本文關(guān)鍵詞： 深空通信 深空時(shí)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(dòng)順利實(shí)施的重要手段之一。隨著深空探測(cè)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(shì),對(duì)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(shì)及需求,在明晰深空長(zhǎng)距離及時(shí)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(jī)制,提出了CFDP雙重傳延遲型NAK(Negative Acknowledgement)傳輸協(xié)議,設(shè)計(jì)了匹配深空時(shí)變信道的CFDP自適應(yīng)傳輸策略,給出了LTP單會(huì)話異步加速重傳方案和LTP多會(huì)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(jī)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(duì)長(zhǎng)距離帶來的長(zhǎng)時(shí)延以及高誤碼率引起的頻繁重傳導(dǎo)致文件傳輸時(shí)延過長(zhǎng)的問題,對(duì)延遲型NAK模式的傳輸過程在AWGN信道中建模,驗(yàn)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(shí)延與重傳回合數(shù)主導(dǎo)了文件傳輸時(shí)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(shí)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(chǎng)景中,對(duì)比驗(yàn)證了協(xié)議在長(zhǎng)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(shí)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(duì)信道時(shí)變特性導(dǎo)致CFDP協(xié)議性能變差的問題,建立了時(shí)變信道模型及天氣狀態(tài)預(yù)測(cè)模型,設(shè)計(jì)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(cè)模型將自適應(yīng)傳輸策略建模為部分觀測(cè)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(yàn)證了傳輸策略在兩種閾值空間內(nèi)的最優(yōu)性。在地火場(chǎng)景中,通過對(duì)比4種傳輸方案驗(yàn)明了自適應(yīng)傳輸策略在深空時(shí)變信道中的有效性。第三,論文研究了LTP單會(huì)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(jì)思想,針對(duì)延遲型重傳機(jī)制在極長(zhǎng)鏈路中導(dǎo)致重傳數(shù)據(jù)得不到及時(shí)恢復(fù)的問題,對(duì)LTP數(shù)據(jù)塊傳輸過程在AWGN信道中建模,在驗(yàn)證傳輸模型正確性的基礎(chǔ)上,深入剖析了LTP單會(huì)話傳輸機(jī)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(shí)間,并對(duì)比了地月、地火場(chǎng)景中采用異步加速重傳前后的性能變化,證實(shí)了異步加速重傳方案能加速重傳啟動(dòng)過程并縮短文件傳輸時(shí)間。最后,論文研究了LTP多會(huì)話傳輸及數(shù)據(jù)聚合問題。由于深空信道極其珍貴,針對(duì)LTP單會(huì)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(gè)會(huì)話來提高信道利用率的多會(huì)話傳輸機(jī)制。結(jié)合深空上下行信道非對(duì)稱特點(diǎn)以及提出的多會(huì)話傳輸機(jī)制,設(shè)計(jì)了LTP多會(huì)話數(shù)據(jù)聚合方法,基于對(duì)多會(huì)話數(shù)據(jù)聚合過程建模以及對(duì)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(duì)接收?qǐng)?bào)告產(chǎn)生時(shí)間的影響,明晰了數(shù)據(jù)段丟失對(duì)接收?qǐng)?bào)告的延遲作用機(jī)理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN915.0

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