深空Ka波段的中繼CCSDS文件傳輸協(xié)議設(shè)計(jì).pdf

1、深空Ka波段數(shù)據(jù)通信,與C/X/Ku波段相比,因其可用頻段較寬且碼間干擾較小等優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)前深空數(shù)據(jù)通信的主流。但是,Ka波段鏈路存在受地球天氣變化影響而可用性降低,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程需要頻繁切換,進(jìn)而造成數(shù)據(jù)傳輸效率下降。另外,深空通信距離極遠(yuǎn)所造成的誤碼率高、傳播時(shí)延長(zhǎng)、鏈路易中斷等通信困難,使得空間數(shù)據(jù)咨詢(xún)委員會(huì)所建議的文件傳輸協(xié)議(CFDP, CCSDS File Delivery Protocol)在深空數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)中的效率急

2、劇下降。因此,需要針對(duì)深空Ka波段下的文件傳輸協(xié)議做出相應(yīng)的改進(jìn),以匹配未來(lái)高質(zhì)量空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)需求。
　　本文首先將中繼星節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制引入深空AWGN信道,將原有的單跳鏈路變?yōu)殡p跳鏈路,縮短點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的通信距離,降低數(shù)據(jù)分組的錯(cuò)誤概率。并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的協(xié)議改進(jìn)策略,從而減少長(zhǎng)距離條件下CFDP協(xié)議的傳輸時(shí)延。設(shè)計(jì)了基于“等待EOF”與“非等待重傳PDU”兩種機(jī)制共同作用下該協(xié)議的存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)策略,建立了相應(yīng)的時(shí)延性能的理論

3、分析模型。理論與仿真結(jié)果表明:在深空信道環(huán)境下,通過(guò)優(yōu)選中繼點(diǎn)位置,本文提出的中繼協(xié)議改進(jìn)方案較傳統(tǒng)的直接傳輸方案、放大轉(zhuǎn)發(fā)方案和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)方案在傳輸時(shí)延方面獲得幾十到幾百a.u.(1a.u.=480 sec)時(shí)延的減少量。其次,基于中繼協(xié)議和深空Ka波段特性,進(jìn)一步提出一種新穎的基于高帶寬、天氣波動(dòng)敏感的Ka波段深空鏈路的中繼CFDP協(xié)議。此方案將深空鏈路劃分為天氣敏感鏈路段和天氣不敏感鏈路段,以雙跳傳輸方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單跳鏈路傳輸。給出

4、了所設(shè)計(jì)協(xié)議的詳細(xì)傳輸機(jī)制,并對(duì)Ka波段信道下深空文件的平均傳輸時(shí)延和鏈路效率進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模?；诖藬?shù)值模型,討論了關(guān)于最小化的文件傳輸時(shí)延的中繼節(jié)點(diǎn)位置問(wèn)題。此外,我們還對(duì)一些實(shí)踐價(jià)值較高的空間中繼衛(wèi)星位置(如:拉格朗日點(diǎn)等)部署本協(xié)議方案進(jìn)行數(shù)值仿真。仿真結(jié)果表明:與傳統(tǒng)的CFDP協(xié)議方案相比,特別是在信道環(huán)境惡劣情況下,此協(xié)議方案能有效地減少幾a.u.以上的文件傳輸時(shí)延,同時(shí)還能有效地提高10％以上的鏈路效率。最后,對(duì)CCSDS建

5、議的未來(lái)空間通信的發(fā)展趨勢(shì)----容延遲/中斷網(wǎng)絡(luò)(DTN, Delay/Disruption Tolerant Networking)進(jìn)行了初步研究?？臻gDTN通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存特性和能力成為決定空間DTN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。本文提出了一個(gè)基于多維馬爾可夫鏈的數(shù)學(xué)模型用于評(píng)估空間DTN中間節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存特性。同時(shí),通過(guò)建立時(shí)延性能評(píng)估模型和bundle投遞成功概率評(píng)估模型來(lái)分析中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的動(dòng)態(tài)特性。數(shù)值仿真結(jié)果表明：源文件被