随着航天电子技术的不断发展，航天器的智能化程度的不断提高，传统的有线数据采集方式给航天器的设计、维护带来了很大的困难，大量的线缆也占用了宝贵的载荷和空间。无线传感器网络作为航天器通信与测控领域中的全新技术，给航天传感数据的采集开辟了新的思路，这也是当前航天领域的研究热点之一。 本论文针对航天器对网络可靠性的需求，设计了一种基于uIP协议栈、应用于航天器无线数据采集的网络层协议。在本论文的设计中，为了保证覆盖范围和实时性，基于RPL（Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks）路由协议制定了依据传感器类型组建星型拓扑和网状拓扑的组网方案。围绕着网络可靠性的核心，为了避免中继路由节点因负载不均导致的路由抖动，设计了基于接收信号强度和预期工作时间的混合度量目标函数；为了确保节点中存储的网络拓扑消息可靠性，基于涓流定时器算法，设计了一致性消息检测的冗余判断方案；为了避免部分节点失效造成的网络局部瘫痪，基于邻居信息设计了网络修复策略。针对6LoWPAN（IPv6over Low-Power Wireless Personal Area Networks）分片重组技术，设计了基于位图和掩码的网络层数据分片重组策略以减少中继节点冗余操作带来的延迟。基于以上关键技术，本论文对网络层的协议进行实现，包括：缓冲队列、邻居表结构的设计；报头解压与数据重组、报头压缩与数据分片模块的实现；RPL路由控制消息结构设计和控制消息发送模块、接收模块的实现。 协议基于ATmega128RFA1硬件平台和Contiki系统实现，测试结果表明：协议可以完成星型网和网状网的组建，并实现6LoWPAN的数据压缩与分片、解压与重组的功能；星型拓扑构建实测需要4.912s，网状拓扑构建实测需要6.397s，本地修复方案的修复时间在3s～4s之间，星型网丢包率为0.14%，网状网为2.58%，星型网每跳延迟为28.532ms，网状网每跳延迟为28.618ms，各项指标达到预期。
展开▼
