面向高级在轨系统的动态服务质量保证方法研究

AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)已经逐渐被各国空间组织采用,随着空间任务的发展趋势更多样化和复杂化,对AOS的QoS(Quality of Service,服务质量)也提出了更高要求.针对AOS服务质量的提升需求,提出了一种虚拟信道优先级策略,使用大容量缓存结合数据压缩动态策略和遥测数据抽帧策略相结合的QoS保证方法,通过分析返向链路带宽与航天器遥测用户带宽的裕量,可以动态调整QoS保证,以适应不同应用环境下的航天器AOS的QoS保证需求.通过模拟不同的工况进行仿真试验,结果表明,该AOS服务质量保证方法适用于返向链路带宽裕量充足和不足的工况,比传统的全同步策略和同步异步结合策略拥有更广泛的适应范围.     

CCSDS建议在某新型航天器测控中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的AOS(高级在轨系统)数据传输机制和TM(遥测)信道编码,较好地满足了某新型航天器遥测功能服务于多数据源、信号格式采用帧结构以及链路采用高性能信道编码的要求。某新型航天器测控采用AOS建议的插入业务和位流业务专用虚拟信道分别解决了多个不同特征数据源的遥测数据等时传输问题;采用CCSDS建议的传送帧结构满足了非相干测量功能对下行信号的要求;同时参考CCSDS遥测同步和信道编码建议中Turbo码的码型设计和码块同步方法,完成了下行链路高性能信道编码设计。     

一种新的USB系统调制指数优化算法

针对深空USB(统一S频段)系统下行链路的功率分配问题,提出了基于余量等均准则的调制指数优化算法,并给出了算法的理论证明。根据工作方式的不同,将下行链路分为仅有遥测信道、仅有测距信道和同时存在遥测与测距信道3种情况,并设定链路预算余量相等,其中在仅有遥测、仅有测距信道的情况下,根据余量等均准则可确定调制指数的最优值;在同时存在遥测与测距信道的情况下,需要增加约束条件,以进一步缩小并限制调制指数的取值范围。最后仿真结果验证了该准则的有效性。     

IP over CCSDS/AOS空间通信QoS保证方法

首先分析空间通信体系发展趋势,提出基于IP over CCSDS/AOS的空间通信模型。在分析总结了地面网QoS(服务质量)机制和AOS(高级在轨系统)虚拟信道调度机制的基础上,提出一种IP(互联网协议)网络层区分服务与数据链路层AOS虚拟信道动态调度相结合的QoS保证方法。该方法将网络层的业务等级划分映射到AOS的虚拟信道分配算法中,并在此基础上实现AOS虚拟信道的动态调度,提高包括话音、视频在内的综合业务在空间链路传输的性能。     

CCSDS空间网络互联协议发展及启示

空间互联网将是由各种区域网构成的复杂异构网络,为了使其能够逐步实现自动化运行,网络效益得到最大程度的发挥,须做好网络互联的顶层规划与设计,并开发具体的标准技术.根据近年CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)发布的建议书,以及相关工作组的项目规划情况,介绍了SSI(Solar System Internetwork,太阳系互联网)体系结构、IPoC(IP over CCSDS space links,在CCSDS空间链路之上承载IP),以及DTN(Delay Tolerant Networking,容延迟网络)等标准项目.从CCSDS空间网络互联技术的发展历程不难得出结论:我国未来空间网络互联应注重区域网之间互联的顶层设计;区域网内部各子网之间的互联技术应选择以航天任务需求牵引为主;DTN将在区域网之间互联以及区域网从简单到复杂发展中都发挥重要作用.     

基于冗余连接机制的SLE网络协议体系模型

CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)SLE(Space Link Extension,空间链路拓展)网络协议体系模型中,一个服务实例只支持建立一个物理通信链路,造成上层应用与下层链路耦合过强,存在一定的安全隐患。针对此问题,设计了基于冗余连接机制的SLE网络协议体系模型,该模型在现有的SLE网络协议体系模型中增加了逻辑连接层,支持单一服务实例同时使用多个物理链路进行空间数据传输,可根据多连接状态重新设计TML(Transport Mapping Layer,传输映射层)状态变换关系以及数据传输模式。该模型能够兼容现有的SLE网络传输体系模型,提高SLE服务的可靠性。     

面向FPSS的通用星载NandFlash存储器设计

由于星上遥测数据量及应用需求的增加,传统的简单存储回放存储模式满足不了新指标、新功能的应用要求。因此面向CCSDS(空间数据系统咨询委员会)中的FPSS(文件和包存储服务)要求,通过研究NandFlash存储、YAFFS(Yet Another Flash File System)文件系统及SOIS(航天器星载接口业务)的FPSS服务等技术,提出面向FPSS服务的未来卫星平台通用星载NandFlash存储器设计方案。该方案为上层应用软件提供文件/包存储服务,为其他分系统提供基于总线的网络文件/包存储服务。具有层次化、模块化的特点,可以作为通用存储平台满足未来采用SOIS业务的各种卫星的应用需求。     

