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IP over ccsds协议的研究与实现

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IP over CCSDS协议的研究与实现

作者：周拴柱河北大学

学位级别：硕士

随着空间技术和互联网技术的不断发展、成熟,人类探索空间越来越深入,空间任务更加频繁和多样化,网间互操作的需求越来越迫切,将地面IP网络和空间网络无缝连接起来,构建天地一体化信息网络系统成为了必然趋势。ccsds提出AOS协议,可以处... 详细信息

随着空间技术和互联网技术的不断发展、成熟,人类探索空间越来越深入,空间任务更加频繁和多样化,网间互操作的需求越来越迫切,将地面IP网络和空间网络无缝连接起来,构建天地一体化信息网络系统成为了必然趋势。ccsds提出AOS协议,可以处理大容量、高速率数据,适合传输视频、图像和音频等符合现实需要。ccsds AOS标准已成国际主流。目前,国外空间组织大部分已经采用ccsds标准,航天技术发展比较成熟。我国由于起步晚,大部分航天器还采用传统的遥测系统,已经很难满足复杂的数据需求。因此需要采用ccsds AOS标准。基于这种背景下,本文通过对ccsds标准和IP数据包协议和空间数据链路帧协议的转换技术的研究,分析了TCP/IP协议、ccsds AOS协议、ccsds主网的业务和业务等级等,最终设计出IP over ccsds网关,实现了IP数据包和ccsds AOS空间数据链路帧的相互转换。本文描述了该网关的设计原理,实际搭建了模拟实验平台对网关进行测试,验证了其正确性,最终达到预期目标。

关键词： ccsds 天地一体化 AOS TCP/IP

IP over ccsds网关在无人机测控与信息传输系统中的设计与实现

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电子技术应用 2016年第10期42卷 11-15页

作者：曾勇代红陈琪章伟林中国电子科技集团公司第十研究所四川成都610036 陆航驻成都军代室四川成都610036

讨论了现有无人机测控与信息传输系统中采用点到点传输方式存在的不足之处以及目前空间通信的发展趋势,将无人机测控与信息传输系统的特点与ccsds建议中IP over ccsds链路层协议实现方式相结合,提出了一种改进型ccsds封装服务性能增强... 详细信息

讨论了现有无人机测控与信息传输系统中采用点到点传输方式存在的不足之处以及目前空间通信的发展趋势,将无人机测控与信息传输系统的特点与ccsds建议中IP over ccsds链路层协议实现方式相结合,提出了一种改进型ccsds封装服务性能增强网关实现技术,将无人机机上设备与地面测控、通信网无缝连接,实现了端到端的数据交换。测试结果表明,采用该技术能较好地降低IP over ccsds网关通用处理器资源,降低ccsds成帧处理时延抖动,大幅提高TCP协议在空间链路上的传输效率。

关键词： IP over ccsds 无人机测控与信息传输系统

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基于梯度的ccsds压缩码流控制算法研究

电视技术 2014年第19期38卷 13-16页

作者：许志涛龙科慧徐东刘金国李广泽胡庆龙中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

为了优化ccsds压缩标准的率失真特性,提出了一种基于梯度的ccsds压缩码流控制算法。该算法采用梯度模值来描述图像各编码段的纹理复杂度,进而用模值之和表示各段所包含的信息量。首先计算出各编码段梯度模值之和,并将其相加得到整幅图... 详细信息

为了优化ccsds压缩标准的率失真特性,提出了一种基于梯度的ccsds压缩码流控制算法。该算法采用梯度模值来描述图像各编码段的纹理复杂度,进而用模值之和表示各段所包含的信息量。首先计算出各编码段梯度模值之和,并将其相加得到整幅图像的梯度模值之和,根据前者在后者中所占比例,将码流容量分配给各编码段。采用MATLAB对新算法、ccsds标准算法及Jin算法进行仿真测试,比较三者图像的恢复质量。同时,测试新算法和Jin算法分配码流所需时间,并进行对比。实验结果表明,在图像恢复质量方面,新算法优于ccsds标准算法,稍逊于Jin算法,但是新算法的实时性比Jin算法好。因此,基于梯度的码流控制算法可应用于ccsds标准中。

关键词：图像压缩 ccsds 码流分配梯度

符合ccsds标准的复数基变换域RS（255.223）译码算法研究及其实现

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符合CCSDS标准的复数基变换域RS（255.223）译码算法研究及其实现

