基于GEO通信卫星的低轨航天器数据通信协议研究

在分析传统低轨航天器数据传输方式的基础上,提出了一种基于地球静止轨道(GEO)通信卫星数据传输的网络结构及相应的双协议栈设计。该网络结构根据低轨航天器特点及双层卫星网络的优势,在低轨航天器上设计双协议栈,即低轨航天器与地面站之间的链路使用空间通信协议标准-传输协议(SCPS-TP),低轨航天器与通信卫星之间的链路使用利克里德传输协议(LTP)。同时,整个网络中实现两个协议转换网关,即低轨航天器网关实现SCPS-TP协议与LTP协议之间的转换,地面网关实现SCPS-TP协议与传输控制协议(TCP)协议之间的转换。仿真结果表明:低轨航天器采取双协议栈(SCPS-TP/LTP)的传输速率优于单一采取TCP协议,可为低轨航天器的数据传输任务应用提供技术基础。     

近距空间链路通信协议及其软件实现

为实现航天器间的近距通信,CCSDS提出近距空间链路通信协议.分析近距空间链路通信协议的应用场景、协议结构、协议特点及其通信流程,研究协议仿真软件的实现方法,提出基于C/C++语言的软件实现方案,使用MFC平台实现人机交互界面.该仿真软件实现了对协议通信流程的完备仿真,提供各个通信参数配置接口,作为仿真平台为应用层协议...     

一种基于星内路由的航天器数管软件框架设计

传统航天器数管分系统开发时,往往需要深入分析各类传输协议细节,对协议数据的格式处理、数据转换等功能需要占用大量的开发时间。文章提出了一种基于星内路由的数管软件框架,其遥测链路协议(AOS Link)、遥控链路协议(TC Link)和星内总线链路协议(1553BLink)等链路层协议都由网络层路由接管,并以软件构件的形式存在。星载数管应用层程序在对数据进行收发时,仅仅调用网络层"发送"和"接收"接口即可,而后台路由程序将根据路由表选择链路层协议下一跳地址和对应的传输服务,实现地面、数管系统和其他分系统之间的数据流转。该框架将底层通信和应用层功能严格分离,大幅度简化了应用层软件设计。     

空间站系统航天器间1553B总线网络的路由机制研究

针对空间站系统多个航天器上多条1553B总线组成的总线网络上的复杂数据交互需求,提出了一种面对用户数据包的集中式高效静态路由机制,可实现航天器内和航天器间各类平台数据的稳定可靠传输。该机制简化了传输层和网络层的协议,通过对应用层数据包进行总线采集和查表寻址实现了一对一路由和组播路由,显著提高了系统资源的使用效率。文章给出数据包应用层协议、路由表配置和路由过程控制方法,并描述该机制在空间站系统的应用验证情况。实测数据表明:与广泛应用的UDP/IP协议相比,采用该路由机制能够明显降低协议开销,提高有效数据传输效率,更适用于多航天器设备间的数据交互。最后,探讨了各类飞船和来访航天器应用该机制实现与空间站数据交互的方法。     

天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化互联网络的信息传输系统。针对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的基于CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)网关协议转换技术,文章提出一种实现天地一体化互联网络的航天器网关的设计思路,即通过研制航天器网关实现IP协议与CCSDS高级在轨系统(AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(QoS)保证方法进行了设计。针对航天器网络搭建了测试系统平台,并对高清图像、高质量话音、计算机数据和遥测数据等网络数据的传输进行了测试,测试中通过航天器网关进行传输的所有网络数据包均无丢帧现象发生,文章提出的IP over CCSDS网关可用于构建天地一体化互联网络。     

基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件设计

为同时满足对于星务管理数据和高速载荷数据的传输要求,国内外的飞行器趋于使用1553B和SpaceWire组合网络来进行星上数据传输。复杂而灵活的数据传输要求使得卫星数据流设计中引入了大量标准协议,同时大大增加了星载数据管理软件的复杂度。对一种基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件的协议体系进行了介绍,通过对协议进行分析,改进了已有的软件框架,形成了一种基于标准协议的分层的软件架构,以空间包为单位实现星内数据交互,实现了软件应用层与数据链路协议的分离。软件实现结果表明,合理的协议分层和有效的接口封装提高了软件的可拓展性和可移植性,有利于软件产品化。     

