全球卫星导航星座网络协议体系与运行模式

针对全球卫星导航星座网络建设初期或论证阶段所涉及的网络体系结构、协议体系及相关组网等技术问题,开展了基于导航星座星间链路构建空间信息网络的技术研究,分别提出了由子网、接入网、骨干网等节点及其相互之间星间、星地无线链路构成的分层网络系统结构,设计了兼容遥控、遥测、测量与网络交互支持等业务的基于IP over CCSDS(基于空间数据系统咨询委员会标准的空间链路承载互联网协议业务)的协议体系,给出了全系统基本通信业务运行模式等。与传统高轨卫星通信系统相比,该星座网络具有高覆盖、低时延、随遇接入等优点,可实现星座导航性能与中低轨及地面用户通信性能的全方位提升,相关结果对我国全球卫星导航星座网络技术研究具有一定的参考意义。     

一种基于最近相遇节点树的DTN多副本路由算法

在网络拓扑无法事先规划、节点运动有一定社区性、节点缓存能力与网络资源受限的DTN典型应用场景中,存在传统多副本路由算法无法完成的数据包多跳递交问题。针对这一问题与应用场景特点,在经典的Spray and Focus与Prophet算法基础上,提出了一种基于最近相遇节点树的DTN多副本路由算法,并使用基于NS-3的DTN仿真软件与4种经典多副本路由算法Epidemic、Spray and Wait、Spray and Focus、Prophet进行网络性能比较。仿真结果表明:最近相遇节点树机制改善了无法间接递交问题,且该路由算法在缓存平均占用量、递交率、网络有效开销比等网络性能指标上,相比4种经典DTN多副本路由算法均有明显提升。研究结果可对未来月表探测、地球社群网络等DTN典型场景的应用提供参考。     

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。     

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。     

多状态空间信息网络拓扑生成优化算法

依据空间信息网络（SIN）高动态性的特点,并考虑卫星工作的多状态特性,兼顾星间通信时延和拓扑抗毁性的要求,研究了多状态下空间信息网络拓扑生成及动态优化的问题。根据卫星星座的周期性,建立了一种卫星网络的拓扑周期表。综合卫星的可视性和连接度等约束条件,以网络平均和最大时延作为通信性能的优化目标,建立拓扑的多目标优化模型。提出一种改进的多目标模拟退火（IMOSA）算法,求解全局时延最优的卫星拓扑,并在考虑多状态情况下对链路进行优化,以满足网络高动态性。最后基于具有66颗低轨（LEO）的铱星星座进行仿真,研究表明：针对多状态条件下的铱星星座,该算法最大化减小了通信时延,得到抗毁性良好的拓扑结构,通信性能较之原有静态拓扑明显得到改善。     

地月空间信息网络体系架构对比研究

针对载人月球探测月面全空域、全时域覆盖的通信需求,对现有直连通信和几种引入中继通信的地月空间信息网络体系架构进行了仿真对比分析,最终确定了引入中继通信并融合近月空间子网和近地空间子网的地月空间信息网络体系架构为最优方案,该体系架构兼具多重月面覆盖、长时地面测控可见时间、海外建站数量少和成本相对较低等优势,可为我国未来地月空间信息网络建设提供参考。     

Walker星座星间链路构建准则及优化设计研究

首先通过分析Walker星座空间结构,得到星座星间链路基本几何关系;其次研究了卫星之间的相对运动规律和星座几何构型,确定了能够反映空间几何特性的Walker星座星间链路设计的基本准则,得到了星座全连通性数学解析判据,并根据星座一体化设计中的层次约束准则思想,给出了星间链路分析设计流程;最后,针对几个考虑星间链路的Walker星座的一体化优化设计问题,给出了分析设计实例。     

CCSDS AOS及TC空间链路协议吞吐率性能分析

回顾了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的2种空间链路协议,即高级在轨系统空间数据链路协议(CCSDSAOS)及遥控空间数据链路协议(CCSDS TC)。在使用包业务传输集中数据时,分析了CCSDS TC的吞吐率与IP数据包包长的关系,研究了CCSDS AOS的吞吐率与IP数据包包长、传输帧帧长的关系。推导出了使用包业务传输集中数据时的空间链路误码率,空间链路协议的同步帧帧长与空间链路协议的误帧率、误包率、吞吐率的关系公式。在OPNET平台上,通过空地星间链路的仿真实验验证了此吞吐率的关系公式。并在典型空间通信场景下给出了空间链路协议的优化参数配置,为空间数据链路协议的应用提供了参考。     

AFDX网络终端系统调度方法研究

对AFDX终端系统子虚拟链路到虚拟链路的分配调度方法进行了研究，对AFDX流量整形约束机制下的通信任务的数据包延迟抖动进行了分析和仿真，验证了AFDX网络在保证网络实时通信方面的特点。通过仿真，得到了FIFO、Round-Robin度方法和最小调度抖动调度方法的特点和各种调度方法使用的范围。     

Ad-hoc网络中数据包大小对通信性能的影响

本绍Ad-hoc网络的特点以及常用的TCP协议版本(Tahoe,Reno和Vegas),分析数据包大小对移动无线网络通信性能的影响,利用NS2网络模拟软件对此做出检验,发现数据包有限增大时通信性能大幅提高,在此基础上提出一种提高网络吞吐量的有效方法,该方法适用于通信链路频繁中断的无线网络环境。     