作者：余波电子科技大学

学位级别：硕士

目前,卫星通讯正朝着深空、高速率、高可靠性、高保密性的方向发展,以往传统的数据通信方式已经不能满足当前需求,因此常用的方法是在数据链路中加入了各种纠错编码。纠错编码与纯粹的QPSK 调制通信相比,能够获得不同的编码增益[1],在... 详细信息

目前,卫星通讯正朝着深空、高速率、高可靠性、高保密性的方向发展,以往传统的数据通信方式已经不能满足当前需求,因此常用的方法是在数据链路中加入了各种纠错编码。纠错编码与纯粹的QPSK 调制通信相比,能够获得不同的编码增益[1],在低信噪比下也能获得极低的误码率[2]。这意味着在不改变地面接收条件下,卫星可以工作于离地球更遥远的深空或更恶劣的环境下。因此,卫星通信中的纠错编码已经成为当前空间电子学的研究热点,现在已经出现的性能较为优良的纠错码有卷积码、RS 码和Turbo 码。与各种纠错编码相比,REED-SOLOMON(RS)码具有很好的纠正随机错误和突发错误的能力。ccsds[3](Consultant Committee of Space Data System)已经建议在数据链路中采用RS 纠错编码。当前的“双星计划”已经采用RS 纠错编码技术,但由于译码的复杂性,虽然下行数据的速率比较低(ccsds 提出的标准,需要对数据进行同步、解扰和解交织,为了保证数据实时性,这些功能都采用了硬件方式实现,最后考虑使用PCI 总线对译码数据进行实时记录。最终课题采用了FPGA 作为硬件平台,使用EDA 方法进行设计Top-Down 设计,着力于译码算法的简化和流水线译码的实现。借助功能强大的EDA 工具,在硬件设计时尽量考虑了信号完整性[7]的问题,将系统仿真贯穿于设计始终。最终做到了线路板级设计一次成功。结果表明基于复数基的有限域表示法设计的RS 译码器能够明显的提高译码速率和减小译码延时。作者期望本文研究工作能够对信道纠错编译码技术起到积极的作用,为高可靠的卫星数据链路的开发提供参考。

关键词：纠错编码 RS 码 ccsds EDA

基于ccsds AOS的在轨高速数据复接路由技术研究

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基于CCSDS AOS的在轨高速数据复接路由技术研究

作者：张东伟中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）

学位级别：硕士

由于航天技术的飞速发展，飞行任务中搭载的有效载荷数量和数据下行通道越来越多。而我国的高速复接技术目前还停留在多对一、先进先出的水平上，为满足航天器有效载荷高速数据多路输入、多路输出的未来发展需求，本文提出了在轨高速数... 详细信息

由于航天技术的飞速发展，飞行任务中搭载的有效载荷数量和数据下行通道越来越多。而我国的高速复接技术目前还停留在多对一、先进先出的水平上，为满足航天器有效载荷高速数据多路输入、多路输出的未来发展需求，本文提出了在轨高速数据复接路由的解决方案。本课题研究的高速数据复接路由技术涉及多个数据源、多个存储器和多个输出通道，设计上采用FPGA和内嵌的SoC相结合的方案。充分利用FPGA的高速数据处理能力和SoC的灵活性，实现了对多个数据源按要求进行分区存储、分区管理以及针对重要数据和敏感数据优先下传等功能，提高了有效载荷数据传输的实时性和灵活性。有效载荷数据按照ccsds AOS规范进行打包及RS编码，以适应信号电平弱、传输时延长、信道噪声大和多普勒频移大等天地链路特点。本课题的研究成果在空间飞行器有效载荷数据管理系统中具有广阔的应用前景和重要的实用价值。

关键词：数据复接路由 ccsds AOS RS编码

基于IP over ccsds的高速网关设计与实现

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基于IP over CCSDS的高速网关设计与实现

作者：荣华为西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着我国载人航天工程、深空探测工程的不断推进,空间数据传输和空间站建设等航天活动的不断增多,传统的通信模式已不能满足更高的需求,空间网与地面网的天地一体化融合成为了新的研究热点。为了满足天地一体化的要求,实现在空间网的内... 详细信息

