【摘要】：近年來，隨著我國航空航天的迅速發(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)航問題；②解決航天資源重復(fù)建設(shè)、利用率低、信息量少的問題；③解決空間遙感大數(shù)據(jù)量信息傳輸，特別是實(shí)時(shí)傳輸問題；④解決移動(dòng)通信全球覆蓋問題；⑤解決深空探測(cè)中繼問題；⑥解決航空信息子網(wǎng)等諸多問題。由此可見，構(gòu)建和發(fā)展UIN對(duì)我國而言，具有非常重要的意義。 目前，總裝、總參、中國工程院、國家自然科學(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： ①指出了研究空間通信協(xié)議規(guī)范傳輸協(xié)議(SCPS-TP)的現(xiàn)實(shí)意義。它是空間數(shù)據(jù)通信特性的需要，是與國際發(fā)達(dá)國家接軌以及轉(zhuǎn)化和應(yīng)用SCPS的需要，也是構(gòu)建我國自主統(tǒng)一信息網(wǎng)的需要。 ②提出了一種基于有線等效網(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、軌道和功能來分集組網(wǎng)。眾多飛行器之間物理上是通過無線鏈路連接的，但在一定時(shí)間和一定條件下，可認(rèn)為WEN是一個(gè)用若干長到幾萬公里的光纜、電纜柔性（或彈性）連接成的有線網(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)皮書中譯本。 ④研究了美國的MITRE公司開源的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)、主要文件說明，分析了SCPS的關(guān)鍵函數(shù)并進(jìn)行了注解，說明了可執(zhí)行程序的操作，最后通過搭建實(shí)驗(yàn)室測(cè)試床對(duì)代碼進(jìn)行了驗(yàn)證。 ⑤深入研究了地面無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)施過程，并通過數(shù)學(xué)建模進(jìn)行了吞吐量的推導(dǎo)，最后通過仿真驗(yàn)證了該技術(shù)的有效性。 ⑥結(jié)合空間數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)和地面無線通信的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)于地面無線網(wǎng)絡(luò)通信來說，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)踐的工作還需要在未來的工作中進(jìn)一步落實(shí)。
【圖文】：

圖 2.1 WEN 組網(wǎng)拓?fù)銯ig. 2.1 Networking topology of WEN③ 建立空間廣域網(wǎng)SWAN(Space Wide Area Network)。雖然空間眾多飛行器在時(shí)-空域大尺度變化，但在星座設(shè)計(jì)中，還是可設(shè)置一些點(diǎn)是相對(duì)固定的。它們是同步衛(wèi)星和地面站。把這些點(diǎn)經(jīng)寬帶星際鏈路ISL、星地鏈路SGL連接成骨干網(wǎng)，如圖2.1中粗細(xì)所示�，F(xiàn)在把若干SLAN經(jīng)骨干網(wǎng)構(gòu)成SWAN，即SIN。這樣，把一個(gè)隨時(shí)空變化網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橄鄬?duì)靜止的網(wǎng)絡(luò)。SWAN由同步軌道上的3顆以上TCS和地面測(cè)控通信管理中心(GTCMC)以及眾多MS（即USER）組成。骨干網(wǎng)的星座設(shè)計(jì)如圖2.2所示。TCS東和TCS西的位置可由GTCMC精確確定。TCS中的位置可由已知的TCS東和TCS西的位置和測(cè)量的ISL1、ISL2、ISL3距離和角度確定。圖2.2中標(biāo)出的經(jīng)緯度和單址多址天線的視場角度完全是舉例，可以是其他值。SWAN覆蓋出兩極外的全球。這樣，在GTCMC就可以對(duì)全球的網(wǎng)內(nèi)MS進(jìn)行管理與通信。

圖 2.2 WEN 組網(wǎng)鏈路示意圖Fig. 2.2 Networking Links of WEN④ MS的越區(qū)切換。越區(qū)切換保證繞地球飛行的USER無縫與SWAN連接。實(shí)現(xiàn)GTCMC能對(duì)USER進(jìn)行透明的測(cè)控通信。當(dāng)MS從TCS1管轄的SLAN1飛到TCS2管轄的SLAN2要進(jìn)行越區(qū)切換,即在SLAN1與SLAN2的空域交集區(qū)完成下述越區(qū)切換協(xié)議。2.4 具體實(shí)施方式實(shí)施上述發(fā)明內(nèi)容，在戰(zhàn)略上是國家行為，在戰(zhàn)術(shù)上，需采用世界公認(rèn)的集成創(chuàng)新方法，，使1+1>>2。除集成資料[46]-[51]技術(shù)外，還有很多已有技術(shù)可借用，當(dāng)然，這些單項(xiàng)技術(shù)不屬本專利范圍。WEN的主要研究內(nèi)容是星座設(shè)計(jì)、越區(qū)切換，骨干網(wǎng)與接入網(wǎng)鏈路、多目標(biāo)測(cè)控和通信、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與關(guān)口轉(zhuǎn)換-中繼。具體如下：① 星座設(shè)計(jì)應(yīng)使我境內(nèi)的GTCMC 能對(duì)覆蓋全球的3顆TCS，作精密TTC與通
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN915.04

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉振浩;張明智;王燕;韓志軍;;基于分層結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星動(dòng)態(tài)接入網(wǎng)絡(luò)建模研究[J];指揮控制與仿真;2010年06期

2 陳宇;孟新;張磊;;空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系分析[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2012年06期

本文編號(hào)：2545799