一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法。该方法利用时分多址接入空间动态网络的特点，采用一套硬件设备，实现全星座卫星节点的网络协议栈处理，为卫星在研制阶段或者在轨未组网阶段提供了一种网络数据传输协议的测试方法。
【背景技术】
[0002]卫星之间的网络数据传输是卫星技术发展的一个新方向，时分多址接入空间动态网络是现有卫星之间网络的抽象模型。时分多址接入空间动态网络的特点为:网络节点之间不是一直连接的，而是有规律的连接和断开；数据传输是半双工的，即某一段时间数据只能单向地从一个节点传输到另一个节点；网络节点的存储容量有限；网络节点的数据处理能力有限；网络数据传输有一定的可靠性要求，即重要数据要求接收节点回传给发送节点应答信号，如果一定时间内没有收到应答则数据需要重传；数据的传输按照数据优先级进行排序，优先级高的数据优先传输；网络是平面结构，数据节点地位平等，节点之间没有主从关系。
[0003]针对时分多址接入空间动态网络的特点，专门设计了网络传输协议，确保数据可以在处理节点资源有限的条件下准确高效传输，防止网络拥塞现象发生。
[0004]参与组网的卫星节点之间建立物理连接和数据传输由建链规划表和路由表(根据201510004471.4:一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法)控制，其中建链规划表规定卫星在什么时刻和目标星连接，路由表规定数据在发送节点和目标节点之间传送的中继节点，即数据传输路径。
[0005]如申请号为201510004471.4的专利(一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法)所述，建链规划表以时间序列的方式规定每个数据传输节点在特定时刻和特定数据传输节点的连接关系，此连接关系以时隙(一段时间间隙)为单位，一个时隙内连接关系不变。
[0006]建链规划表有2项，分别为表头和表体。
[0007]表头由起始时刻和终止时刻两个域组成，起始时刻指所属建链规划表生效的时亥IJ，终止时刻指所属建链规划表失效的时刻。
[0008]表体有P项，P =(终止时刻-起始时刻)/时隙，即建链规划表有效时间长度为P个时隙。表体由3个域组成，3个域分别为时隙编号、当前时隙的连接目标结点、当前时隙的收发状态。时隙指起始时刻与终止时刻之间的时间段。表体形如:
[0009]I)时隙编号:以I为起始，顺序增加，最大值为P。
[0010]2)目标节点号:本数据传输节点在本时隙的连接数据传输节点。
[0011]3)收发状态:目标节点号所对应的目标节点在本时隙的状态，有接收和发送两个状态。
[0012]路由表规定了数据从发送节点传送到接收节点的传输路径。
[0013]路由表有2项，分别为路由表表头和路由表表体。
[0014]路由表表头由路由表起始时刻和路由表终止时刻两个域组成，路由表起始时刻指所属路由表生效的时刻，路由表终止时刻指所属路由表失效的时刻。
[0015]表体有N项，每项包括2个域，分别为:
[0016]I)路由表目标节点号:在数据传输环境中的数据传输节点。
[0017]2)转发节点号:数据转发节点。
[0018]路由表指定了全部数据传输节点作为数据传输最终目标节点时的转发节点，按照数据传输节点的编号顺序进行排列。
[0019]对于参与同一个场景规划中的所有卫星节点来说，尽管其遵循统一的链接顺序，但是每一个特定的卫星节点其建链规划表和路由表都是不同的。
[0020]由于时分多址接入空间动态网络的半双工特性，对于该网络中的每一个节点而言，在特定的时间和它相连接的网络节点只有一个，即不会出现一个节点在同一时间内和两个或者两个以上节点连接的情况。根据时分多址接入空间动态网络的上述特点，可以采用最小的硬件代价，实现模拟全星座节点星间传输能力，从而为已经存在的实际卫星节点，提供一种完备的网络协议测试手段。
[0021]对已经具备数据处理能力和信号发射能力的卫星而言，不管其在地面还是在轨阶段，都需要对其是否具备全星座网络数据传输能力进行充分测试。
[0022]单颗卫星入轨后，在全星座卫星未入轨前，即在卫星没有完成组网之前，如何对相应的网络数据传输协议进行充分的测试是一个重要的问题。
[0023]在测试过程中，有一些特殊的要求。首先被测卫星的状态必须和正常运行状态一致，包括软件和硬件状态。这就需要探索新的实验方法和验证装置，对于时分多址接入空间动态网络的一个卫星节点，在地面测试阶段和在轨阶段对卫星是否具备网络协议处理能力、是否具备组网能力进行全面的测试。由于时分多址接入空间动态网络是一种创新的网络，目前文献中还没有任何对基于时分多址接入空间动态网络的数据传输进行测试的方法。