基于多令牌协议航电WDM光环网波长分配方法

 针对航空电子光网络的实时性问题,建立了航空电子波分复用(WDM)环网模型,以实时消息流矩阵作为网络的输入,依据静态光网络最小化波长数目的优化目标,提出了一种基于多令牌协议的光网络波长分配方法,并推导了航电光网络中光通道的端到端传输时延计算公式。通过对理论计算和仿真结果的分析,此协议下的波长分配方法在网络中可以实现波长重用,比传统环网的波长数目平均降低了58.1%,优化了波长数目,并且多令牌控制协议满足航空电子网络对消息实时性的要求。此方法对于航空电子光网络的设计与性能分析具有参考价值。     

星间链路数量受限的导航卫星网络链路分配问题

对星间链路数量非常有限、需要同时满足星间测距和星间通信需求的导航卫星网络的链路分配问题进行了研究。首先,分析了导航卫星网络的特点,并设计了一种基于有限状态自动机(FSA)的拓扑处理机制。然后,将星间测距需求作为一个约束,以星间通信的延时性能为优化目标,将导航卫星网络的链路分配问题建模为一个多目标优化问题。最后,针对建立的多目标优化问题,分别提出一种基于首次改善(FI)的本地搜索算法和基于模拟退火(SA)的启发式优化算法以对链路分配问题进行求解,并提出一种基于分支交换策略的新链路分配生成方法。仿真结果表明,通过FI算法和SA算法获得的优化链路分配的网络延时性能均得到了改进,且SA算法的性能要优于FI算法;同时,FSA的状态持续时间的减小有利于获得网络延时性能好的链路分配。     

基于网络编码的空间DTN中CGR改进算法

随着空间通信技术的发展,卫星节点的增多,以及容延迟容中断通信需求的不断提高,空间DTN (DelayTolerant Network,容延迟网络)环境中各通信节点间的路由技术日益重要,相继出现了多种适用于DTN的路由技术.基于空间DTN的结构与特点,对CGR(Contact Graph Routing,接触图路由)算法以及基于编码的路由算法进行了分析比较,然后针对空间DTN中CGR算法的缺点和不足,研究提出了基于NC(Network Coding,网络编码)的空间DTN中的CGR改进算法(NC-CGR),并通过仿真实验平台对算法性能进行了分析评估.仿真结果表明,相比于CGR算法,NC-CGR算法在链路传输时延、传输包裹数目、中继缓存大小、链路丢包率等不同条件下的适应性方面均表现出较大优势,更适用于具有复杂拓扑、带宽受限、高动态特性的空间DTN环境.     

基于SNMP的链路层拓扑自动发现算法研究

随着局域网交换技术的发展,链路层拓扑发现变得越来越重要.链路层拓扑指的是一个通讯网内部实体的物理实际链接,即子网内交换机到交换机、交换机到路由器、交换机到主机之间的连接关系.准确自动获取链路层拓扑图是完成许多重要网络管理任务的前提.该文在借鉴已有基于SNMP MIBII链路层拓扑自动发现算法的基础上,最终提出了一种新的基于SNMP的链路层拓扑自动发现算法,减少了算法的运行时间,提高了算法的效率和性能.     

面向多层次网络拓扑发现算法的研究

以往的拓扑发现算法只关注网络层设备的拓扑发现,而忽略数据链路层的设备,提出一种面向多层次的拓扑结构发现算法,该算法在发现网络层设备的基础上又发现了链路层的设备,并经过优化提高了算法的效率。     

民用飞机航电数据网络带宽资源分配优化设计

民用飞机航电数据网络在设计过程中,通过对带宽资源的合理分配,来满足网络成员系统的数据传输需求。而在设计过程中,存在因网络带宽需求分布的非均匀性等因素造成的局部带宽资源不足的问题,因此需要在初步带宽资源分配结果上进行局部优化设计。提出一种通过网络带宽资源使用率最高的链路和端系统进行识别,以及进行针对性物理链路连接关系调整,从而实现降低交换机之间链路带宽资源使用率的方法。通过网络仿真对该方法的优化效果进行了分析,发现这种方法能够降低网络局部链路的较高带宽资源使用率,单轮优化的有效降幅超过15%。该网络带宽资源分配优化设计方法,一方面能够有效解决因飞机网络局部带宽不足问题,降低由此导致的网络拥堵、排队、丢包等风险,确保网络确定性;另一方面还能尽量保持当前分配结果,减少设计优化变更对网络时延性能和网络布线方面的影响。     

Ergodic sum rate for uplink NOMA transmission in satellite-aerial-ground integrated networks

