深空通信數據傳輸協議的優(yōu)化設計.pdf

1、深空通信網絡與地面網絡在物理環(huán)境特性和信息傳輸業(yè)務需求上有著很大的不同,面臨著鏈路可靠性傳輸以及端到端有效性傳輸等多方面的挑戰(zhàn)。隨著深空探測范圍的增大、通信傳輸距離趨近極限,最直接的影響是能量損耗以及傳播時延的增加。近年來,隨著深空探測通信距離的日益增加,導致路徑損耗進一步增大,使用傳統(tǒng)的 TCP/IP協議的傳輸效率很低,甚至無法有效建立端到端的TCP連接;同時,巨大的通信傳播時延和鏈路易中斷的特點使得基于反饋重傳方式的傳輸協議等待時間

2、較長且頻繁中斷,嚴重影響了通信質量。因此,如何在大損耗、超遠距離的空間環(huán)境下實現更加有效的信息可靠傳輸是深空通信亟待解決的關鍵難題。
　　本文首先在Ka波段的信道條件下,通過對地面站天氣狀體進行預測建模,結合預測模型改善傳統(tǒng)CFDP協議的傳輸機制。與X、C等其他波段相比,Ka波段具有的最大優(yōu)勢是可用頻段寬,這在當今日益短缺的空間通信頻段資源的情況下,無疑是未來深空信息傳輸頻段的必然選擇。但是,Ka波段的重要特點,同時也是選擇這一波

3、段的缺點是 Ka波段收到大氣層天氣影響導致的信號衰減較大,極大的影響了通信系統(tǒng)的工作效率。同時,由于深空通信自身物理環(huán)境的特點(傳輸路徑長、傳輸時延大等),CCSDS空間委員會針對于深空探測提出了以否定指令重傳為基礎的CFDP協議,但仍存在許多缺陷,需要多方面完善。綜合以上兩點,本文設計一種可以抵抗 Ka波段信道天氣影響的改進型的CFDP協議,即選擇等待CFDP協議,將天氣狀態(tài)預測模型與協議傳輸機制有效結合。通過仿真實驗論證,在地-火文

4、件傳輸過程中,選擇等待CFDP性能相對于傳統(tǒng)的CFDP協議在文件傳輸時延上的性能較好,可以有效提高深空傳輸層協議的有效性。另外,考慮到未來面向深空探測的星際互聯網( IPN, InterPlaNetary Internet)的發(fā)展,及長時延、高誤碼率、非對稱帶寬以及間歇性等空間鏈路特點,將延遲容忍網絡(DTN,Delay Tolerant network)引入到深空通信中來。文章先討論了LTP協議(Licklider Transmiss