空间激光通信进展及在天基网中应用构想

在分析国内外空间激光通信技术研究进展和试验验证的基础上,按照"全球覆盖、重点支持、便于组网、便于管理"的原则,重点对未来激光链路卫星星座构型进行研究,提出了基于已有轨位的4节点GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)星座、基于已有轨位的6节点GEO星座以及激光/微波卫星共存下空间激光宽带网络发展构想;采用高效资源分配算法和智能化运行管理系统,支持我国数百个航天器、非航天器的在线管理和高速数据传输服务,可以满足我国天基平台和全球骨干节点的高速数据传输需求。通过分析论证,提出构建我国的空间激光宽带网络,需要在超长距离激光通信技术、激光链路自主建立技术、星地激光大气效应研究、空间激光宽带网络协议、卫星星座智能管理技术等关键技术和重点研究方向上集智攻关,取得突破性进展,并对未来发展进行了展望。     

月球导航星座轨道的地球GNSS可见性评估

随着月球探索进入一个新的时代,为确保未来月球任务的实时高精度定位,大幅提高登月航天器的自主性,且减少对地球基站的依赖,选取合适的轨道构建月球导航星座,并且实现月球导航星座与地球GNSS的通信链路同步尤为重要。为评估月球导航星座轨道中卫星接收GNSS信号的性能,首先对椭圆形月球冻结轨道(ELFO)、近直线晕轨道(NRHO)、顺行圆形轨道(PCO)和低月球轨道(LLO)4种轨道进行仿真。然后基于天线方向图等指标仿真了GNSS卫星信号,并依据主旁瓣波束宽度和载噪比等仿真结果评估了4种不同轨道卫星对GNSS的可见性。结果表明,NRHO和ELFO对GNSS星座有较好的可视效果,最高可见时间占比达99.57%,保障了绝大部分时间内能够稳定接收GNSS信号,有助于实现月球导航星座轨道卫星的轨道和时钟校正,并保证轨道的定位性能。     

航电环境下双冗余交换式FC网络的建模与仿真

通过分析光纤通道(Fibre Channel,FC)网络架构、协议及其冗余机制,将双冗余交换式FC网络抽象成链路、端口、终端、交换机和数据模型,开发航空电子环境下的双冗余交换式FC网络的仿真工具,仿真工具提供网络的吞吐量、数据传输延迟等网络性能评价指标。将实例网络实测和仿真的结果进行比较得出:时延误差和吞吐量误差在合理的随机变化范围内,其随通信负载的变化趋势一致,说明所建仿真模型能够反映航空电子FC网络的工作特性。     

基于可靠性分析的立方星网络维护架构优化

立方星编队或星座构成分布式空间传感器网络，可提高立方星执行复杂空间任务的能力。然而立方星易发生故障，其故障时间不确定性也导致了传感器网络性能的不稳定，这凸显了对立方星网络进行在轨维护的重要性。考虑立方星传感器网络的功能维持问题，描述了一种网络维护架构，通过定期发射、在轨备份立方星以及时更换故障立方星，从而提高网络对单星随机失效事件的快速响应与恢复能力。建立了该架构的运行成本模型，包括固定成本、储存成本和短缺成本。收集整理了真实的立方星寿命数据，并使用最大化拟合优度参数估计方法得到最优立方星寿命的随机模型。采用基于蒙特卡罗仿真的遗传算法优化备用立方星的补给时刻和补给数量，在备份成本与系统性能下降所带来的损失之间进行权衡，使得系统的综合收益最优。     

小卫星群星间通信低层协议的初步研究

本文总结了目前国内外LEO星和编队飞行小卫星星间链路ISL的发展情况；针对小卫星群内ISL通信的特点，对近距离空间链路协议Proximity-1和无线局域网协议IEEE802.11等进行了一定的分析；最后对发展小卫星群ISL低层协议给出了几点建议。     

天基网路由策略及算法研究概述

路由技术是天基综合信息网组网的核心技术之一。根据卫星链路长时延、高误码等特点,天基网络和地面网络的路由算法有很大不同。本文在常用地面网络路由算法的基础上,给出了国内外卫星网络路由策略及算法的研究现状,并介绍了卫星星座仿真软件和卫星网络协议仿真工具。     

地月L2中继星单星多源转发月球背面弯管导航

针对月球背面载人航天器的高精度、高时效性导航需求,解决仅用单颗地月L2中继星多源转发为月背面用户导航着陆提供技术支撑的问题。以地月L2点Halo轨道中继星为桥梁,将地球空间的深空网、GNSS星座等时空基准节点转发给月球背面用户,研究通过转发前后向距离和夹角的测量实现月球遮挡距离再生,利用再生距离和多个地月空间时空节点解析地给出月背面用户位置。采用STK对月背面导航场景进行仿真建模,通过蒙特卡罗方法数值分析月背面导航定位精度。结果表明:当月球遮挡距离重构误差小于0.6 ns时,采用本文方法月背面用户的三维定位精度优于100 m。     

CCSDS遥控通信操作规程应用

由于遥控通信的重要性,为了在有噪声的链路空间中可靠地传输遥控数据,CCSDS(空间数据系统咨询委员会)提供了遥控COP-1(通信操作规程)建议书。该探作规程使用遥控空间链路协议,规定了空间任务中地—空或空—空通信链路间应用数据的自动重传操作规程,保证了用户业务数据的正确传输。此外,还介绍了CCSDS标准建议书中的遥控通信操作规程的概念、业务类型,并对其中使用的内部规程接口、业务数据传输操作规程以及滑动窗口的应用进行了详细说明。     

基于OPNET的CSMA协议性能研究

CSMA协议是无线自组织网络MAC协议中的基本协议,研究其在不同网络条件下的通信性能,对于指导该协议在实际中的具体应用具有重要的作用.基于OPNET网络仿真软件,实现了CSMA协议,设计了不同网络条件下的仿真实验,研究了几个主要的网络参数对CSMA通信性能的影响,为实际网络条件下的CSMA协议性能评估提供参考.