AOS(高级在轨系统)协议跟踪研

以CCSDS 732.0-B-3为基础介绍AOS协议数据单元、提供的业务、实现过程和管理参数等内容,描述AOS协议在选用SDLS(空间数据链路安全)协议时的AOS传输帧结构、业务、协议实现过程中与SDLS协议的接口实现及特点以及新增管理参数。     

近距空间链路协议概述

近距链路是小范围、双向、固定或移动的无线通信链路,一般应用于无人探测器、着陆器、行星探测器及静止轨道舱之间的相互通信。文章介绍了近距空间链路协议的原理及特性,讨论了近距链路协议的层结构和传输单元（PLTU）的构成,分析了Proximity-1（近距空间链路协议）的业务类型,并对近距链路协议的应用进行了展望。     

AOS虚拟信道复用技术研究与仿真

为有效传输空间数据系统不同业务类型的大容量、高速率数据,AOS中各虚拟信道以时分复用的方式共享同一物理信道,通过对数据类型的分析,设计了一种边界可移动的VIP/同步/异步混合复用方式,并确定了同步虚拟信道和异步虚拟信道的调度策略。从各虚拟信道的吞吐量、剩余量、缓存需求和延时性能角度进行仿真,结果表明该复用技术兼顾了不同业务数据的特征,比全同步复用方式具有更高的复用效率,比全异步复用方式具有更好的公平性,可保证信道合理高效利用。
     

深空通信中提示否定确认型CFDP协议延时估算

为确定空间数据咨询委员会（CCSDS）建议高级在轨系统中CCSDS文件传输协议（CFDP）在深空通信环境中的适应性,研究了CFDP中提示否定确认型文件传输协议（Prompt NAK CFDP）的传输机理。给出了此传输方式的文件传输时延估算方法。分析了误码率、传输速率、协议数据单元的大小与数量,以及提示信息数等对传输时延的影响,获得了深空通信对误码率的要求。研究表明：CFDP可用于深空通信,为其进一步应用和改进提供了参考。     

航天器空间数据链路标准简析

空间数据链路协议是建立统一技术体制,促进航天机构合作,实现航天信息高效共享和充分利用的有效手段,因此研究并构建清晰合理的空间数据链路标准体系具有重大的现实意义。国外标准化组织构建了较为成熟的空间数据链路标准体系并编制了相关标准协议,文章介绍CCSDS （空间数据系统咨询委员会）、 ECSS （欧洲空间标准化合作组织）标准架构及标准内容,按照应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层的不同层次,简要介绍国外的空间数据链路协议标准,并对我国开展空间数据链路标准的研究提出相关建议。     

星上抽样侦听统计自适应多址

ALOHA类协议是实现卫星通信网的信令传输系统多址接入协议。但由于卫星链路传输时延长,当用户站较多、业务量较大时分组冲突率增高,导致上行链路的信道利用率急剧下降及端到端分组传输的时延增大。文章提出了一种新颖的随机竞争多址接入协议—星上抽样侦听统计自适应多址。该协议考虑到卫星链路长时延特点,在星上对上行链路信道进行抽样侦听,以确定出各站最合理的分组发送概率,并通过下行链路广播到各站,以实现发送概率的自适应控制。理论分析和仿真结果表明:该协议可将上行链路的吞吐率提高并稳定到最大值区间附近,使端到端传输时延明显减小,而且其实现简单方便。     

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。     

星间异步通信链路的误码率测试技术

误码率是星间链路通信系统中的一个重要指标。文章提出了适用于星间双向异步通信链路直传、转发模式的误码率测试方法,通过串口一网口转换方案实现了对多节点的星间通信链路进行数据传输误码率检测。设计了双向异步信道传输误码分析算法并利用软件实现,提供对星间链路多种码型、多种传输帧协议的误码率测试功能,能够给出双向异步信道传输误码的详细参数,分析星间双向异步通信链路的误码成因。     

空间站空间因特网与空间通信链路设计

为改善在空间站长期值守的航天员的业务生活,提出建立空间站网吧,为航天员提供因特网服务的构想。为此分析研究空间站空间因特网服务系统及其关键技术,提出空间站空间因特网服务系统构建方案。结合这一系统构建方案,一是研究解决了支持复杂异构网络运行的空间因特网网络协议设计技术,空间站空间因特网直接采用TCP/IP协议,并通过系统设计,较好地克服了TCP/IP协议不能适应空间通信链路的难题,支持采用基于TCP/IP协议的商用货架(COTS)软、硬件产品,可明显降低空间站空间因特网服务系统建设与维护成本;二是研究解决了涉及空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的空间通信链路设计技术,空间站在同一条空间通信链路同时传输空间因特网数据和空间站测控通信数据,空间通信链路采用CCSDS的AOS协议,并通过建立虚拟的物理信道,解决了空间因特网数据和空间站测控通信数据的安全隔离问题,能满足空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的要求。     

