[發明專利]一種基于無中心TDMA的衛星通信網絡時間同步方法

有效

• 申請號: 202010505940.1
• 申請日: 2020-06-05
• 公開（公告）號: CN111757460B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 史晶晶;陶孝鋒;孫召;趙揚;朱厲洪;穆桐
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W84/06;H04W4/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

本發明一種基于無中心TDMA的衛星通信網絡時間同步方法，首先，網絡初始化分配同步時隙時，綜合考慮了往返計時消息長度，最大星地傳播時延以及為減少網絡同步誤差而設計的往返計時應答消息發送時間間隔；其次，衛星節點收到地面節點發送的往返計時詢問消息報文后重復發送包含發送時間在內的往返計時應答消息報文；最后，地面節點根據接收到的兩次往返計時應答消息報文可計算星地同步時間誤差，從而實現地面節點與衛星節點的精確的時間同步。本發明提出的時間同步方法綜合考慮了星地往返傳輸時延的不對稱性以及星地遠距離傳輸時延對網絡同步的影響，從而使無中心TDMA網絡在星地遠距離通信的條件下實現精確同步。

技術領域

本發明涉及一種基于無中心TDMA的衛星通信網絡時間同步方法，可以適用于衛星TDMA通信系統，屬于通信技術學科領域。

背景技術

為實現信息要素在成員間實時共享，戰術通信通常以無中心TDMA工作方式組網，每個成員都按統一的系統時基同步工作，用戶之間的交換無需經過中心臺的控制和中繼，從而組成一個無中心節點的通信網絡。另外指派一個時間質量等級較高的平臺作為網絡時間基準。當某個終端出現故障，對整個網絡不造成影響，即使是網絡時間基準出現故障，整個網絡也能在一定時間內正常工作，然后由預先指定的備用網絡時間基準代替其工作。

對于無中心TDMA通信系統，網絡同步問題十分關鍵，必須保證TDMA每個通信節點工作在同一個時間基準上，否則會導致時隙混亂產生包碰撞，從而影響整個系統的通信性能。

無中心TDMA網絡同步算法根據是否有網絡時間基準節點分為主從式和分布式。典型的主從式TDMA網絡同步過程包括Link16的時間同步算法和IEEE1588PTP時間同步算法。在Link16的時間同步算法中，用戶節點通過向網絡參考節點發送RTT詢問消息報文和收到應答消息報文的方法可計算出用戶終端與網絡參考節點的時間偏差，從而實現精確的時間同步。但是Link16的時間同步過程需要在一個TDMA時隙即7.8125ms內完成，不滿足星地遠距離同步的要求。而且，對于低軌衛星應用場景，衛星高速運動導致星地往返傳輸時延不對稱，而Link16協議忽略了往返傳輸時延不對稱帶來的網絡同步誤差問題，不適合無中心TDMA衛星通信網絡。IEEE 1588PTP時間同步算法對于時間信息交互沒有嚴格要求，不需要主從單元第一時間回復消息，適合遠距離TDMA網絡的同步要求，但是該協議也忽略了往返傳輸時延的不對稱性帶來的誤差問題，隨著時間的推移，這些誤差對時間同步的影響逐漸增大，不滿足無中心TDMA衛星通信網絡的同步要求。分布式TDMA網絡同步過程中，由于沒有網絡時間基準節點，需要每個節點互相校準，通過網內所有節點間時隙位置的相互調整，達到全網時隙起始時刻的收斂。若分布式TDMA網絡同步方法應用在衛星通信網絡中，星地通信距離遠將導致同步過程收斂慢而且計算代價太高。

發明內容

本發明解決的問題是：克服現有技術的不足，綜合考慮了星地往返傳輸時延的不對稱性以及星地遠距離傳輸時延的對時間同步的影響，提出了一種基于無中心TDMA的衛星通信網絡時間同步方法，從而使無中心TDMA網絡在星地遠距離通信的條件下實現精確同步。

本發明的技術解決方案是：一種基于無中心TDMA的衛星通信網絡時間同步方法，包括步驟如下：

(1)對無中心TDMA的衛星通信網絡進行初始化，衛星為網絡時間基準節點即衛星節點，設定衛星節點和地面節點往返計時(Round-Trip Time，RTT)同步時隙長度為T，滿足網絡初始化要求；

(2)衛星節點周期性地廣播入網消息，廣播完入網消息后，就轉入接收狀態；地面節點開機，接收衛星節點廣播的入網消息，若接收到入網廣播消息，則實現了與衛星節點的初始同步，轉入步驟(3)；若沒有接收到入網廣播消息，則需要對接收入網廣播消息的起始時刻進行修改并重新接收入網廣播消息；