空间通信协议分析与一体化网络安全问题探讨

目前国际互联网体系结构及其协议虽然取得了巨大成功，但是当面对诸如长延时、多丢失、网络分区或节点生存周期短等环境时运行却不尽人意，尤其在缺乏基础设施或有限电源功率严格约束的空间环境下运行性能大为降低。文章在定量分析的基础上，讨论了空间通信网络的特点，对CCSDS的SCPS协议进行了简要综合分析，并且提出空间网络与地面网络互连时解决安全问题的一种可能途径。     

面向空间通信的DTN一体化传输性能约束研究

相比于地面网络，空间通信链路具有较长的延迟、频繁的中断、较高的误码率及上下行链路非对称等特性，互联网成熟的网络技术并不适用，对网络可靠传输性能的保障提出了挑战。不同于空间IP协议体系方案，针对空间通信链路特性，采用多种传输机制兼容的DTN（delay tolerant networking）协议架构。重点针对链路非对称、和信道误码率等特性，研究对保障可靠传输的TCP和LTP两种传输机制的性能制约，并给出LTP（Licklider transport protocol）机制的跨层包尺寸优化模型。基于半实物仿真平台，构建静止轨道GEO以下的空间通信场景，进行真实数据流仿真，分析链路因素对协议传输性能的影响。仿真结果表明，在近地端误码率和信道非对称比例较小的空间通信场景中，仍可以采用TCP机制保障可靠传输，但对于误码率和信道非对称比例较高的通信场景，应考虑采用LTP传输机制保障通信的有效性和可靠性。     

CCSDS无损数据压缩算法的实现与应用研究

无损数据压缩是航天应用和遥感系统的重要业务之一。对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推荐的数据无损压缩标准进行了分析研究,讨论了其推荐算法的基本原理和编码方法,然后基于DSP(数字信号处理器)实现了该算法并对代码进行了优化。实验结果表明,DSP实现的CCSDS标准的无损数据压缩算法的数据处理速率可达11Mbit/s,可用于那些不需要很高数据吞吐率的星上数据处理任务。最后讨论了CCSDS无损数据压缩标准是如何融入CCSDS体制的星载数据系统中的。     

天地一体化网络地面软网关技术及其应用

对天地一体化网络进行研究,重点对基于IP over CCSDS 协议的天地网关技术进行了分析,在此基础上提出了地面网关软件化技术。文章提出并实现了网关软件化实现过程中关键技术“数据链路层协议解析”和“网络层IP 数据包透明穿越”。与传统地面网关硬件实现相比,该技术具有成本低廉,使用配置灵活,可移植性强的特点,同时,该技术对使用环境和用户数量的变化具有高适应性,具有良好的应用前景。通过视频天地通信实例验证了地面软网关技术的有效性。     

天地一体化网络地面软网关技术及其应用

对天地一体化网络进行研究,重点对基于IP over CCSDS协议的天地网关技术进行了分析,在此基础上提出了地面网关软件化技术。文章提出并实现了网关软件化实现过程中关键技术"数据链路层协议解析"和"网络层IP数据包透明穿越"。与传统地面网关硬件实现相比,该技术具有成本低廉,使用配置灵活,可移植性强的特点,同时,该技术对使用环境和用户数量的变化具有高适应性,具有良好的应用前景。通过视频天地通信实例验证了地面软网关技术的有效性。     

基于ASIC技术的1553B IP核的设计

针对卫星轻小型化的应用需求和现有1553B总线接口设计存在缺陷的问题,提出一种面向航天器综合电子的1553B总线协议ASIC芯片设计方案,并介绍了自主研发的1553B协议IP核设计. 1553B IP核采用自顶向下的设计方法,使用Verilog硬件设计语言进行编程,实现了1553B总线中的总线控制器BC和远程终端RT功能. 分别从1553B IP核总体框架、BC/RT共享模块、BC功能模块和RT功能模块详细介绍了IP核的设计.1553B IP核设计完成模块仿真验证、ASIC芯片系统仿真验证和FPGA验证,通过DDC的1553B板卡对设计进行验证,误码率小于10-9. 实验结果表明,本IP核设计具有可靠性高、可移植性强、资源占用少、实时性好的特点.      

关于CCSDS体制数据安全保护实施位置的探讨

主要阐述CCSDS（空间数据系统咨询委员会）标准的信息安全问题，重点是航天器安全，从分析空间数据面临的安全威胁出发，讨论了CCSDS不同安全实施位置的特点；并在此基础上，通过对CCSDS业务及数据结构的影响对比，总结出不同安全实施方法的优缺点，该结合对于采用CCSDS标准的空间数据系统如何解决信息安全问题，具有一定的参考价值。     

BACnet与Internet的互联

对比分析了目前2种BACnet(楼宇自动控制网络数据通信协议)与Internet的互联技术,即B/IP PAD(BACnet/Internet协议包封装/拆装设备)和BACnet/IP,并指出了这2种技术所存在的问题.提出了一种基于BACnet网关的互联模型,此网关工作在BACnet网络层,需要配置一个独立的IP地址和一个BACnet网络号,同时也必须维护一个对等网关的IP地址与BACnet网络号的本地数据库.该模型通过BACnet网关来完成不同协议之间的语义转换、广播及管理等功能,为BACnet网络与Internet之间提供了统一的网络接口,增强了楼宇控制网络与Internet融合的能力,并大大简化了BACnet网络与Internet的互联过程.在研究此模型的体系结构和工作流程的基础上探讨了该模型的实现方法.     

