統(tǒng)一信息網(wǎng)空間數(shù)據(jù)通信傳輸協(xié)議研究.pdf

1、近年來(lái),隨著我國(guó)航空航天的迅速發(fā)展,構(gòu)建天空地一體化的測(cè)控通信網(wǎng)(統(tǒng)一信息網(wǎng),UIN)的需求變得更加急迫,這是因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)可以①解決空間飛行器的全程測(cè)控與導(dǎo)航問(wèn)題;②解決航天資源重復(fù)建設(shè)、利用率低、信息量少的問(wèn)題;③解決空間遙感大數(shù)據(jù)量信息傳輸,特別是實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題;④解決移動(dòng)通信全球覆蓋問(wèn)題;⑤解決深空探測(cè)中繼問(wèn)題;⑥解決航空信息子網(wǎng)等諸多問(wèn)題。由此可見(jiàn),構(gòu)建和發(fā)展UIN對(duì)我國(guó)而言,具有非常重要的意義。
　　目前,總裝、總參、中國(guó)工

2、程院、國(guó)家自然科學(xué)基金委等多家單位都在研究天空地一體化測(cè)控通信網(wǎng),但是構(gòu)建天空地一體化測(cè)控通信網(wǎng)是一個(gè)宏大的計(jì)劃,需要做大量的具體技術(shù)充實(shí)。
　　在此大環(huán)境下,本課題以中國(guó)工程院重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目―空間信息網(wǎng)(SIN)的構(gòu)建研究‖和中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院項(xiàng)目―天空地一體化測(cè)控通信網(wǎng)的研究‖為依托,重點(diǎn)研究了空間數(shù)據(jù)通信協(xié)議規(guī)范中的傳輸協(xié)議。
　　本文主要工作如下:
　?、僦赋隽搜芯靠臻g通信協(xié)議規(guī)范傳輸協(xié)議(SCPS-TP

3、)的現(xiàn)實(shí)意義。它是空間數(shù)據(jù)通信特性的需要,是與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家接軌以及轉(zhuǎn)化和應(yīng)用SCPS的需要,也是構(gòu)建我國(guó)自主統(tǒng)一信息網(wǎng)的需要。
　?、谔岢隽艘环N基于有線等效網(wǎng)絡(luò)(WEN)的空間信息網(wǎng)構(gòu)架,包括空間局域網(wǎng)(SLAN)、空間廣域網(wǎng)(SWAN)和越區(qū)切換協(xié)議。WEN把空間飛行器按區(qū)域、軌道和功能來(lái)分集組網(wǎng)。眾多飛行器之間物理上是通過(guò)無(wú)線鏈路連接的,但在一定時(shí)間和一定條件下,可認(rèn)為WEN是一個(gè)用若干長(zhǎng)到幾萬(wàn)公里的光纜、電纜柔性(或彈性)連

4、接成的有線網(wǎng)絡(luò)。
　　③完整闡述了空間通信協(xié)議規(guī)范傳輸協(xié)議的性能特點(diǎn),與地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)TCP相比,SCPS-TP在誤比特率、往返時(shí)間、連接的連續(xù)性、前向和后向的鏈路性能、CPU和內(nèi)存容量、通信目的和數(shù)據(jù)丟失原因等方面都存在較大差異,同時(shí)根據(jù)這些性能差異,在地面TCP的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了適應(yīng)性的改進(jìn),從而形成適合空間數(shù)據(jù)通信的SCPS-TP。另外,筆者還獨(dú)立翻譯并整理出SCPS-TP藍(lán)皮書(shū)中譯本。
　　④研究了美國(guó)的MITRE公司開(kāi)

5、源的SCPS-TP源代碼,介紹了該項(xiàng)目產(chǎn)生的背景、代碼的組織結(jié)構(gòu)、主要文件說(shuō)明,分析了SCPS的關(guān)鍵函數(shù)并進(jìn)行了注解,說(shuō)明了可執(zhí)行程序的操作,最后通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)室測(cè)試床對(duì)代碼進(jìn)行了驗(yàn)證。
　?、萆钊胙芯苛说孛鏌o(wú)線通信中能有效提高吞吐量的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)編碼(TCP/NC)技術(shù),詳細(xì)描述了其算法的理論基礎(chǔ)和具體實(shí)施過(guò)程,并通過(guò)數(shù)學(xué)建模進(jìn)行了吞吐量的推導(dǎo),最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了該技術(shù)的有效性。
　?、藿Y(jié)合空間數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)和地面無(wú)線

6、通信的TCP/NC的優(yōu)點(diǎn),提出了一種改進(jìn)的TCP/NC技術(shù)SCPS-TP/NC,該技術(shù)可應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)通信。給出了算法設(shè)計(jì)的詳細(xì)流程,并搭建了基于 NS2的仿真平臺(tái)。在NS2平臺(tái)中,主要實(shí)現(xiàn)了SCPS-TP和NC協(xié)議棧。通過(guò)仿真,驗(yàn)證了SCPS-TP/NC可以有效地提高端到端系統(tǒng)的吞吐量。
　　相對(duì)于地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)說(shuō),由于空間通信協(xié)議的驗(yàn)證難度較大,本課題的很多工作目前也是基于理論的推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)室仿真,還有很多理論到實(shí)踐的工作還