延迟中断容忍网络路由技术综述

延迟中断容忍网络(DTN)是针对极端环境下无稳定端到端连接应用场景的一种网络架构。首先分析DTN逐跳传输、能力受限、场景复杂等主要网络特性。然后对比分析了转发、复制、效用、社会、编码五种路由要素,及其代表性DTN路由算法的性能。最后对典型路由算法进行性能对比,并指出如何对DTN路由算法进行评估和选择。通过技术综述为DTN路由算法研究提供参考。     

DTN协议在空间信息网络中的应用研究

针对空间信息网络具有的子网异构、拓扑易变、链路传输延迟大、误码率高等特点,研究了适用于其中的延迟/中断容忍网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN)协议。首先阐述了CCSDS DTN协议应用于空间网络互联服务的体系结构,介绍了当前支撑空间DTN应用的Bundle、LTP等多种主要的空间信息传输协议及其特性。针对我国空间信息网络的特点,分析了我国现阶段对CCSDS DTN协议体系的应用需求,提出了适于我国实际的基于CCSDS DTN的空间信息网络协议体系设计构想,同时给出了火星探测场景实例;最后搭建了网络实验仿真平台,用以验证分析DTN相关协议在空间通信中的有效性和优越性。仿真效果直观可信,可为我国空间信息网络建设提供仿真依据和理论参考。     

面向空间容迟容断网络的路由算法研究

将空间网络作为一种典型的容迟/容断网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN),同时利用空间网络星座拓扑的规律性和可预见性,通过构造链路通断时间图,快速建立虚拟拓扑路由表;针对路由过程中可能出现的链路中断问题,设计了拥塞控制机制、正常中断机制和链路失效机制来提高路由效率;在The ONE网络仿真平台中对提出的时间图路由算法(Time-GraphRouter)进行了仿真,并与传染路由(EpidemicRouter)、转发等待路由(SprayAndWaitRout-er)、预测路由(ProphetRouter)三种路由机制进行了对比。仿真结果表明,文章提出的路由算法的平均投递率达到了0.98以上,综合性能优于其他三种路由算法。     

深空DTN网络中LTP协议的额外传输开销优化

针对深空延迟/中断容忍网络(DTN)能量资源有限,而利克里德传输协议(LTP)段大小对额外传输开销影响明显,需要确定最优的LTP段大小的问题,文章分析了深空DTN网络的数据传输过程,利用深空DTN网络中额外传输开销的数学理论模型,通过求导的方法计算出了LTP段大小的最优值,并得到了最优化问题的解析解。数值仿真结果表明:通过解析解表达式得到的LTP段大小的最优值与该最优化问题的数值解重合,在深空通信时采用此方法,可快速精准地选择LTP段大小,也可大幅减小额外传输开销。     

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。     

适用于集群无人机自组网的路由协议研究及仿真

集群无人机利用自组网技术可以实现无人机之间信息的高速共享,以自主化和智能化的方式协同完成作战任务,极大地提高作战效能。针对集群无人机网络节点数量多、拓扑结构变化快的特点,提出一种基于簇结构的、地理信息辅助的自组网路由协议(GACB),通过对基于权值的分簇算法(WCA)进行改进,提高了簇结构的稳定性,引入地理位置辅助的贪婪转发方式,减小了簇结构网络的路由开销。仿真结果表明,与传统的CBRP协议和AODV协议相比,GACB协议的控制开销分别降低了约30%和50%,分组投递率分别提高了约10%和15%,路径断裂次数分别降低了约60%和70%,端到端时延分别缩短了约2ms和1ms。     

高性能视频编码算法在高速DSP平台上的实现与优化

为满足卫星应用领域对视频图像实时传输与存储的要求,针对目前无线传输中面临的带宽有限、而又要求良好图像质量、实时性强的矛盾,文章研究了如何在DSP(数字信号处理)平台上实时实现一种高保真、低码率的视频压缩算法。首先给出了该高性能视频压缩算法的基本原理及特点,并介绍了该算法实现的硬件平台;然后重点对该视频压缩算法在TMS320C64X系列DSP上的实现和优化的关键技术进行了探讨,如双缓存并行处理技术、算法优化、代码优化技术等,并提出了一种运动估计快速算法——ATBDS算法;最后通过实验,对该视频压缩算法优化前后的性能进行了对比,也将该算法与MPEG 4的性能进行了对比,说明该视频压缩算法及其优化技术取得了良好的效果。     

