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深空Ka波段的中继ccsds文件传输协议设计

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深空Ka波段的中继CCSDS文件传输协议设计

作者：李红兵哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

深空Ka波段数据通信，与C/X/Ku波段相比，因其可用频段较宽且码间干扰较小等优点，已成为当前深空数据通信的主流。但是，Ka波段链路存在受地球天气变化影响而可用性降低，导致数据传输过程需要频繁切换，进而造成数据传输效率下降。另... 详细信息

深空Ka波段数据通信，与C/X/Ku波段相比，因其可用频段较宽且码间干扰较小等优点，已成为当前深空数据通信的主流。但是，Ka波段链路存在受地球天气变化影响而可用性降低，导致数据传输过程需要频繁切换，进而造成数据传输效率下降。另外，深空通信距离极远所造成的误码率高、传播时延长、链路易中断等通信困难，使得空间数据咨询委员会所建议的文件传输协议（CFDP, ccsds File Delivery Protocol）在深空数据传输任务中的效率急剧下降。因此，需要针对深空Ka波段下的文件传输协议做出相应的改进，以匹配未来高质量空间数据传输的业务需求。本文首先将中继星节点存储-转发机制引入深空AWGN信道，将原有的单跳链路变为双跳链路，缩短点对点链路的通信距离，降低数据分组的错误概率。并设计了相应的协议改进策略，从而减少长距离条件下CFDP协议的传输时延。文中设计了基于“等待EOF”与“非等待重传PDU”两种机制共同作用下该协议的存储-转发策略，建立了相应的时延性能的理论分析模型。理论与仿真结果表明：在深空信道环境下，通过优选中继点位置，本文提出的中继协议改进方案较传统的直接传输方案、放大转发方案和译码转发方案在传输时延方面获得几十到几百a.u.（1a.u.=480sec）时延的减少量。其次，基于中继协议和深空Ka波段特性，进一步提出一种新颖的基于高带宽、天气波动敏感的Ka波段深空链路的中继CFDP协议。此方案将深空链路划分为天气敏感链路段和天气不敏感链路段，以双跳传输方式代替传统的单跳链路传输。文章给出了所设计协议的详细传输机制，并对Ka波段信道下深空文件的平均传输时延和链路效率进行了数学建模。基于此数值模型，讨论了关于最小化的文件传输时延的中继节点位置问题。此外，我们还对一些实践价值较高的空间中继卫星位置（如：拉格朗日点等）部署本协议方案进行数值仿真。仿真结果表明：与传统的CFDP协议方案相比，特别是在信道环境恶劣情况下，此协议方案能有效地减少几a.u.以上的文件传输时延，同时还能有效地提高10%以上的链路效率。最后，对ccsds建议的未来空间通信的发展趋势——容延迟/中断网络（DTN, Delay/Disruption Tolerant Networking）进行了初步研究。空间DTN通信节点的内存特性和能力成为决定空间DTN网络数据传输质量的关键因素之一。本文提出了一个基于多维马尔可夫链的数学模型用于评估空间DTN中间节点的动态内存特性。同时，通过建立时延性能评估模型和bundle投递成功概率评估模型来分析中间节点内存的动态特性。数值仿真结果表明：（1）源文件被拆分成的bundle越大，造成的中间节点高内存占用（内存占用率＞=90%）时间就越长;（2）DTN中间节点内存占用时间受bundle大小的影响比受LTP segment大小影响更显著;（3）在给定bundle生命周期的情况下，相对LTP segment大小的影响，bundle的投递成功概率更取决与bundle大小，而不是LTP segment的大小。

关键词：深空数据通信 Ka波段中继 ccsds文件传输协议空间容迟/断网络

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深空通信文件传输协议的交织技术研究

宇航学报 2010年第11期31卷 2584-2590页

作者：焦健张钦宇李安国哈尔滨工业大学哈尔滨150001 哈尔滨工业大学深圳研究生院深圳518055 香港大学电机与电子工程系

引入喷泉编码技术应用于深空通信,对ccsds文件传输协议进行改进,提出了一种针对深空环境长时延、高误码率、丢包率大和链路易中断等特点的基于数据包交织的文件传输协议。根据深空通信文件传输的业务需要设计了两种不同的级别概率分布,... 详细信息

引入喷泉编码技术应用于深空通信,对ccsds文件传输协议进行改进,提出了一种针对深空环境长时延、高误码率、丢包率大和链路易中断等特点的基于数据包交织的文件传输协议。根据深空通信文件传输的业务需要设计了两种不同的级别概率分布,接收端只需要接收到一定数量的数据包,就能够恢复出整个原始信息,无需或需要很少反馈确认信息。仿真验证交织技术能够简化传输协议,减少文件传输时延,增大系统的吞吐量并保证通信的有效性。