SCPS-TP在卫星链路上的性能测试及改进策略

给出了在实际卫星链路环境中分别使用空间通信协议标准-传输协议（Space Com-munication Protocol Standard-Transport Protocol,SCPS-TP）、TCP Hybla协议和性能增强代理网关技术（PEPsal）的链路传输速率,并对结果进行了分析和比较,表明SCPS-TP协议在高丢包率、长传输时延的卫星链路中性能最优越;提出了一种基于SCPS-TP协议的空间网络传输层加速方法改进思路,通过增加新的更具针对性的改进型拥塞控制策略,克服其原有的保守型窗口增长模式的缺点以提高链路平均吞吐量。     

基于ARM与ZigBee的嵌入式无线传感器网络网关的设计

针对ZigBee无线传感器网络与传统Internet网络之间进行数据交换的需求,设计实现了一种嵌入式网关,采用S3C2440A ARM芯片与CC2431 ZigBee芯片作为核心,扩展多个功能模块构成硬件平台,软件方面移植Linux作为嵌入式操作系统,Lighttpd作为嵌入式Web服务器,Sqlite作为嵌入式数据库,通过CGI技术实现用户与嵌入式Web服务器之间的数据交互,网关节点中的S3C2440A芯片与Sink节点的CC2431芯片之间采用串口进行通信,具有无线传感器网络的数据管理、存储及远程查询的功能,从而实现了传统Internet协议网络与ZigBee协议无线网络之间的数据交换。     

一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

遥控和遥测包应用标准在航天器中的使用方法

对遥控和遥测包应用标准（PUS）的产生历史、应用现状以及主要特性进行了分析。针对中国航天器中遥控遥测应用层格式不统一、设备和软件无法通用等问题,探讨了在中国航天器中如何使用包应用标准。文章从遥控应用和遥测应用两方面阐述了包应用标准在中国航天器上的应用方法,着重分析了遥控遥测链路协议选择、包应用标准业务选择、遥控遥测包的传输方法等方面。使用包应用标准,将有助于进一步实现遥控遥测系统的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。     

CFDP协议中延迟NAK文件传输时间分析与仿真

未来的深空通信需要一个鲁棒的、有效与可靠的文件传输协议,在研究CCSDS提出的CFDP协议基础上,针对延迟NAK模式提出了一种新的分析方法。在保证吞吐量的前提下,对ARQ定时器优化设置,导出了平均文件传输时间的理论表达式。在单跳直连链路中,对不同条件下的平均文件传输时间进行了仿真与数值分析。仿真结果表明平均文件传输时间与PDU错误概率、PDU数目及单向传播时间等有密切关系。随机仿真与理论分析具有很好的一致性。     

1773光纤数据总线技术与应用研究

讨论了4种光调制技术,利用其中的一种最优方法设计了基于1553B/1773总线的网关电路,并组成含4个站点的无源星型网络拓扑结构的1773总线多路数据传输网进行试验验证。试验结果表明,以光纤替代屏蔽双绞线作为传输介质的1773光纤数据总线能够使1553B总线系统具有更强的性能和更高的可靠性。     

延迟/中断容忍网络技术及其在行星际因特网中的应用

延迟/中断容忍网络(DTN)采用一种新的端到端的覆盖层网络体系结构,是实现行星际因特网(IPN)的一种重要技术途径。文章首先论述了DTN应用于航天的几种网络协议的特点,包括束协议、利克里德传输协议(LTP)、空间数据系统咨询委员会文件传输协议(CFDP)和Saratoga协议,并分析了DTN路由算法的特点和DTN网络软件的实现,然后总结了NASA在遥感、空间站、中继通信和深空探测等任务情景下进行的DTN飞行验证试验的技术特点。针对我国未来天基综合信息网建设的需求,提出了DTN技术在体系结构、汇聚层协议、路由算法和网关节点设计方面值得关注的问题。     

微小卫星星地数据链路层通讯协议的研究和开发

卫星和地面之间的交流通过它们之间的数据通讯来实现。为了实现星地通讯,必须选定双方都要遵守的协议。考虑到星地通信的可靠性和效率,在选择通讯协议时需遵循实用且最简单的原则。参考CCSDS的相关建议和Ax．25协议,开发了一种星地链路层通信协议。纳星一号飞行试验的运行结果表明,该协议具有较高的数据传榆效率和良好的可靠性,可以满足微小卫星的实际通信要求。     

