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CN107911159A - 一种基于wifi协议的星载无线容错通讯系统 - Google Patents

一种基于wifi协议的星载无线容错通讯系统 Download PDF

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CN107911159A
CN107911159A CN201710945922.3A CN201710945922A CN107911159A CN 107911159 A CN107911159 A CN 107911159A CN 201710945922 A CN201710945922 A CN 201710945922A CN 107911159 A CN107911159 A CN 107911159A
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China
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communication
slave
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wifi network
interface cards
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李博
张兵
胡泽岩
李存洲
郑玉成
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Beijing Institute of Electronic System Engineering
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Beijing Institute of Electronic System Engineering
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Abstract

本发明公开了一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统，其特征在于：包括通讯主机、网络控制器、N个通讯从机和N个WIFI网卡；通讯主机与网络控制器通过有线方式双向连接，网络控制器分别与每个WIFI网卡通过无线方式双向连接，每个通讯从机分别与1个WIFI网卡通过有线方式双向连接；两个通讯从机之间通过对应的WIFI网卡、网络控制器和通讯主机进行数据中转，实现双向通讯；通讯主机通过对多个具有备份关系的通讯从机的通讯数据进行同步、仲裁和转发，实现星载设备之间的容错通讯。本发明解决了传统卫星设备间有线通讯技术所带来的接口数量多、线缆质量重和备份管理复杂等问题。

Description

一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统
技术领域
本发明涉及一种卫星星载设备无线通讯系统，特别是一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统。
背景技术
传统的卫星星载设备采用有线方式来实现星载设备之间的通讯，如RS422、RS485、1553B、CAN总线，可实现设备间点对点、点对多或网络化的数据收发。这种通讯方式需要大量的线缆，通常还要对整条总线上的控制器、电缆和各个设备的物理接口都具有相应的备份措施。同时，设备间的冷、热备份的仲裁都需要增加额外的软硬件措施，不仅提高了系统软硬件的复杂性，而且会造成电缆重量、硬件成本、功耗和测试周期的增加。此外，在现有平台上增加新的设备也容易导致硬件接口的修改及管理策略的变化，不符合微小卫星“多、快、好、省”的发展理念。
高性能的商用WIFI技术可实现设备间近距、无线、高速和网络化的通讯，可以较好地解决上述卫星设备间有线通讯技术所存在的问题，但元器件和协议的可靠性不足，难以满足空间应用的要求。
发明内容
本发明提出了一种基于WIFI协议的星载设备无线容错通讯系统，解决传统有线连接代价大和增加设备困难的问题。
一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统包括通讯主机、网络控制器、N个通讯从机和N个WIFI网卡。通讯主机与网络控制器通过有线方式双向连接，网络控制器分别与每个WIFI网卡通过无线方式双向连接，每个通讯从机分别与1个WIFI网卡通过有线方式双向连接。两个通讯从机之间通过对应的WIFI网卡、网络控制器和通讯主机进行数据中转，实现双向通讯。通讯主机通过对多个具有备份关系的通讯从机的通讯数据进行同步、仲裁和转发，实现星载设备之间的容错通讯。
本发明采用无线通讯方式实现了星载设备之间的可靠通讯，简化了冗余备份的仲载机制和通讯接口，减轻了电缆重量，提高了设备接入的灵活性。
附图说明
图1 一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统的结构示意图；
图2 一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统所述的应用层通讯协议示意图。
11.通讯从机A 12.通讯从机B 13.通讯从机C 14.通讯从机D 15.通讯从机E 16.通讯从机F 21.WIFI网卡A 22.WIFI网卡B 23.WIFI网卡C 24.WIFI网卡D 25.WIFI网卡E26.WIFI网卡F 3.通讯主机 4.网络控制器
具体实施方式
一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统，包括：通讯从机A11、通讯从机B12、通讯从机C13、通讯从机D14、通讯从机E15、通讯从机F16、WIFI网卡A21、WIFI网卡B22、WIFI网卡C23、WIFI网卡D24、WIFI网卡E25、WIFI网卡F26、通讯主机3和网络控制器4。
通讯主机3与网络控制器4之间双向连接。网络控制器4的射频端分别与WIFI网卡A21、WIFI网卡B22、WIFI网卡C23、WIFI网卡D24、WIFI网卡E25、WIFI网卡F26的射频端通过无线信号进行双向通讯。通讯从机A11与WIFI网卡A21之间双向连接；通讯从机B12与WIFI网卡B22之间双向连接；通讯从机C13与WIFI网卡C23之间双向连接；通讯从机D14与WIFI网卡D24之间双向连接；通讯从机E15与WIFI网卡E25之间双向连接；通讯从机F16与WIFI网卡F26之间双向连接。
应用层通讯协议规定了通讯主机3与六个通讯从机之间的通讯数据格式和内容，包括：IP地址分配、从机数量、备份关系、从机在线查询、数据发送、数据接收、数据格式、失败应答、错误重发。通讯主机3与六个通讯从机之间以数据包的格式进行数据交互，内容包括：发送设备地址、接收设备地址、同步时间、数据长度和数据内容。六个通讯从机之间存在备份关系，同步时间规定了热备份从机的数据包到达通讯主机3的最大时差。
每个WIFI网卡都分配了静态的网络层和物理层通讯地址，并通过网络控制器与通讯主机3建立一个或多个传输层的TCP/UDP连接，分配相应的Socket地址。通过通讯主机3对数据进行中转，实现任意两个通讯从机之间的连接。
通讯从机A11与通讯从机D14之间的通讯过程如下：通讯从机A11先按应用层通讯协议将通讯数据和目标地址信息组成数据包，通过WIFI网卡A21和网络控制器4发送给通讯主机3；通讯主机3对数据进行实时的同步、仲裁和转发后，发送给通讯从机D14。在通讯从机A11的备份数量为0时，通讯主机3直接将数据包发送给通讯从机D14。在通讯从机A11的备份数量大于等于1时，通讯主机3在规定的同步时间内等待来自通讯从机A11的备份从机的数据包，并进行仲载。当仲载成功时，通讯主机3将仲载后的数据包发送给通讯从机D14及其备份通讯从机。当仲载失败时，通讯主机3将错误信息发送给通讯从机A11及其备份通讯从机。
任意两个通讯从机均可以通过上述过程实现双向通讯。

