空间信息传输TCP扩展协议研究与性能分析

在TCP协议基础上,着重研究了CCSDS建议的SCPS-TP协议,该协议是TCP协议在空间链路传输环境下的扩展协议,能够在一定程度上解决空间信息传输面临的高误码率、非对称信道、链路容量受限、链路中断等问题。通过搭建空间信息传输网络仿真环境,本文还对2种传输协议进行了协议性能仿真及比较分析,结果表明SCPS-TP协议适用于空间通信环境下的可靠数据传输。     

SDL在空间通信协议开发中的应用

针对空间通信协议开发难度大、代价大的问题,提出了基于协议工程思想利用SDL(规范与描述语言)对SCPS-TP(空间通信协议规范-传输协议)进行开发的方法,包括SDL建模、仿真和验证。首先对SCPS-TP进行了功能分析,确定功能点和状态机,并据此利用SDL建模;接着对模型进行实时仿真,测试其正确性,通过调试保证所有功能通过仿真;最后对模型进行了验证。验证结果表明,SCPS-TP不存在死锁、活锁等逻辑错误,为其在空间通信中的应用提供了有力支持,同时也说明了SDL在空间通信协议开发中的重要应用。     

基于网络编码的空间DTN LTP协议改进

随着空间通信技术与应用的不断发展,空间DTN (Delay Tolerant Network,容延迟网络)中节点之间数据传输的重要性日益明显。针对空间DTN的可靠信息传输需求,首先介绍了空间DTN的特点及信息传输协议体系,并对LTP (Licklider Transmission Protocol,立克里德传输协议) 进行了重点分析。然后针对空间DTN中LTP协议的缺点和不足,研究提出了基于网络编码的空间DTNLTP传输协议改进策略——NC-LTP协议,并通过数学仿真对算法性能进行了分析评估。仿真结果表明,相比于LTP协议,NC-LTP协议在不同信道传输时延、不同丢包率等条件下的适应性方面表现出较大的优势,因此NC-LTP协议更适用于具有高动态特性、高信道误码率、带宽受限的空间DTN环境。     

深空通信中CFDP协议应用优化分析

在对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的CFDP(CCSDS文件传输协议)工作过程和延时性能进行分析的基础上,提出深空通信环境下,适用于工程实际的协议传输效率优化目标。针对提高传输性能进行参数优化分析,并给出了获取最优化的PDU(协议数据单元)长度的方法。仿真分析了传输文件数据量、距离、误码率、带宽等任务和环境因素对CFDP协议实际使用效果和最优PDU长度选取的影响。仿真结果表明,根据具体的任务和环境条件使用分析优化后的PDU长度参数,可以使CFDP协议达到更高的实际传输效率。     

基于SCPS协议的天地一体化网络加密设计

分析未来空间科学试验、载人航天工程等对空间通信信息化加密需求,提出天地一体化网络的典型应用模式。针对这种模式提出基于SCPS-SP(空间通信协议规范-安全协议)和IPSec(互联网安全)协议的天地一体化信息加密设计。这种一体化的设计可以有效解决地面网络和空间子网信息的整体加密、完整性验证和认证问题。     

深空通信中继文件传输协议设计

深空通信极远的传输距离导致链路误码率高,使文件的可靠传输需要较多的重传次数,而其传播时延长的特点,进一步加大了文件传输时延。研究以CCSDS(空间数据系统咨询委员会)文件传输协议的存储-转发机制,提出一种R-CFDP(中继型CFDP协议),设计了3种中继"存储-转发"策略,并数学建模推导了R-CFDP协议的文件传输时延理论计算式。仿真证明R-CFDP协议相对于CFDP(CCSDS文件传输协议)协议在传输时延方面具有优势。     

空间互联网协议体系研究

随着技术的发展,航天测控的概念将发生变革,传统的测控功能将逐步演化为通信与导航。对于新体系架构中的通信部分,空间互联网是一种有效的解决方案。本文按照协议分层的原则,针对空间任务的特点和需求,对可能应用于空间通信环境的各类协议进行了系统比较和基于OPNET(优化网络工程工具)的仿真分析,在此基础上提出了一种空间互联网协议体系建议。     

基于FPGA的IP over CCSDS设计与实现

首先介绍了TCP/IP(传输控制协议/网际协议)技术和CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的应用背景,从天地网络一体化和未来空间站与地面交互式通信系统需求的角度出发,提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的IP over CCSDS处理方法。详细描述了IP over CCSDS软件的实现方案和技术特点,并对其进行了测试和结果分析。     

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.     

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。     

专用IP网端到端QoS保证方案研究

用于航天测控通信的专用IP网实现了话音、图像、数据等多种业务的综合传输。随着流量的增加,网络发生拥塞的可能性也逐渐增大。如何避免拥塞,确保重要数据高实时、高可靠的传输已成为了必须深入研究的课题。本文介绍了IntServ和DiffServ模型,分析了专用IP网的QoS要求,提出了端到端QoS保证方案。最后搭建了实物环境,对方案进行了实验验证,结果表明,使用QoS保证技术后,重要业务数据的实时性和可靠性得到了较好的保证。     

近距-1协议在星间测距中的应用

针对近距航天器测距的需要,将CCSDS(空间数据系统咨询委员会)近距-1协议的定时业务与微波双向单程测距法相结合进行测距。该法以直序扩频技术来获得高精度传输帧ASM(附属同步标识)最后1位下降沿的时刻,并以时间码形式,通过帧数据域在测距星之间相互对传,综合考虑协议给出的信号物理特性,对所给出的方法进行了误差分析。分析表明,航天器之间距离不远,相对速度不大时,该法具有较高精度,且与数据通信共用1套设备,降低了成本。     

IP over CCSDS空间组网应用浅析

建立天地一体化的互联网络,实现任意时刻任意两点之间的端到端通信,是空间数据系统发展的必然趋势。CCSDS(空间数据系统咨询委员会)针对空间互联网业务,于2010年4月发布了CCSDS 702.1-R-4,提出了IP over CCSDS最新推荐方法。本文根据CCSDS空间互联网业务空间链路工作组的研究,阐述了在CCSDS空间数据链路协议中承载IP数据报的实现方法、服务及业务接口,并探讨了未来基于IP over CCSDS的空间网络结构。     

同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK技术

介绍了一种同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK(高斯最小偏移键控)技术,分析了其调制及解调原理,推导了相关调制、解调及频谱公式,并与UQPSK(非平衡四相相移键控)体制进行了比较。通过对其频谱及误码性能的仿真分析得出,在非线性信道和高码速率下,基于GMSK体制的遥测和伪码测距系统比基于UQPSK体制的系统在包络恒定和频谱利用率方面具有明显优势。     

神经网络在高空长航时无人机翼型多点优化中的应用

NSGAII算法在翼型多点设计中有着广泛的应用价值,然而其巨大的计算资源和计算成本限制了它的使用。为了解决这个问题,本文引入具有较强非线性映射能力的神经网络代理模型,采用实验设计结合BP法训练神经网络响应面来代替N-S方程求解翼型的性能。在实验点的数值模拟中,为了进一步节省计算资源,提高计算效率,采用网格的变形代替网格的重新划分,使得计算网格的更新速度提高了约50%。在翼型的参数化过程中,采用改进的PARSEC方法,用较少的参数实现了翼型的精确控制。为了增强神经网络的泛化能力,采用12-7-4-3-1的隐层结构。对NLF1015翼型的多点优化算例表明,此方法不仅显著降低了整个优化过程的计算量,而且对翼型的气动性能预测也具有较高的可信度,在高空长航时无人机的翼型设计中具有一定的潜力。