海上无人船自组网随机接入仿真研究*

海上无线通信具有传播环境复杂、多径干扰、信号衰减和时延较大等特点,传统的通信传输系统无法满足无人船之间、岸船之间稳定可靠的通信业务需求。针对海气界面组网观测中以无人船为核心的快速机动组网协同观测任务,研究基于信道感知的无人船自组网随机接入协议,采用优先级机制满足海上环境下网络负载较大时敏业务的低延迟传输需求,为无人船组网观测信息传递提供可靠性和实时性保证。终端采用一发多收机制提高数据传输成功率和网络系统吞吐量。最后,基于OPNET搭建仿真网络模型,从接入成功率、平均端对端时延、系统吞吐量等方面仿真分析所设计的随机接入协议性能。     

SpaceWire星载网络通信协议设计

SpaceWire是ESA和NASA推荐的新一代星载数据总线标准,其应用方向之一是构建统一总线星载网络。星载网络是典型的实时系统,它对网络信息的传输时延具有严格要求。然而,传统SpaceWire网络多源、异步、事件触发的特性使它难以提供确定的信息传输时延,这制约了它在统一总线星载网络中的应用。本文为克服SpaceWire的上述应用瓶颈,提出一种基于时间触发的SpaceWire星载网络通信协议,并提出相应的节点通信调度算法,通过合理的规划使节点在确定的时间窗口发送通信数据,从而避免了网络资源冲突,使信息传输时延的确定性得到保证。     

一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案

针对卫星网络中组密钥管理过程面临的诸多挑战,提出一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案LCGKM。结合卫星网络的多层次结构特点,建立了层簇式组密钥协商网络模型,将高轨道卫星作为组密钥协商发起节点,组成员通过三叉密钥树自主计算出组密钥,有效地减少了组密钥协商过程中的通信开销,增强了方案的灵活性、可扩展性。另外,在组密钥协商过程中,利用双线性对和身份认证技术,确保组成员能够对接受的组密钥信息进行验证,进一步增强了方案的安全性。性能分析表明：方案在满足更高安全需求的基础上,具备通信效率高、计算量小等优点,适用于具有大规模组播需求的卫星网络。     

一种新型实时总线协议及其FPGA设计

对于小规模总线型测控系统,目前国内还没有形成一个完整的通讯规范,因此建立一种完善的实时总线体系结构及其通讯标准就成为一个重要的研究课题;考虑到数据链路层协议对网络的实时特性有重要影响,借鉴工业现场总线Profibus和802.4协议,提出了一种适合小型化控制系统的新型令牌总线模型;详细阐述了这种总线模型数据链路层协议的令牌环生成和维护方式、令牌传递方式以及数据收发方式,介绍了基于FPGA技术实现该协议的具体方法,给出了信息传输时间的理论最大值和实际测试结果;实验结果表明这种低成本、小规模测控网满足了系统实时性要求,达到了预期效果,具有一定的实用性和推广价值。     

Plastic Cubesat: An innovative and low-cost way to perform applied space research and hands-on education

This paper describes the design and the manufacturing of a Cubesat platform based on a plastic structure.The Cubesat structure has been realized in plastic material (ABS) using a “rapid prototyping” technique. The “rapid prototyping” technique has several advantages including fast implementation, accuracy in manufacturing small parts and low cost. Moreover, concerning the construction of a small satellite, this technique is very useful thanks to the accuracy achievable in details, which are sometimes difficult and expensive to realize with the use of tools machine. The structure must be able to withstand the launch loads. For this reason, several simulations using an FEM simulation and an intensive vibration test campaign have been performed in the system development and test phase. To demonstrate that this structure is suitable for hosting a complete satellite system, offering innovative integrated solutions, other subsystems have been developed and assembled.Despite its small size, this single unit (1U) Cubesat has a system for active attitude control, a redundant telecommunication system, a payload camera and a photovoltaic system based on high efficiency solar cells.The developed communication subsystem has small dimensions, low power consumption and low cost. An example of the innovations introduced is the antenna system, which has been manufactured inside the ABS structure. The communication protocol which has been implemented, the AX.25 protocol, is mainly used by radio amateurs. The communication system has the capability to transmit both telemetry and data from the payload, in this case a microcamera.The attitude control subsystem is based on an active magnetic system with magnetorquers for detumbling and momentum dumping and three reaction wheels for fine control. It has a total dimension of about 50×50×50 mm. A microcontroller implements the detumbling control law autonomously taking data from integrated magnetometers and executes pointing maneuvers on the basis of commands received in real time from ground.The subsystems developed for this Cubesat have also been designed to be scaled up for larger satellites such as 2U or 3U Cubesats. The additional volume can be used for more complex payloads. Thus the satellite can be used as a low cost platform for companies, institutions or universities to test components in space.