【发明内容】
[0024]本发明要解决的技术问题是提供一种基于时分多址接入空间动态网络的数据传输测试方法，在地面测试阶段和卫星在轨阶段，测试时分多址接入空间动态网络的网络传输状况。
[0025]本发明的技术方案是:
[0026]根据时分多址接入空间动态网络的特点，在一套设备上实现多颗卫星的网络数据传输特性，这套设备用于测试卫星，在地面测试阶段或者在轨阶段，不改变卫星的正常工作状态。
[0027]该方法的具体步骤为:
[0028]第一步:构建一个测试环境:
[0029]测试环境由网络数据半实物测试装置和被测试的卫星(简称被测卫星)组成。被测卫星有地面测试和在轨测试两种状态，被测卫星的状态和正常运行时完全一致，被测卫星和网络数据半实物测试装置通过数据传输链路或管理控制链路连接，由数据传输链路传输时分多址接入空间动态网络中的各种测试数据，测试数据指N个虚拟卫星和被测卫星间链路网络业务模拟数据、星座轨道与星间观测数据、遥控、遥测数据。管理控制链路传输正常运行所必需的辅助参数信息，包含:建链规划表、路由表、建链发起节点运动轨道、目标节点(链路连接的节点)运动轨道、系统时间。为了保证测试结果的正确性，要求被测卫星在采用网络数据半实物验证装置进行测试时的状态和该卫星的在轨状态完全一致。
[0030]被测卫星和网络数据半实物测试装置模拟的虚拟卫星共同构成一个时分多址接入空间动态网络，每个参与测试的卫星，包括被测试卫星和虚拟卫星，均构成时分多址接入空间动态网络的一个节点，每个节点可以接收数据、发送数据，即作为发送节点和接收节点。假设虚拟卫星节点的数量为N，此时分多址接入空间动态网络的节点数量为N+1。虚拟卫星指由网络数据半实物测试装置模拟的在完成时分多址接入空间动态网络数据传输功能时和真实卫星功能完全相同的卫星。这些虚拟卫星和被测卫星一起，共同组成时分多址接入空间动态网络中的节点，分别称为虚拟卫星节点和被测卫星节点，这两种节点在时分多址接入空间动态网络中的数据传输功能完全相同，只是节点的存在位置不同。
[0031]被测卫星上的硬件分为卫星射频子系统和卫星控制子系统，卫星控制子系统和卫星射频子系统之间通过数据总线连接。卫星控制子系统中的星载计算机安装有建链指向软件、通信协议栈处理软件。卫星射频子系统对时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射。卫星通过卫星射频子系统和网络数据半实物验证装置相连。
[0032]被测卫星的建链指向软件根据从网络数据半实物测试装置获得的辅助参数信息计算当前时隙卫星射频子系统的建链指向。因为时分多址接入空间动态网络的射频波束为窄波束，而且时分多址接入空间动态网络中的节点(包括建链发起节点和目标节点)运动方向是可以预知的，因此，可以通过建链发起节点运动轨道、目标节点运动轨道、当前时间，计算出当前时隙卫星射频子系统的建链指向(具体计算方法见文献:梁俊明，卫星通信系统星间链路设计研宄，2006年，国防科学技术大学硕士论文，3.1.2节卫星在天球上的轨迹，P16-P17)，这样可以缩短建链时间，增加建链效率。
[0033]被测卫星的通信协议栈处理软件按照申请号为201510004471.4发明专利:一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法中第四步所述的数据传输方法进行数据接收、转发和发送。
[0034]网络数据半实物测试装置是对被测试卫星运行时分多址接入空间动态网络数据传输方式正确性进行测试的装置，由测试装置射频子系统和测试装置控制子系统组成，测试装置控制子系统和测试装置射频子系统之间通过数据总线连接。测试装置控制子系统由测试管理软件、测试配置与规划软件、测试数据产生软件、测试数据交互控制软件、虚拟卫星通信协议栈处理软件、测试项目性能分析软件、时间同步软件、测试配置与规划软件参数配置文件、测试数据产生软件参数配置文件、测试管理软件参数配置文件组成。
[0035]测试装置射频子系统与卫星射频子系统结构一样，负责将时分多址接入空间动态网络中的数据进行调制、数模转换、上变频操作，通过天线将调制后的射频信号发射出去。测试装置射频子系统和被测卫星射频子系统通过无线链路相连。
[0036]测试配置与规划软件参数配置文件有I项，2个域。分别为:
[0037]I)测试的虚拟卫星数量:即组成时分多址接入空间动态网络节点的具体数量，即N的数值；
[0038]2)参与测试的虚拟卫星编号:参与测试的具体虚拟卫星编号。
[0039]测试数据产生软件参数配置文件有Q项