The application of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) technology into satellite-aerial-ground integrated networks can meet the requirements of ultra-high rate and massive connectivity for the Sixth-Generation (6G) communication systems. We consider an uplink NOMA scenario for such a satellite-aerial-ground integrated network where multiple users communicate with satellite under the help of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) as an aerial relay equipped with a phased array. Supposing that buffer-aided decode-and-forward protocol is adopted at the UAV relay, we first formulate an optimization problem to maximize Ergodic Sum Rate (ESR) of the considered system subject to individual power constraint and quality-of-service constraint of each user. Then, with known imperfect channel state information of each user, we propose a joint power allocation and robust Beam Forming (BF) iterative algorithm to maximize ESR for the user-to-UAV link. Besides, to take the advantages of Free-Space Optical (FSO) and millimeter Wave (mmWave) communications, we present a switch-based hybrid FSO/mmWave scheme and a robust BF algorithm for the UAV-to-satellite link to achieve higher rate. Moreover, a closed-form ESR expression is derived. Finally, the effectiveness and correctness of the proposed solutions are verified by numerical simulations, and the performance evaluation results show that the proposed solutions not only achieve performance enhancement and robustness, but also outperform the orthogonal multiple access significantly.     

甚高频空地数据链的通信链接控制模式分析

通信链接控制模式与甚高频 ( VHF)空地数据链的性能、系统容量和系统冗余度密切相关,采用嵌入式马尔可夫模型,详细分析了目前正在使用的两种典型的通信链接控制模式对空地数据链性能的影响,进行了计算机仿真,对分析结果进行了比较研究,并以此提出一种有效的新型通信链接控制模式。     

Spacecraft telemetry link performance in a transfer orbit

There are several critical periods early in the mission of a geo-stationary communication satellite. The first is the period from launch vehicle ignition until the upper stage final successful burn. The second is after the above span until the vehicle reaches its final altitude of a synchronous orbit. For a nominal low thrust apogee boost ascent subsystem during that later time, almost continuous telemetry is mandatory. This is especially true during the crucial periods of main engine burns and attitude correction phases. Maintaining a strong telemetry link throughout this phase requires an adequate RF signal link from the spacecraft to a ground station in the telemetry RF channel. An analysis of this link performance during each orbit until final position has two major aspects. One, the location of the spacecraft in relation to the ground tracking station at each moment in the mission is a matter of geometry and Keplerian physics. The other is the RF signal and its supporting subsystems, both on the ground and aboard the vehicle. The fundamental theoretical considerations or both the orbit parameters and radio link components are examined and then the individual parameter sensitivities are analyzed. Next, a nominal cast for a generic mission is studied. This survey considers the telemetry performance during each major stage of the flight from the launch through the transfer orbit to the postinjection period to the final orbit. Then abnormal situations due to both orbit and RF faults are examined. Finally, some design and operation concepts which may lessen the impact of the previous anomalies, are presented     

基于RBFNN自适应混合学习算法的航天测控系统任务可靠性分配

为解决执行航天测控任务的各设备存在复杂的时空关联、可视与信息关联等动态约束关系,使得航天测控系统任务可靠性分配建模和分析极其困难,同时模型求解效率低的问题,提出了自适应混合学习算法的径向基神经网络建模方法.算法通过训练样本相关性矩阵的主成分分析确定网络隐含层初始节点数;在此基础上,利用梯度信息衰减因子改进了迭代过程中网络参数的梯度信息计算方式,避免了学习过程早熟的不足,且加快了迭代收敛速度.最后,通过采集航天测控系统输入-输出数据,将自适应混合学习算法应用于参数训练,并给出了具体实现步骤.通过算例仿真,表明算法在解决航天测控系统任务可靠性分配问题时具有较高泛化能力和分配结果稳定等优点.      

通信约束下异构多无人机任务分配方法

针对异构多无人机协同执行侦察和打击任务中,存在通信距离、时间延迟等约束条件下的局部任务分配问题,提出了一种基于合同网的分布式多无人机任务分配方法。首先建立了异构集群发现新目标时的局部任务分配问题模型,设计了局部无人机通信网络中的信息一致性算法,实现了任务分配过程中任务发布阶段各无人机的冲突消解。设计了任务分配过程中的联盟构建和无人机资源管理方法,使联盟中各无人机能够以更加平衡的方式消耗资源。仿真结果表明,该方法能够解决通信约束下,异构多无人机执行察打任务时,所触发的针对目标打击任务的任务分配问题,且能够获得最大的系统效能。     

实时高可用测控集群管理控制节点设计

为提高飞行器试验任务中的实时测控数据处理能力,满足高并发、大容量、强实时、高可靠的试验数据处理需求,基于实时操作系统建立了一个计算功能强大、实时性强、可靠性高的测控集群系统。为实现实时测控集群系统的原型开发,通过研究负责节点管理和任务分配的集群管理控制节点的功能,分别对系统监控软件、负载均衡软件和人机交互软件的详细设计方法开展了研究,重点解决了节点信息收集、任务分配、负载均衡、双工冗余热备份、人机交互、节点控制等技术难题,保证了实时测控集群系统的实时性和可用性,为系统软件原型开发奠定了技术基础。