文档介绍：Studies of Space munication
Transport Protocol in Unified Information
Networks
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Docter’s Degree of Engineering
By
Yong Liao
Supervised by Professor Shizhong Yang
Specialty: Communication and Information System
College munication Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
April, 2014
中文摘要
摘要
近年来,随着我国航空航天的迅速发展,构建天空地一体化的测控通信网(统
一信息网,UIN)的需求变得更加急迫,这是因为该网络可以①解决空间飞行器的
全程测控与导航问题;②解决航天资源重复建设、利用率低、信息量少的问题;
③解决空间遥感大数据量信息传输,特别是实时传输问题;④解决移动通信全球
覆盖问题;⑤解决深空探测中继问题;⑥解决航空信息子网等诸多问题。由此可
见,构建和发展 UIN 对我国而言,具有非常重要的意义。
目前,总装、总参、中国工程院、国家自然科学基金委等多家单位都在研究
天空地一体化测控通信网,但是构建天空地一体化测控通信网是一个宏大的计划,
需要做大量的具体技术充实。
在此大环境下,本课题以中国工程院重点咨询项目―空间信息网(SIN)的构建研
究‖和中国空间技术研究院西安分院项目―天空地一体化测控通信网的研究‖为依
托,重点研究了空间数据通信协议规范中的传输协议。
本文主要工作如下:
①指出了研究空间通信协议规范传输协议(SCPS-TP)的现实意义。它是空间
数据通信特性的需要,是与国际发达国家接轨以及转化和应用 SCPS 的需要,也是
构建我国自主统一信息网的需要。
②提出了一种基于有线等效网络(WEN)的空间信息网构架,包括空间局域网
(SLAN)、空间广域网(SWAN)和越区切换协议。WEN 把空间飞行器按区域、轨道
和功能来分集组网。众多飞行器之间物理上是通过无线链路连接的,但在一定时
间和一定条件下,可认为 WEN 是一个用若干长到几万公里的光缆、电缆柔性(或
弹性)连接成的有线网络。
③完整阐述了空间通信协议规范传输协议的性能特点,与地面无线网络 TCP
相比,SCPS-TP 在误比特率、往返时间、连接的连续性、前向和后向的链路性能、
CPU 和内存容量、通信目的和数据丢失原因等方面都存在较大差异,同时根据这
些性能差异,在地面 TCP 的基础上,进行了适应性的改进,从而形成适合空间数
据通信的 SCPS-TP。另外,笔者还独立翻译并整理出 SCPS-TP 蓝皮书中译本。
④研究了美国的 MITRE 公司开源的 SCPS-TP 源代码,介绍了该项目产生的
背景、代码的组织结构、主要文件说明,分析了 SCPS 的关键函数并进行了注解,
说明了可执行程序的操作,最后通过搭建实验室测试床对代码进行了验证。
⑤深入研究了地面无线通信中能有效提高吞吐量的传输控制协议/网络编码
(TCP/NC)技术,详细描述了其算法的理论基础和具体实施过程,并通过数学建模
I
重庆大学博士学位论文
进行了吞吐量的推导,最后通过仿真验证了该技术的有效性。
⑥结合空间数据通信的特点和地面无线通信的 TCP/NC 的优点,提出了一种
改进的 TCP/NC 技术 SCPS-TP/NC,该技术可应用于空间数据通信。给出了算法设
计的详细流程,并搭建了基于 NS2 的仿真平台。在 NS2 平台中,主要实现了
SCPS-TP 和 NC 协议栈。通过仿真,验证了 SCPS-TP/NC 可以有效地提高端到端
系统的吞吐量。
相对于地面无线网络通信来说,由于空间通信协议的验证难度较大,本课题
的很多工作目前也是基于理论的推导和实验室仿真,还有很多理论到实践的工作
还需要在未来的工作中进一步落实。
关键词:一体化网络;空间通信协议规范;传输控制协议;网络编码;网络模拟
II
英文摘要
ABSTRACT
In recent years, wi