深空Ka波段的中繼CCSDS文件傳輸協(xié)議設(shè)計.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,已成為當前深空數(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)傳輸過程需要頻繁切換,進而造成數(shù)據(jù)傳輸效率下降。另外,深空通信距離極遠所造成的誤碼率高、傳播時延長、鏈路易中斷等通信困難,使得空間數(shù)據(jù)咨詢委員會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,需要針對深空Ka波段下的文件傳輸協(xié)議做出相應(yīng)的改進,以匹配未來高質(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)點存儲-轉(zhuǎn)發(fā)機制引入深空AWGN信道,將原有的單跳鏈路變?yōu)殡p跳鏈路,縮短點對點鏈路的通信距離,降低數(shù)據(jù)分組的錯誤概率。并設(shè)計了相應(yīng)的協(xié)議改進策略,從而減少長距離條件下CFDP協(xié)議的傳輸時延。設(shè)計了基于“等待EOF”與“非等待重傳PDU”兩種機制共同作用下該協(xié)議的存儲-轉(zhuǎn)發(fā)策略,建立了相應(yīng)的時延性能的理論

3、分析模型。理論與仿真結(jié)果表明:在深空信道環(huán)境下,通過優(yōu)選中繼點位置,本文提出的中繼協(xié)議改進方案較傳統(tǒng)的直接傳輸方案、放大轉(zhuǎn)發(fā)方案和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)方案在傳輸時延方面獲得幾十到幾百a.u.(1a.u.=480 sec)時延的減少量。其次,基于中繼協(xié)議和深空Ka波段特性,進一步提出一種新穎的基于高帶寬、天氣波動敏感的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)計協(xié)議的詳細傳輸機制,并對Ka波段信道下深空文件的平均傳輸時延和鏈路效率進行了數(shù)學建模?；诖藬?shù)值模型,討論了關(guān)于最小化的文件傳輸時延的中繼節(jié)點位置問題。此外,我們還對一些實踐價值較高的空間中繼衛(wèi)星位置(如:拉格朗日點等)部署本協(xié)議方案進行數(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.以上的文件傳輸時延,同時還能有效地提高10％以上的鏈路效率。最后,對CCSDS建

5、議的未來空間通信的發(fā)展趨勢----容延遲/中斷網(wǎng)絡(luò)(DTN, Delay/Disruption Tolerant Networking)進行了初步研究。空間DTN通信節(jié)點的內(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。本文提出了一個基于多維馬爾可夫鏈的數(shù)學模型用于評估空間DTN中間節(jié)點的動態(tài)內(nèi)存特性。同時,通過建立時延性能評估模型和bundle投遞成功概率評估模型來分析中間節(jié)點內(nèi)存的動態(tài)特性。數(shù)值仿真結(jié)果表明：源文件被