；
[0061] 數(shù)據(jù)量:用于告知中心節(jié)點當(dāng)前需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量；
[0062] 優(yōu)先級:用于告知中心節(jié)點當(dāng)前待傳輸業(yè)務(wù)的優(yōu)先級；
[0063]圖5本發(fā)明實施例時隙分配結(jié)果幀的幀結(jié)構(gòu)圖。時隙分配結(jié)果幀由中心節(jié)點發(fā)出， 用于向網(wǎng)內(nèi)其它的成員節(jié)點告知時隙分配結(jié)果，幀結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容包括：
[0064]廣播地址：告知各接收節(jié)點，該幀為一廣播幀，各節(jié)點都應(yīng)接收，通常廣播地址為 全1地址；
[0065] 發(fā)送地址:填寫中心節(jié)點的地址；
[0066] 幀類型：用于指示該幀為時隙結(jié)果分配幀；
[0067]幀長度:表明該幀的長度；
[0068] 節(jié)點號:分配結(jié)果對應(yīng)的節(jié)點號；
[0069] 起始時隙：為該節(jié)點分配的時隙起始編號；
[0070] 結(jié)束時隙：為該節(jié)點分配的時隙終止編號；
[0071] 實施例：
[0072]在某一超幀周期內(nèi)，網(wǎng)內(nèi)成員節(jié)點1~7分別發(fā)送時隙分配請求幀，上報業(yè)務(wù)傳輸 需求，具體如下：
[0074] 當(dāng)中心節(jié)點收到成員節(jié)點1上報的m= 200hi t的翁據(jù)舊·惡傳輸，其可用速率檔為R = Rmax/4,通過計算可知，其所需要的業(yè)務(wù)信道數(shù)為
每個業(yè)務(wù)信道所占 用的時隙數(shù)N_tm = 4,因此，該成員節(jié)點所需分配的時隙數(shù)為N_chXN_tm = 8。依次類推，各 成員節(jié)點所需分配的時隙數(shù)如下：
[0076] 當(dāng)每個超幀可用時隙數(shù)為512個時，根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級從高到低，中心節(jié)點較高優(yōu)先 級的業(yè)務(wù)請求分配時隙，節(jié)點1-6的時隙分配共占用504個時隙，剩余時隙不足以滿足節(jié)點7 的時隙需求，因此中心節(jié)點放棄為節(jié)點7分配時隙。
[0077] 中心節(jié)點通過時隙分配結(jié)果幀向成員節(jié)點1~6廣播時隙分配結(jié)果，各節(jié)點在相應(yīng) 的時隙到來是完成各自的業(yè)務(wù)傳輸，成員節(jié)點7可繼續(xù)通過時隙請求幀向中心節(jié)點申請時 隙資源。
[0078] 以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0079]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方法，該星載TDMA系統(tǒng)包括 一個中屯、節(jié)點和M-I個成員節(jié)點，按照約定的超帖格式，各節(jié)點在各自固定的廣播時隙和控 制時隙輪流發(fā)送廣播信號和控制信號，其特征在于業(yè)務(wù)時隙的具體分配方法為： (1) 根據(jù)各節(jié)點間信號被穩(wěn)定接收的載波信噪比范圍，確定在特定載波信噪比范圍內(nèi) 的可用傳輸速率； (2) 各節(jié)點循環(huán)接收其余節(jié)點發(fā)送的廣播信號并計算載波信噪比； (3) 任意節(jié)點接收到業(yè)務(wù)傳輸指令之后，解析業(yè)務(wù)傳輸指令，從中獲取目的節(jié)點號、業(yè) 務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量，按照步驟（1)的結(jié)果，根據(jù)本節(jié)點接收該目的節(jié)點廣播信號信噪比 確定可用傳輸速率； (4) 各成員節(jié)點在控制時隙向中屯、節(jié)點發(fā)送時隙資源請求帖，所述時隙資源請求帖包 括業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m、可用傳輸速率R; (5) 中屯、節(jié)點接收完一個超帖內(nèi)所有成員節(jié)點的時隙資源請求帖之后，綜合考慮各成 員節(jié)點和中屯、節(jié)點業(yè)務(wù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量m、可用傳輸速率R，將下一個超帖的 業(yè)務(wù)時隙按照優(yōu)先級從高到低的次序分配給中屯、節(jié)點或成員節(jié)點，并通過廣播信號向各成 員節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)時隙分配結(jié)果帖，所述業(yè)務(wù)時隙分配結(jié)果帖包括被分配成員節(jié)點號、該成 