随着我国载人航天工程、深空探测工程的不断推进,空间数据传输和空间站建设等航天活动的不断增多,传统的通信模式已不能满足更高的需求,空间网与地面网的天地一体化融合成为了新的研究热点。为了满足天地一体化的要求,实现在空间网的内部支持IP协议的通信协议传输规范,国际空间数据系统咨询委员会(ccsds)对空间链路通信协议进行了多次的修改。本文在实验室科研项目“IP over ccsds高速协议转换网关的设计与实现”的基础上,设计了一种基于IP over ccsds的高速网关。首先分析了课题的研究背景以及发展现状,深入研究了IP over ccsds适配协议及其数据处理流程,学习了实现高速网关设计的相关基础知识。其次,实现了基于IP over ccsds的高速网关总体设计和模块的划分,并详细介绍了高速网关各个模块的设计与实现,重点研究了10G高速以太网接口电路,10G Rocket IO接口电路,外挂DDR3高速缓存技术和高速广域网接口电路等,并使用Verilog HDL语言完成各个模块的实现,通过Modelsim仿真软件完成了关键模块的仿真验证。最后提出了高速接口电路的调试方法,并搭建了高速网关的整体测试平台,对高速网关的高速查找表和MAC地址自学习模块进行了功能测试。同时通过对高速网关的吞吐量测试,验证本文设计的高速网关性能,结果表明设计的高速网关功能和性能均满足设计需求,结果达到了预期的目标。

关键词： ccsds 高速网关高速接口 DDR3

基于ccsds标准的星务管理软件开发框架的研究与实现

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基于CCSDS标准的星务管理软件开发框架的研究与实现

作者：赵成帅北京邮电大学

学位级别：硕士

随着通信、导航、探测、气象、军事等诸多领域的飞快发展,卫星这一先进的科技产物所扮演的角色越来越至关重要,现在很多领域已经离不开卫星,因为其独特的外太空工作位置在很多功能的实现上具有着得天独厚的优势。由于卫星的运行环境十... 详细信息

随着通信、导航、探测、气象、军事等诸多领域的飞快发展,卫星这一先进的科技产物所扮演的角色越来越至关重要,现在很多领域已经离不开卫星,因为其独特的外太空工作位置在很多功能的实现上具有着得天独厚的优势。由于卫星的运行环境十分恶劣,因此制造卫星的材料必须具有抗辐射、抗低温等特性,制作工艺也非常复杂,这就导致其造价极高。为了能让卫星完成预期的使命,星务管理软件的稳定性和可靠性就显得尤为重要。首先,本文基于课题研究背景,阐述了星务管理软件的基本概念,然后针对开发过程中涉及到的关键技术和理论进行了简单的介绍,包括ccsds国际标准、软件框架、操作系统调度策略等。通过对星务管理软件的功能性需求和非功能性需求的分析,本文在总体设计部分提出了一个高可靠的星务管理软件分层架构,该框架充分融合了ccsds这一已经得到各个航天局广泛认可的国际化标准,包含了应用层、应用支持层、子网业务层、驱动层和硬件层等五个层次。针对其中最主要的应用支持层和子网业务层,本文给出了详细的设计和实现描述。最后,本文使用该框架进行了星务管理软件的开发,并在Window平台上对星务管理软件框架的各个功能进行了测试。本文通过对ccsds标准的应用,设计并实现了一个便于开发、测试和移植的星务管理软件框架,经测试该框架满足功能和非功能性需求,完成了预期的目标。

关键词：星务管理 ccsds 软件框架分层架构

基于TI DSP的ccsds标准Turbo码译码器设计

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基于TI DSP的CCSDS标准Turbo码译码器设计

作者：单厚智北京邮电大学

学位级别：硕士

1993年C. Berrou等人提出Turbo码以来,Turbo码以其优越的性能,已经成为越来越多的无线通信组织的信道编码标准。随着3G和4G技术的商业化,Turbo码已经证明了其存在的重大价值。在深空通信领域,由于传输距离远,信道条件苛刻,对信道编码要... 详细信息