关键词：深空通信 ccsds文件传输协议喷泉编码交织

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卫星固态存储器数据容错设计与机制

国防科技大学学报 2016年第1期38卷 101-106页

作者：宋琪邹业楠李姗安军社朱岩中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190

卫星数据传输系统的可靠性面临着空间粒子效应、信道干扰等多重威胁。在介绍数据传输系统关键设备星载大容量固态存储器设计与实现的基础上,从管理信息、数据位流、星地链路、文件传输四个方面构建容错机制,综合应用汉明编译码、RS编译... 详细信息

卫星数据传输系统的可靠性面临着空间粒子效应、信道干扰等多重威胁。在介绍数据传输系统关键设备星载大容量固态存储器设计与实现的基础上,从管理信息、数据位流、星地链路、文件传输四个方面构建容错机制,综合应用汉明编译码、RS编译码、低密度奇偶校验码编码等数据检纠错技术,增强存储器管理信息、存储数据、信道传输的容错性能。在实际型号任务固态存储器的基础上,结合ccsds文件传输协议提出基于自动重传机制的文件可靠传输设计,提高数据传输全流程的容错性能。固态存储器使用多级流水写入、总线并行扩展等技术,吞吐率理论上接近900Mbps,容量达到256Gb。

关键词：固态存储器容错机制检纠错码自动重传请求 ccsds文件传输协议

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改进的CFDP协议延时估算算法

计算机工程 2011年第17期37卷 72-74,89页

作者：拱长青李莹沈阳航空航天大学计算机学院沈阳110136

为在深空环境下可靠地传输文件,研究ccsds的异步否定确认信息型文件传输协议CFDP的文件传输机理,根据动态调整定时器的方法,提出一种改进的CFDP协议延时估算算法。在带宽有限的情况下,接收端通过预测单程时延判断网络状况,根据网络状况... 详细信息

为在深空环境下可靠地传输文件,研究ccsds的异步否定确认信息型文件传输协议CFDP的文件传输机理,根据动态调整定时器的方法,提出一种改进的CFDP协议延时估算算法。在带宽有限的情况下,接收端通过预测单程时延判断网络状况,根据网络状况优化设置NAK触发时刻和定时器时限值。在NS2下的分析结果表明,改进算法的文件传输时间较少,吞吐量较大。

关键词：深空通信 ccsds文件传输协议定时器延时协议数据单元

CFDP与SCPS-TP在空间通信中的性能比较

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计算机应用 2010年第12期30卷 23-25页

作者：葛鹏刘锋万鹏北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

CFDP和SCPS-TP分别是空间数据咨询委员会(ccsds)提出的保证空间通信可靠性的文件传输协议和传输控制协议。从理论上分析了传输速率、误比特率、传播时延等因素对文件传输时间的影响,并在OPNET仿真系统中验证了理论分析的正确性。最后得... 详细信息

CFDP和SCPS-TP分别是空间数据咨询委员会(ccsds)提出的保证空间通信可靠性的文件传输协议和传输控制协议。从理论上分析了传输速率、误比特率、传播时延等因素对文件传输时间的影响,并在OPNET仿真系统中验证了理论分析的正确性。最后得出在信道条件相对恶劣时,CFDP比SCPS-TP能够更加高效地传输文件。

关键词：空间通信空间数据系统咨询委员会 ccsds文件传输协议空间通信协议规范—传输协议文件传输时间

基于OPNET的延迟否定确认型CFDP协议仿真研究

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中国产业 2011年第1期 48-49页

作者：李璐范永红王玉文孟凡计电子科技大学空天科学技术研究院四川成都611731 中国电子科技集团公司第十研究所四川成都610036

为了确定空间数据系统咨询委员会建议的CFDP(ccsds文件传输协议)在卫星通讯中的适应性,研究延迟否定确认型CFDP的传输原理。在OPNET网络仿真平台上对CFDP协议进行了仿真实现,并且在卫星通讯典型应用条件中,分析误码率和协议数据单元的... 详细信息

为了确定空间数据系统咨询委员会建议的CFDP(ccsds文件传输协议)在卫星通讯中的适应性,研究延迟否定确认型CFDP的传输原理。在OPNET网络仿真平台上对CFDP协议进行了仿真实现,并且在卫星通讯典型应用条件中,分析误码率和协议数据单元的大小因素对传输吞吐率和时延的影响,为它在卫星通讯中的进一步应用和改进提供了参考。

关键词：空间数据系统咨询委员会 ccsds文件传输协议 OPNET 误码率时延