基于SpaceOS2的TCP/IP网络协议栈移植

航天器专用网络平台是未来航天器组网协同工作完成更复杂任务的关键技术.在操作系统层面需要对其进行有效地支持，以更好地提供给空间应用程序灵活和可靠的数据通讯服务.将伯克利BSD的TCP/IP网络协议栈的基础协议部分移植到航天器嵌入式操作系统SpaceOS2上，用以替代VxWorks操作系统.叙述协议系统中传输层的设计过程和模块接口的移植过程，并给出在SPARC处理器硬件平台上的性能测试结果.     

空间数据系统咨询委员会概况及相关工作建议

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)成立于1982年,2012年是该组织成立30周年.经过30年的发展,CCSDS的工作已由最初的制定基本空间/地面通信标准延伸到制定应用于更多复杂空间任务的空间数据系统标准.     

大容量信息实时传输技术研究

在信道带宽受限的条件下,实现大容量信息的实时传输是面向空间应用的遥科学技术要解决的核心问题之一。提出了将双总线寻址与双Ｂｕｆｆｅｒ相结合的技术结构,从而实现了在规定的传输协议、规定的信息道链路带宽的约束条件下,视频图像的实时无缝传输与主动遥操作。通过一些关键性技术难点的突破,达到了在２Ｍｂｉｔ／ｓ码速率下按ＣＣＳＤＳ（空间数据系统协调委员会）的位流协议在地基上实时复现出高质量的视频图像序列。     

基于CCSDS的遥科学试验台通信链路的概念研究

为了有效地利用空间站资源,提出了遥科学的概念。利用空间站的微重力环境所做的各种科学实验,需要空地间交互地进行通信,空间数据系统咨询委员会（ＣＣＳＤＳ）为这种通信键路制定了一系列标准。着重讨论了遥科学对通信链路的要求,适于遥科学实验的空间数据系统模型以及天基、地基通信系统框图。     

链路统计分析中导出参数概率计算方法研究

为了适应深空探测任务需求，有效利用测控资源，提高链路计算精度，对天地链路统计分析基本方法进行了研究，对CCSDS标准建议的3种链路参数的概率密度函数特性进行了系统分析，提出了一种当链路参数不满足李雅普诺夫（Lyapunov）条件时，利用鞍点逼近估计尾概率函数确定导出参数取值概率的方法。通过理论分析和实例计算表明，采用该方法得到的导出参数的概率分布特性与真实值基本一致，进一步完善了天地链路统计计算方法，使天地链路统计分析方法更具有普遍性。     

相对差分单向测距(ΔDOR)技术在探月工程中的应用研究

相对差分单向测距(△DOR)是一种高精度测角技术,在深空探测任务的高精度测定轨方案中得到广泛应用.介绍了△DOR测量的基本原理及CCSDS(国际空间数据系统委员会)关于△DOR测量的相关标准.针对中国探月工程月面软着陆任务提出的高精度测定轨要求,分析了△DOR测量的信号形式、工作模式以及测量精度,推导了解模糊过程.研究表明,△DOR测角精度达到25nrad,对应到月球上的距离约为10m.     

最新CCSDS图像压缩算法研究与实现

2005年CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推出了一项新的图像数据压缩算法标准,制定算法标准的目的是为了解决有效载荷设备的数据压缩以及如何分段压缩能使地面更好地接收图像数据和解压缩.算法的应用能够减少静态图像的数据量,这样不仅可以降低传输带宽,减少数据存储,而且在给定码率情况下能缩短传输时间,这对空间数据压缩具有重要意义.针对CCSDS最新推出的图像压缩算法进行了研究并对其性能进行了阐述,分析了算法硬件实现的可行性,并将算法软件实现的结果与其他图像压缩算法的实现结果进行了测试比较,结果表明在低码率下压缩性能与JPEG 2000,SPIHT相当,甚至更好,完全符合星载图像压缩在低码率下传输的要求.      

量子科学实验卫星射频信道物理层设计

量子科学卫星有效载荷激光链路需要有一条上下行射频高速通信链路作为激光链路的量子秘钥分发途径.构建了量子科学卫星上下行射频链路的物理层硬件和算法,该链路采用符合CCSDS频谱规范的SRRC-OQPSK作为上行调制类型,上行速率达到1.024Mbit·s-1,下行采用SRRC-OQPSK和GMSK调制,速率达到4Mbit·s-1.经过与多个地面站的对接试验测试,结果表明数传通信机的载波捕获灵敏度优于-100dBm,数据解调灵敏度优于-98dBm,AGC（自动增益控制）能力大于43dB,在-96dBm接收信号电平条件下的实际传输误码率优于1×10-9.在轨试验验证证明,射频信道物理层设计方案满足量子科学实验任务要求.