1993年C. Berrou等人提出Turbo码以来,Turbo码以其优越的性能,已经成为越来越多的无线通信组织的信道编码标准。随着3G和4G技术的商业化,Turbo码已经证明了其存在的重大价值。在深空通信领域,由于传输距离远,信道条件苛刻,对信道编码要求极高,ccsds (Consultative Committee for Space Data Systems)标准也采用性能优良的Turbo码作为信道编码标准。由于Turbo码译码采用迭代结构的MAP (Maximum A Posteriori)算法,译码复杂度较高,为了降低译码时延,一般使用FPGA或者专用Turbo码译码加速器来实现。鉴于FPGA的价格昂贵加之Turbo码加速器的用途专一,在此本文选用DSP用来实现Turbo码译码功能。TI作为DSP厂商的领先者,成功推出多款成功的DSP芯片。本文选择TI最新推出的[MS320C6678型号芯片作为硬件平台,设计并实现ccsds标准Turbo译码器。本文首先论述了ccsds标准Turbo码的编译码结构,推导了BCJR译码算法及其对数域的LOG-MAP和MAX-LOG-MAP算法,同时讨论了带校验位输出的Turbo码译码算法的实现;接着从理论上分析了Turbo码的性能和影响因素,阐述了Turbo码交织器的设计准则和主要交织器的实现原理,并给出了ccsds标准Turbo码的性能仿真图;然后以实际例子具体讨论了TI DSP的软件流水优化技术,详细分析了七种优化方法及带来的性能提升;最后结合并行译码和软件流水技术,本文提出了六种关键优化方法,基于TI DSP设计并实现了ccsds标准高速Turbo码译码器,达到13Mbps的峰值译码吞吐率,满足实时信号处理要求。

关键词： ccsds Turbo译码器 DSP 多核并行软件流水

基于集成学习的ccsds空间链路层协议识别技术研究

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基于集成学习的CCSDS空间链路层协议识别技术研究

作者：朱明中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

学位级别：硕士

随着通信技术的快速发展,异构网络融合是通信网络发展的必然趋势。传统天基网络和地基网络虽然提供了多种功能和服务,但已经不能满足当前互联互通时代多元信息共享的发展需求。而实现异构网络融合,构建天地一体化的通信系统则可以充分... 详细信息

随着通信技术的快速发展,异构网络融合是通信网络发展的必然趋势。传统天基网络和地基网络虽然提供了多种功能和服务,但已经不能满足当前互联互通时代多元信息共享的发展需求。而实现异构网络融合,构建天地一体化的通信系统则可以充分发挥天基网络及地基网络的优势,实现两种网络节点的协同工作,促进多元信息融合共享。实现异构网络融合,构建天地一体化通信系统面临的挑战之一是在网络节点上对不同网络架构下的通信协议实现识别和转换。天基网络由于受到传输距离、大气层电磁信号干扰和卫星载体高速移动等因素的影响,具有传输时延高、链路不持续和高误码率与丢包率等特点。与天基网络相比,地基网络就相对稳定,具有传输时延较小、低丢包率与误码率和链路持续等特点。不同的应用场景导致通信协议的多样性。这也直接影响异构网络的互联互通,不利于多元信息的共享和利用。面对天地一体化通信系统天基网络中高误码率的传输特点,为保证各个异构网络之间的数据能够高效且可靠的传输,网关节点具备适应高误码率情况下的空间链路层协议识别的能力对实现异构网络融合、构建天地一体化通信系统具有重要意义。因此,本文研究了基于集成学习的协议识别技术,设计出具备抗误码能力且高效的空间链路层协议识别方法,以ccsds链路协议族作为识别对象搭建了协议识别系统,并通过实验验证了该方法在信道存在高误码的情况下具备可靠性。主要的研究内容如下:1)研究和分析了链路层ccsds协议体系。研究空间ccsds协议体系中链路层AOS协议标准、TM协议标准和TC协议标准,并在此基础上,分析链路数据一般特征。2)研究和分析了协议识别技术。研究协议识别技术的分类以及不同协议识别技术的特点,例如模式串匹配技术、关联规则挖掘技术和机器学习技术等,并分析不同识别技术的适应性。3)设计出基于集成学习的具备抗误码能力且高效的空间链路层ccsds协议识别方法,搭建该识别系统,对集成学习模型的参数进行调优,获得模型最优参数。在模拟和真实数据下验证本方案,实验结果表明了本文方案的可行性,并在识别效率以及高误码率情况下的识别准确率等方面具备优势。

关键词：定长帧协议识别变长帧协议识别集成学习机器学习 ccsds