一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法组成比例

本发明专利技术涉及有线无线融合的航天器内部时间敏感网络通信技术领域，具体涉及一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，包括将航天器内部数据包中的有线TSN帧映射到无线TDMA帧中；根据无线TDMA帧的目的MAC地址和QoS字段将无线TDMA帧存储到对应缓存队列中；在节点队列管理计时器中断的控制下，节点收集队列中时敏数据的入队时间周期以及数据量信息，以及非时敏数据的数据量信息，并在相应的时隙中将队列状态上报至无线网关节点；无线网关节点接收所有参与时隙分配节点的相关信息，计算出每个节点入网时隙长度、单位时隙长度及相应的节点传输时隙位置；本发明专利技术实现灵活的无线时隙分配，降低时敏业务的等待时延。时延。时延。

【技术实现步骤摘要】
一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法


[0001]本专利技术涉及有线无线融合的航天器内部时间敏感网络通信
，具体涉及一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法。

技术介绍

[0002]近年来，各个国家积极开展太空探索、载人航天任务，航天器的功能也变得复杂。航天器作为一个高集成度和复杂度的空间体，其内外都部署大量的传感器与监测设备，进行实时状态数据监控，而航天器内部数据传输总线普遍使用1553B、CAN总线进行数据通信，其质量占比大，影响航天器搭载更多有效载荷；同时，航天员在舱内和舱外工作时的移动性通信需求不断增加，需要保障通信的可靠性和实时性。可见，将无线通信方式引入到航天器通信系统中，可以有效满足其通信需求，并减少通信线束质量占比。但是在有线实时通信系统中，如何融合无线与有线方式，解决通信资源联合调度，是实现端到端业务数据确定性传输的关键。
[0003]现实需求推动着有关标准协议产生，TSN(Time
‑
Sensitive Network)，即时延敏感网络应运而生。其最早由IEEE 802.1任务组在2012年提出，以构建一个统一的、标准化的二层网络协议，使其应用在任何采用以太网技术的环境中，为实时数据传输提供保障。TSN具有以下目标：1)确保交换网络的报文时延得到保障；2)时间敏感数据流和非时间敏感数据流可以共网传输，并且非时间敏感数据流的传输不会对时间敏感数据流的传输时延造成影响。由此可见，TSN既能够为时间敏感业务提供可靠的服务质量(Quality of Service，QoS)保证，同时也能够支持非时敏业务在网络中的传输。因此，现有TSN标准可以很好地利用在星内网络中。
[0004]无线TSN技术研究处于初始化阶段，尚未形成标准。目前有研究对现有IEEE802.11协议进行改进，使无线网络具有可靠性和实时性能。因此可以将无线TSN技术引入航天器内部网络中。
[0005]综上所述，引入TSN技术来降低航天器线束重量占比的同时保障星内通信的时延确定性十分必要。然而当无线通信机制引入航天器中时，通信节点的无线输出端口需要等待本节点的无线通信时隙，而无法及时为节点划分时隙，会导致数据在无线输出端口的堵塞，从而无法满足时敏业务的端到端时延要求，因此，通信时隙的划分在很大程度上会影响数据的等待时延。那么在基于TDMA的无线通信网络中合理的划分通信时隙是研究的重点。