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。     

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。     

基于链路聚合控制协议的堆叠网络设计与应用

文章介绍了国内最大卧式空间环境模拟器KM7A的系统网络架构,在该网络中应用了堆叠网络以及链路聚合控制协议(LACP),通过链路聚合控制协议对所有关键设备进行链路绑定,实现了关键设备和数据链路的冗余,大大缩短了主/备试验网络数据链路的切换时间,避免了单链路失效,提升了数据传输链路的稳定性和故障容错性。     

An erasure coding-based loss-tolerant file delivery protocol for deep spacecommunications

In deep space communications, huge delay, asymmetric bandwidth, large BER and packet loss ratio and intermittent link hinder the adoption of terrestrial transmission protocols. To decrease file delivery time, consultative committee for space data systems (CCSDS) file delivery protocol (CFDP) replaces acknowledge (ACK) by negative acknowledge (NAK) and simplifies the procedures of link establishment and link removal. However, feedback information cannot be avoided in CFDP; hence the file delivery performance cannot be further improved. Motivated by the idea of erasure coding, a one-way reliable transmission protocol named loss-tolerant file deliver protocol (LTFDP) that is suitable for deep space long-range file deliveryis proposed in this paper. For LTFDP, if a certain percent of the data segments interweaved by explorers is received, the original data can be de-interweaved successfully by Earth stations; hence reliable transmission is accomplished without NAK or ACK. Obviously, the Earth stations have enough power and memory resources for the iteration process of de-interweaving. In a shorter distance communications scenario such as from the Moon to the Earth, performance of LTFDP is greatly impacted by file size and transmission rate. In contrast, propagation delay is the main factor of file delivery time in a longer distance communication scenario, e.g. from the Mars to the Earth. This paper demonstrated that LTFDP can not only diminish file delivery time greatly and improve goodput by feedback-reduced transmission, but also improve the reliability of deep space communications.     

空间激光通信系统中的信道纠错编码技术

由于空间激光通信系统的信道状态和链路捕获跟踪的不确定性,多种形式的信道纠错编码技术正被广泛发展研究。结合空间激光通信链路中误码性能的主要影响因素,分别选择合适的编码方案进行分析。通过仿真实验可知,对于在大气结构参数为1.5×10~(-14) m~(-2/3)、风速为20 m/s的空地激光链路的环境下,在系统数据速率为2 Gbit/s、要求误码率为10~(-6)时,LDPC码结合交织码相对未编码系统有3 dB的等效编码增益,LT码相对未编码系统有3.8 dB的等效编码增益。提供了一种能快速生成、扩展和校验的编码和交织实现方法,以抵抗大气湍流的快速变化对系统性能产生的影响。     

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。     

真空热试验网络架构的改进

文章针对现有真空热试验网络存在的数据链路可靠性低、发生故障时主/备数据链路切换时间长的问题,提出了一种网络架构的改进方法,即网络核心层采用虚拟交换系统（virtual switching system,VSS）架构,利用以太网通道（multi-ethernet chanel,MEC）方式与汇聚层堆叠设备互联,汇聚层设备到接入层设备利用链路聚合控制协议（link aggregation control protocol,LACP）作链路绑定,实现关键设备和数据链路的冗余,网络单节点或单链路的主/备设备数据链路切换无时延。该架构已在真空热试验网进行了验证,运行效果良好,达到预期效果。     

星载高速SerDes电路的设计与实现

针对目前我国空间探测任务中海量数据传输的迫切需求,提出了一种星载高速数据传输技术的解决方案。论述了方案的总体设计结构和关键模块的实现,制定了一种可靠易实现的链路传输协议,并给出了收发方向上的后仿真波形。系统联试验证了4通道点对点之间的SerDes接口数据传输速率达到了2.4Gbps,并且具有很好的带宽扩展和抗干扰性能。在星上有效载荷数据传输系统中具有广阔的应用前景。     

一种基于CCSDS AOS的星上数据系统仿真分析

高级在轨系统 (AOS,Advanced Orbiting System)是空间数据系统咨询委员会(CCSDS,Consultative Committee for Space Data Systems)制定的关于空 -空和空 -地的数据管理系统。文中在详细分析 CCSDS AOS协议的基础上 ,应用这一协议设计了一种星上数据处理系统 ,它的功能是把不同类型、不同速率的数据进行封装 ,形成统一的虚拟信道数据单元 (VCDU ,VirtualCode Data Unit)格式 ,然后通过信息处理模块 ,把各条虚拟信道上 VCDU复接成连续的数据流。在信息处理模块中 ,设计了一种 VCDU转换算法 ,根据各信道的数据流的速率来分配相应的时间。仿真表明 ,这种算法能保证各虚拟信道能高效、公平地共用同一条物理信道。     

空间数据系统发展的三个阶段

提出把空间数据系统的发展历程分为三个阶段：第一阶段是面向信道传输,主要解决数据如何在空间链路上有效可靠传输;第二阶段是面向数据源,主要解决如何自适应不同数据源的传输要求。这两个阶段的技术已经成熟并应用。文章预测,空间数据系统将走上第三阶段,即面向数据用户的体制,到那时用户可以根据自己的需求,主动从空间分布式数据库中获取数据。文章重点阐述了第三阶段的新概念设想,它的第一步是云遥测,然后进一步建成支持交互的空间云数据系统。