Claims (3)

1.一种基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统，其特征在于：包括通讯主机、网络控制器、N个通讯从机和N个WIFI网卡；通讯主机与网络控制器通过有线方式双向连接，网络控制器分别与每个WIFI网卡通过无线方式双向连接，每个通讯从机分别与1个WIFI网卡通过有线方式双向连接；两个通讯从机之间通过对应的WIFI网卡、网络控制器和通讯主机进行数据中转，实现双向通讯；通讯主机通过对多个具有备份关系的通讯从机的通讯数据进行同步、仲裁和转发，实现星载设备之间的容错通讯。
2.根据权利要求1所述的基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统，其特征在于：所述的N个通讯从机分别为：通讯从机A(11)、通讯从机B(12)、通讯从机C(13)、通讯从机D(14)、通讯从机E(15)、通讯从机F(16)；所述的N个WIFI网卡分别为：WIFI网卡A(21)、WIFI网卡B(22)、WIFI网卡C(23)、WIFI网卡D(24)、WIFI网卡E(25)、WIFI网卡F(26)；
网络控制器(4)的射频端分别与WIFI网卡A(21)、WIFI网卡B(22)、WIFI网卡C(23)、WIFI网卡D(24)、WIFI网卡E(25)、WIFI网卡F(26)的射频端通过无线信号进行双向通讯；通讯从机A(11)与WIFI网卡A(21)之间双向连接；通讯从机B(12)与WIFI网卡B(22)之间双向连接；通讯从机C(13)与WIFI网卡C(23)之间双向连接；通讯从机D(14)与WIFI网卡D(24)之间双向连接；通讯从机E(15)与WIFI网卡E(25)之间双向连接；通讯从机F(16)与WIFI网卡F(26)之间双向连接。
3.根据权利要求1所述的基于WIFI协议的星载无线容错通讯系统，其特征在于：所述的应用层通讯协议规定了通讯主机(3)与六个通讯从机之间的通讯数据格式和内容，包括：IP地址分配、从机数量、备份关系、从机在线查询、数据发送、数据接收、数据格式、失败应答、错误重发；通讯主机(3)与六个通讯从机之间以数据包的格式进行数据交互，内容包括：发送设备地址、接收设备地址、同步时间、数据长度和数据内容；六个通讯从机之间存在备份关系，同步时间规定了热备份从机的数据包到达通讯主机(3)的最大时差；
每个WIFI网卡都分配了静态的网络层和物理层通讯地址，并通过网络控制器与通讯主机(3)建立一个或多个传输层的TCP/UDP连接，分配相应的Socket地址；通过通讯主机(3)对数据进行中转，实现任意两个通讯从机之间的连接；
通讯从机A(11)与通讯从机D(14)之间的通讯过程如下：通讯从机A(11)先按应用层通讯协议将通讯数据和目标地址信息组成数据包，通过WIFI网卡A(21)和网络控制器(4)发送给通讯主机(3)；通讯主机(3)对数据进行实时的同步、仲裁和转发后，发送给通讯从机D(14)；在通讯从机A(11)的备份数量为0时，通讯主机(3)直接将数据包发送给通讯从机D(14)；在通讯从机A(11)的备份数量大于等于1时，通讯主机(3)在规定的同步时间内等待来自通讯从机A(11)的备份从机的数据包，并进行仲载；当仲载成功时，通讯主机(3)将仲载后的数据包发送给通讯从机D(14)及其备份通讯从机；当仲载失败时，通讯主机(3)将错误信息发送给通讯从机A(11)及其备份通讯从机；
任意两个通讯从机均通过上述过程实现双向通讯。
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