基于异步通信链路的AFF星间基线测量技术研究

星间基线的精密测量是自主编队航天器(AFF:Autonomous Formation Flyer)实现多星协同任务的关键技术.基于CCSDS Proximity -1协议,提出一种在AFF下星间全双工通信链路中利用双向异步传输帧实现非相干扩频测距和时间同步的方法,给出算法的计算公式和理论误差模型.技术验证系统的实验结果表明提出的方法性能指标先进、信道资源利用率高、功能集成度高.     

深空接收机同步算法设计及实现

针对深空通信链路信号衰减大、传输时延长并存在大多普勒频移的特点,提出了一种基于CCSDS协议标准接收信号的同步算法,采用Costas反馈环进行载波同步,利用早迟门恢复定时时钟,通过相关性检测帧头解决相位模糊问题,最后对相位误差进行估计并补偿。在此基础上,设计并实现了适合于现场可编程门阵列(FPGA)定点运算特点的同步简化等效电路。基于Xilinx FPGA平台的实测结果表明,文章同步算法的硬件电路实现简单,在15dB信噪比的高斯白噪声情况下能较好地实现时间、频率的跟踪与锁定,可为未来深空接收机的优化设计提供有益参考。     

CCSDS空间链路层协议识别技术研究

针对空间链路层通信协议在合作目标和非合作目标两种背景下的应用情况,提出一种适合于CCSDS协议识别的方法。详细分析了协议识别技术的实际研究现状,介绍了CCSDS协议特征提取方法和特征模型建立算法,并利用多类型仿真数据和实际航天任务数据为样本检验了算法可行性,得出了误码率对识别效果的影响关系。研究成果对空间信息对抗中的协议识别技术研究具有借鉴意义。     

我国天基综合信息网构想

阐述了天基综合信息网的定义、组成和特征;介绍了美国和欧洲天基综合信息网的研究情况;提出了我国天基综合信息网的体系架构,其中包含通信卫星、导航卫星、遥感卫星、载人飞船等航天器和临近空间各种飞行器,以及地面系统。分析了该网络的特点和可用的网络协议结构;探讨了该网络的组网结构、网络协议、服务质量(QoS)路由、网络管理、网络安全防护、激光通信和星载处理交换等多项关键技术。依据国情,提出了我国天基综合信息网构想。此构想采用双层(地球静止轨道和低地球轨道)通信卫星星座和导航卫星星座,实现全球全时覆盖空间层航天器、临近空间层飞行器和地面层各种用户终端,通过星间链路、星地链路和地面线路组成一个空天地一体化的全球信息网络。在国外不设地球站的情况下,该网络可实现:国内测控站测控我国全球运行的卫星;国内遥感站实时接收我国全球遥感卫星发送的信息;国内关口站管理我国授权的全球用户站之间的互通信息。最后,提出了开展我国天基综合信息网的可行性研究建议。     

SpaceFibre星载网络服务质量实现研究

为实现SpaceFibre星载网络中短时间内大量实时数据流的可靠传输，满足不同空间任务的服务质量(QoS)要求，提出一种基于二进制序列调度的新算法。该算法根据星载网络中的不同流量特征生成对应的二进制调度序列，可以很好地解决复杂数据流量的调度与不同数据流量带宽需求之间的权衡问题，实现了SpaceFibre协议框架下的QoS功能。最后给出了算法的延时性能分析与实例仿真，结果表明由该算法生成的二进制序列调度机制在传输时延上有着较好的灵活性和确定性。     