技术实现思路

[0006]为了保证时敏业务流的确定性端到端传输，本专利技术提出一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，具体包括以下步骤：
[0007]将航天器内部数据包中的有线TSN帧映射到无线TDMA帧中；
[0008]根据无线TDMA帧的目的MAC地址和QoS字段将无线TDMA帧存储到对应缓存队列中；
[0009]在节点队列管理计时器中断的控制下，节点收集队列中时敏数据的入队时间周期以及数据量信息，以及非时敏数据的数据量信息，并在相应的时隙中将队列状态上报至无线网关节点；
[0010]无线网关节点接收所有参与时隙分配节点的相关信息，计算出下一个时隙表中的总超帧长度T
sp
、节点入网时隙长度T
B
、单位时隙长度T
p
以及相应的节点传输时隙位置。
[0011]进一步的，将航天器内部数据包中的有线TSN帧映射到无线TDMA帧中包括：有线TSN帧为一个带有VLAN标签的以太网帧，TDMA帧为自定义的802.11帧，自定义的802.11帧包括采用802.11头部、序号、数据长度QoS字段、最大存活时间、负载以及32位的CRC校验；航天器内部有线侧数据经过TSN交换机到达TSN网关接收端口时，将有线TSN帧转换为802.11无线帧，将VLAN标签中的pcp优先级字段映射到无线TDMA帧的QoS字段，并且将自定义的数据包最大存活依次映射到无线TDMA帧中。
[0012]进一步的，根据无线TDMA帧的目的MAC地址和QoS字段将无线TDMA帧存储到对应缓存队列中，即若TDMA帧的QoS字段为特定数值，即该数据包为时敏数据，则存储到TSN列表；否则，即该数据包为非时敏数据，则将该数据包存储到非TSN列表。
[0013]进一步的，无线网关节点为节点i分配的传输时隙位置表示为：
[0014][0015]其中，T
iport
为节点i的时敏数据到达无线输出端口的时间；T
itrans
为无线网关为节点i划分的时隙位置；n为所有参与时隙分配的节点个数。
[0016]进一步的，若TDMA时隙内时隙单位长度为T
p
，则节点i内数据流s所需单位时隙个数C
i,s
表示为：
[0017][0018]其中，T
g
表示节点i时隙间的保护带长度；为节点i的TSN数据流带宽；R
space
为无线链路传输速率。
[0019]进一步的，节点i时隙间的保护带长度T
g
表示为：
[0020][0021]其中，为网络中任意两个节点之间最大的同步误差；T
prop
为电磁波传播时延。
[0022]进一步的，两个节点之间的同步误差的计算包括：判断接收数据包优先级信息以及源地址信息是否为第一次接收发送此终端在当前优先级下的时敏数据，若是第一次接收，则即记录数据包的到达时间；否则计算此终端当前优先级下在本时刻时敏数据的到达时间与前一时刻到达时间的差值，当前节点记录该差值，将网络中任意两个节点之间最大的差值记为
[0023]进一步的，TDMA时隙内时隙单位长度为T
p
需要满足以下条件：
[0024][0025]约束条件：
[0026][0027]其中，表示信道中最小包长所需带宽，表示所有节点中最大的数据量所需带宽；N表示参与时隙分配的节点数；N
*
表示正整数。
[0028]进一步的，在节点计算得到每个节点入网时隙长度T
B
、单位时隙长度T
p
以及相应的节点传输时隙位置后，轮询TSN列表，如果TSN列表中存在待发送数据，那么根据先入先出原则对TSN队列数据进行调度发送；将TSN队列中数据发送完成后，轮询非TSN队列数据，获取所有待发送队列的紧急度信息，以紧急度从高至低进行发送，紧急度相同的队列则按照优先级高低进行数据发送，同一队列中的数据均以先进先出方式进行数据调度。
[0029]进一步的，对TSN队列数据以及非TSN队列数据进行调度发送的过程具体包括以下步骤：
[0030]步骤1：TSN无线节点在每个时隙读取自身的时间信息，判断当前时隙是否属于本无线节点；
[0031]其中，TSN无线节点在每个时隙的起始时刻读取自身的时隙表中本时隙号对应的身份标识，判断当前时隙是否属于本无线节点；
[0032]步骤2：若通过身份标识确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将航天器内部数据包中的有线TSN帧映射到无线TDMA帧中；根据无线TDMA帧的目的MAC地址和QoS字段将无线TDMA帧存储到对应缓存队列中；在节点队列管理计时器中断的控制下，节点收集队列中时敏数据的入队时间周期以及数据量信息，以及非时敏数据的数据量信息，并在相应的时隙中将队列状态上报至无线网关节点；无线网关节点接收所有参与时隙分配节点的相关信息，计算出每个节点入网时隙长度T
B
、单位时隙长度T
p
以及相应的节点传输时隙位置。2.根据权利要求1所述的一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，其特征在于，将航天器内部数据包中的有线TSN帧映射到无线TDMA帧中包括：有线TSN帧为一个带有VLAN标签的以太网帧，TDMA帧为自定义的802.11帧，自定义的802.11帧包括采用802.11头部、序号、数据长度QoS字段、最大存活时间、负载以及32位的CRC校验；航天器内部有线侧数据经过TSN交换机到达TSN网关接收端口时，将有线TSN帧转换为802.11无线帧，将VLAN标签中的pcp优先级字段映射到无线TDMA帧的QoS字段，并且将自定义的数据包最大存活依次映射到无线TDMA帧中。3.根据权利要求1所述的一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，其特征在于，根据无线TDMA帧的目的MAC地址和QoS字段将无线TDMA帧存储到对应缓存队列中，即若TDMA帧的QoS字段为特定数值，即该数据包为时敏数据，则存储到TSN列表；否则，即该数据包为非时敏数据，则将该数据包存储到非TSN列表。4.根据权利要求1所述的一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，其特征在于，无线网关节点为节点i分配的传输时隙位置表示为：其中，T
iport
为节点i的时敏数据到达无线输出端口的时间；T
itrans
为无线网关为节点i划分的时隙位置；n为所有参与时隙分配的节点个数。5.根据权利要求1所述的一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，其特征在于，若TDMA时隙内时隙单位长度为T
p
，则节点i内数据流s所需单位时隙个数C
i,s
表示为：其中，T
g
表示节点i时隙间的保护带长度；B
siT
为节点i的TSN数据流带宽；R
space
为无线链路传输速率。6.根据权利要求5所述的一种有线无线融合的航天器内部无线时间敏感网络时隙分配方法，其特征在于，节点i时隙间的保护带长度T
g
表示为：其中，为网络中任意两个节点之间最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国锋，卢奕杉，徐川，韩珍珍，邢媛，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：