面向火星通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)Raptor碼研究.pdf

1、火星是目前深空探測的主要目標(biāo)行星，隨著火星探測任務(wù)的不斷豐富，作為信息傳輸重要支撐和保障的深空通信技術(shù)也隨之快速發(fā)展?，F(xiàn)有的火星通信業(yè)務(wù)類型包含各類科學(xué)數(shù)據(jù)和高分辨圖像，傳統(tǒng)點對點的數(shù)據(jù)傳輸方式已經(jīng)無法滿足大數(shù)據(jù)量、高傳輸速率、高可靠性的通信需求，利用火星軌道探測器作為中繼的網(wǎng)絡(luò)化傳輸已成為未來火星探測任務(wù)的基本方案。一方面，通過中繼分段傳輸，能夠較好的減少遠距離帶來的路徑損耗，提升鏈路可靠性；另一方面，中繼通信能夠部分解決行星遮擋帶來

2、的鏈路中斷問題，增加可見通信時間。與此同時，長糾刪碼作為深空通信的一項新型傳輸技術(shù)，利用編碼的糾刪能力取代反饋重傳機制以保證可靠傳輸，減少文件傳輸時延，提升鏈路傳輸效率。本課題建立由多個火星表面探測車、中繼軌道探測器和地面站組成的火星中繼網(wǎng)絡(luò)，在延遲/中斷容忍網(wǎng)絡(luò)和異步存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制下，充分利用噴泉長糾刪碼的前向糾刪和無碼率特性，設(shè)計了聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式系統(tǒng)Raptor碼傳輸方案，保證文件傳輸?shù)母呖煽啃?，減少系統(tǒng)的冗余開銷，增強火星中繼

3、網(wǎng)絡(luò)場景下的高效組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸能力。論文的主要研究內(nèi)容包括：
　　首先，通過對火星探測任務(wù)和DTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究，確立了多個探測車通過同一中繼軌道器與地面站通信的網(wǎng)絡(luò)模型，并定義了網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的功能。通過對3GPP廣播多播業(yè)務(wù)中的系統(tǒng)Raptor碼的分析，驗證了其良好的編譯碼性能，適合作為信源端的編碼方案；同時，利用中繼的剩余處理能力，在傳統(tǒng)的路由功能上加入了網(wǎng)絡(luò)編碼操作，驗證了將系統(tǒng)Raptor碼作為火星通信中的長糾刪碼的可行性

4、，并利用系統(tǒng)Raptor碼和網(wǎng)絡(luò)編碼特有的“無碼率”特性，設(shè)計分布式的中繼編碼傳輸方案。
　　其次，提出了一種分布式系統(tǒng)Raptor糾刪編碼方案，相比現(xiàn)有的DLT，SLRC等分布式噴泉碼方案，能以較低的譯碼冗余獲得高譯碼成功率，提高數(shù)據(jù)恢復(fù)效率，節(jié)省傳輸時間。進而，針對信源能量受限的情況，在預(yù)知的信道條件下計算出信源所需發(fā)送的編碼符號數(shù)量，利用中繼緩存的編碼符號進行網(wǎng)絡(luò)編碼，來抵抗中繼到目的端的鏈路丟包。提出了三種中繼選擇方式，并

5、分別作出譯碼性能的對比和仿真，有效的減少了信源端的編碼開銷，保證了較高的譯碼恢復(fù)效果。
　　最后，討論了由于探測車硬件存儲能力、傳輸業(yè)務(wù)類型和鏈路狀態(tài)的不同，導(dǎo)致信源端采用不同的碼長進行編碼的組網(wǎng)傳輸情況。對不同信源的原始數(shù)據(jù)作出不同重要程度的等級區(qū)分，通過中繼編碼轉(zhuǎn)發(fā)策略和譯碼算法的高效配合，提高重要信息的轉(zhuǎn)發(fā)概率和網(wǎng)絡(luò)編碼覆蓋率，實現(xiàn)對不同重要等級信息的不等差錯保護。當(dāng)鏈路丟包率較大或者信源編碼符號不足的情況下，優(yōu)先恢復(fù)重要信