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面向深空通信網(wǎng)絡(luò)的高效文件傳輸策略研究

發(fā)布時間:2018-02-20 16:23

  本文關(guān)鍵詞: 深空通信 深空時變信道 CFDP協(xié)議 LTP協(xié)議 自適應(yīng)傳輸 出處:《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文 論文類型:學(xué)位論文


【摘要】:深空通信是保障空間科學(xué)活動順利實施的重要手段之一。隨著深空探測任務(wù)日趨精細(xì)、載荷性能不斷提升、基礎(chǔ)設(shè)施逐漸增多,深空通信呈現(xiàn)出業(yè)務(wù)類型多樣化、科學(xué)數(shù)據(jù)海量化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢,對提升數(shù)據(jù)傳輸效率帶來了極大的挑戰(zhàn)。本文面向深空通信的發(fā)展趨勢及需求,在明晰深空長距離及時變特性制約傳輸性能的基礎(chǔ)上,基于網(wǎng)絡(luò)化的多跳傳輸體制,通過優(yōu)化CFDP(CCSDS File Delivery Protocol)及LTP(Licklider Transmission Protocol)協(xié)議的傳輸機制,提出了CFDP雙重傳延遲型NAK(Negative Acknowledgement)傳輸協(xié)議,設(shè)計了匹配深空時變信道的CFDP自適應(yīng)傳輸策略,給出了LTP單會話異步加速重傳方案和LTP多會話數(shù)據(jù)聚合方法,探索了深空文件傳輸協(xié)議的傳輸機制與優(yōu)化方法,有效提升了深空環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸效率。具體研究了以下內(nèi)容:首先,論文研究了CFDP協(xié)議在AWGN(Additive White Gaussian Noise)信道中的高效傳輸問題。在明確Ka頻段信道特性及信道建模的基礎(chǔ)上,針對長距離帶來的長時延以及高誤碼率引起的頻繁重傳導(dǎo)致文件傳輸時延過長的問題,對延遲型NAK模式的傳輸過程在AWGN信道中建模,驗證了傳輸模型的正確性,仿真發(fā)現(xiàn)在深空環(huán)境下傳播時延與重傳回合數(shù)主導(dǎo)了文件傳輸時間;诮⒌木W(wǎng)絡(luò)模型及傳輸模型,采用減少重傳回合數(shù)來縮短文件傳輸時間的方法,提出了CFDP雙重傳延遲型NAK傳輸協(xié)議。在GEO(Geostationary Earth Orbit)、地月及地火場景中,對比驗證了協(xié)議在長距離、高丟包率深空鏈路上的高效傳輸性能。其次,論文研究了CFDP協(xié)議在深空時變信道中的自適應(yīng)傳輸問題。未來深空通信將廣泛采用Ka頻段傳輸,但降雨衰減嚴(yán)重影響著通信質(zhì)量。針對信道時變特性導(dǎo)致CFDP協(xié)議性能變差的問題,建立了時變信道模型及天氣狀態(tài)預(yù)測模型,設(shè)計了基于反饋信道狀態(tài)調(diào)整速率的自適應(yīng)傳輸策略。聯(lián)合天氣狀態(tài)預(yù)測模型將自適應(yīng)傳輸策略建模為部分觀測馬爾科夫決策過程,證明了傳輸策略的最優(yōu)性及策略選擇原則,確定了閾值的存在性及可選策略空間。給出了一閾值、二閾值情況下的增益閉合解,利用值迭代算法驗證了傳輸策略在兩種閾值空間內(nèi)的最優(yōu)性。在地火場景中,通過對比4種傳輸方案驗明了自適應(yīng)傳輸策略在深空時變信道中的有效性。第三,論文研究了LTP單會話傳輸中的異步加速重傳問題。因LTP仍然延續(xù)了CFDP延遲型NAK模式的設(shè)計思想,針對延遲型重傳機制在極長鏈路中導(dǎo)致重傳數(shù)據(jù)得不到及時恢復(fù)的問題,對LTP數(shù)據(jù)塊傳輸過程在AWGN信道中建模,在驗證傳輸模型正確性的基礎(chǔ)上,深入剖析了LTP單會話傳輸機制以及制約數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)囊蛩亍榱烁绲鼗謴?fù)丟失的數(shù)據(jù),提出了接收端提前觸發(fā)的異步加速重傳方案。推導(dǎo)了5種異步加速重傳情況下的平均文件傳輸時間,并對比了地月、地火場景中采用異步加速重傳前后的性能變化,證實了異步加速重傳方案能加速重傳啟動過程并縮短文件傳輸時間。最后,論文研究了LTP多會話傳輸及數(shù)據(jù)聚合問題。由于深空信道極其珍貴,針對LTP單會話傳輸中信道利用率不足的問題,提出了采用并發(fā)開啟多個會話來提高信道利用率的多會話傳輸機制。結(jié)合深空上下行信道非對稱特點以及提出的多會話傳輸機制,設(shè)計了LTP多會話數(shù)據(jù)聚合方法,基于對多會話數(shù)據(jù)聚合過程建模以及對制約數(shù)據(jù)聚合因素的數(shù)值仿真,給出了聚合數(shù)目的下界以及數(shù)據(jù)聚合的原則。通過仿真EORP(End of Red-Part)丟失對接收報告產(chǎn)生時間的影響,明晰了數(shù)據(jù)段丟失對接收報告的延遲作用機理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:TN915.0

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本文編號:1519425


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