發(fā)布時間：2018-02-20 16:23

  本文關鍵詞： 深空通信 深空時變信道 CFDP協議 LTP協議 自適應傳輸　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：深空通信是保障空間科學活動順利實施的重要手段之一。隨著深空探測任務日趨精細、載荷性能不斷提升、基礎設施逐漸增多,深空通信呈現出業(yè)務類型多樣化、科學數據海量化、信息傳輸網絡化的發(fā)展趨勢,對提升數據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上,基于網絡化的多跳傳輸體制,通過優(yōu)化CFDP(CCSDS File Delivery Protocol)及LTP(Licklider Transmission Protocol)協議的傳輸機制,提出了CFDP雙重傳延遲型NAK(Negative Acknowledgement)傳輸協議,設計了匹配深空時變信道的CFDP自適應傳輸策略,給出了LTP單會話異步加速重傳方案和LTP多會話數據聚合方法,探索了深空文件傳輸協議的傳輸機制與優(yōu)化方法,有效提升了深空環(huán)境下的數據傳輸效率。具體研究了以下內容:首先,論文研究了CFDP協議在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)現在深空環(huán)境下傳播時延與重傳回合數主導了文件傳輸時間�；诮⒌木W絡模型及傳輸模型,采用減少重傳回合數來縮短文件傳輸時間的方法,提出了CFDP雙重傳延遲型NAK傳輸協議。在GEO(Geostationary Earth Orbit)、地月及地火場景中,對比驗證了協議在長距離、高丟包率深空鏈路上的高效傳輸性能。其次,論文研究了CFDP協議在深空時變信道中的自適應傳輸問題。未來深空通信將廣泛采用Ka頻段傳輸,但降雨衰減嚴重影響著通信質量。針對信道時變特性導致CFDP協議性能變差的問題,建立了時變信道模型及天氣狀態(tài)預測模型,設計了基于反饋信道狀態(tài)調整速率的自適應傳輸策略。聯合天氣狀態(tài)預測模型將自適應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模式的設計思想,針對延遲型重傳機制在極長鏈路中導致重傳數據得不到及時恢復的問題,對LTP數據塊傳輸過程在AWGN信道中建模,在驗證傳輸模型正確性的基礎上,深入剖析了LTP單會話傳輸機制以及制約數據塊傳輸的因素。為了更早地恢復丟失的數據,提出了接收端提前觸發(fā)的異步加速重傳方案。推導了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多會話傳輸及數據聚合問題。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,設計了LTP多會話數據聚合方法,基于對多會話數據聚合過程建模以及對制約數據聚合因素的數值仿真,給出了聚合數目的下界以及數據聚合的原則。通過仿真EORP(End of Red-Part)丟失對接收報告產生時間的影響,明晰了數據段丟失對接收報告的延遲作用機理。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN915.0

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本文編號：1519425