員節(jié)點所分配的起始業(yè)務(wù)時隙號和結(jié)束業(yè)務(wù)時隙號； (6) 當(dāng)本超帖內(nèi)中屯、節(jié)點自身有業(yè)務(wù)傳輸需求時，中屯、節(jié)點將在步驟(5)分配的業(yè)務(wù)時 隙到來時，W步驟(3)確定的可用傳輸速率，按照MAC帖格式發(fā)送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù);各成員節(jié)點 則通過接收中屯、節(jié)點發(fā)送的廣播信號，解析時隙分配結(jié)果帖，判斷是否有發(fā)送給本成員節(jié) 點的業(yè)務(wù)時隙分配，如果有，則在該業(yè)務(wù)時隙到來時占用相應(yīng)時隙，W步驟(3)確定的可用 傳輸速率，按照MAC帖格式發(fā)送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù);如果沒有，則在下一個超帖內(nèi)重新通過時隙 資源請求帖向中屯、節(jié)點申請時隙資源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于星間大跨度時空變化的TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配 方法，其特征在于所述超帖的帖格式為:一個超帖里含有M個復(fù)帖，每個復(fù)帖包含一個同步 帖、一個控制帖和N個業(yè)務(wù)帖，同步帖占用廣播時隙用來發(fā)送廣播信號，控制帖占用控制時 隙用來傳送控制信號，業(yè)務(wù)帖占用業(yè)務(wù)時隙用來傳送業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)，每個業(yè)務(wù)帖包含M個業(yè) 務(wù)時隙，M取值為大于節(jié)點總數(shù)的最小的2的級數(shù)，N的個數(shù)由超帖長度和復(fù)帖個數(shù)M共同確 定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于星間大跨度時空變化的TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配 方法，其特征在于所述MAC帖格式包含訓(xùn)練序列、控制位、數(shù)據(jù)和保護間隔，其中，保護間隔 的位數(shù)大于信號傳輸星間最小距離所需要的時間與系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax的比值。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于星間大跨度時空變化的TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配 方法，其特征在于所述一個業(yè)務(wù)時隙所占的時間為按照系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax傳送一 個MC帖所需要的時間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方 法，其特征在于當(dāng)一個超帖中剩余的業(yè)務(wù)時隙資源不足W分配給下一個節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 時，則放棄為剩余節(jié)點分配時隙資源。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星間距離大跨度變化星載TDMA系統(tǒng)多速率業(yè)務(wù)時隙分配方 法，其特征在于所述中屯、節(jié)點為任一節(jié)點分配業(yè)務(wù)時隙的方法是：當(dāng)該節(jié)點向目的節(jié)點傳 輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可用傳輸速率為R，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量為m，每個MAC帖格式中數(shù)據(jù)位為k時，首先，計 算傳輸m個數(shù)據(jù)所需要的業(yè)務(wù)信道數(shù)N_ctL」為向上取整運算;然后，根據(jù)可用傳輸速率R，計算每個業(yè)務(wù)信道所占用的時隙數(shù)N_tm， 最后，由N_chXN_tm 得到該節(jié)點所需要分配的時隙數(shù)。
【文檔編號】H04B7/185GK105915276SQ201610377928
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】徐偉琳, 惠蕾放, 宋桃桃, 杜長剛, 薛治綱
【申請人】西安空間無線電技術(shù)研究所