天基综合信息网络构想

论述了天基综合信息网络的定义、分类、特点和总体构想，着重对天基遥感信息网络的网络结构、传输方式、多址方式、传输链路的建立和保持、信息处理方式、传输协议、系统容量等问题进行了分析，提出了明确的见解和需要解决的关键技术课题。     

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。     

空间信息对抗装备体系研究

空间信息对抗装备体系是完成空间信息对抗作战任务的所有对抗装备及系统的总称,即在空间信息对抗战场中所能够使用的一切装备,涵盖外层空间、空中、地面、海上以及整个信息网络。利用系统分析的方法,在详细分析空间信息对抗作战特点和作战原则的基础上,重点开展了空间信息对抗装备体系的构成及各部分作战性能研究,建立了空间信息对抗装备体系组成框架,并分析了空间信息对抗武器装备发展趋势。     

空间网络对抗研究

网络安全关系国家安全、社会稳定和人民利益,网络发展伴随网络对抗的展开,网络战是一种异常激烈的特殊形式的“战争”。从网络对抗的概念出发,介绍空间信息网络的发展,分析空间信息网络的特点,探讨空间网络对抗的途径,最后梳理空间网络对抗的关键技术。     

美国转型通信体系研究

2002年初,美国国防部发起了针对政府通信卫星的转型通信研究（TCS）,以加快具有先进技术水平的高级通信能力交付到战场的过程。同年年底成立了转型通信办公室（TCO）,同步、协调和指导美国转型通信体系（TCA）的开发。转型通信体系涉及美国众多政府机构,主要包括国防部、情报界和国家航空航天局。其目标是消除通信的限制,通过协调、有效地开发和部署空间和地面独立、兼容、互操作系统,构建未来20年政府空间通信体系。TCA文件至今已经发展了3个版本,经历了多次变动和改进。文章介绍了TCA的定义、目的、范围和组成,分析其发展演进过程,总结其经验教训,最后给出几点结论与启示。     

基于TmNS的运载火箭天地一体化测控网络研究

为满足运载火箭日益增长的测控需求，网络化测控成为未来运载火箭测控的必然趋势。通过研究IRIG 106-20国际遥测标准中TmNS标准特性、协议栈以及系统架构，提出了基于TmNS的运载火箭天地一体化测控网络的新概念，给出了测控网络系统架构、各部分组成及功能，并对其中涉及的TmNS数据消息传输协议、RF网络接入层协议、TMoIP协议、数据包遥测技术等关键技术进行研究，提出了可行的实现方案，为今后我国新一代运载火箭天地一体化测控通信奠定技术基础。     

适用于天地一体化网络的无证书密钥协商协议

为了保证天地一体化网络中用户信息的传输安全,改进传统方案的高时延等问题,本文提出一种轻量级的无证书密钥协商方案。首先,本文分析无证书密钥协商协议系统模型,针对天地一体化网络的特点提出协议需要满足双向认证、抗重放、完整性等安全需求。其次,本文选择一种轻量级的无证书加密方案,在此基础上提出密钥协商协议,满足天地一体化网络的资源和安全要求。最终,本文对提出的密钥协商协议进行BAN(Burrow-Adadi-Needham)逻辑安全性分析,并结合软件对协议性能仿真进行比较,结果表明：该方案在满足网络安全性需求的同时实现高效快速的协商。     

开放式超高速空间智能数传系统研究

开放式超高速空间智能数传系统具有针对超高速载荷数据输入、基于开放式架构设计实现在轨智能信息处理的特点。文章中研究超高速复杂数据流控制与路由交互技术,采用具备空间环境适应性的高可靠光电模块等高速传输接口,先进的星型路由处理拓扑架构,制定统一数据标准协议,构建开放式超高速星载处理系统平台的方法。通过平台集成共用、架构在轨重构、软件上注更新方式实现各种先进智能处理算法应用。研究多源数据分类存储和管理技术,解决了海量多组高速数据存储和检索问题,满足高达数百Tb的超大数据存储检索能力。通过设计仿真和试验验证了系统功能性能。实现了具有数百Gbps高实时性载荷数据信息处理能力、灵活空间智能处理功能和开放式架构的新型空间智能数传系统。