《基於中繼協作的深空通信檔案傳輸機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由楊志華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於中繼協作的深空通信檔案傳輸機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊志華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對深空環境下信息傳輸的大時延、大衰減與鏈路間歇斷續特點，本課題提出以Ka波段的中繼協作機制解決深空鏈路中檔案傳輸問題，探索深空中繼通信體制下檔案協作傳輸的機理，重點研究何時協作、協作能力及如何協作等內容。課題首先建立受地球大氣噪聲溫度影響的Ka波段深空檔案協作傳輸的信道模型，模型中綜合考慮了Ka波段信號的傳播特性和深空檔案傳輸過程的特點。在此基礎上，從深空中繼節點參與協作的時間及所使用的存儲容量兩個角度聯合考慮，給出了基於多維Markov鏈模型的中繼節點協作能力的評估指標，並以中繼星節點的存儲-轉發機制為核心設計深空多鏈路的檔案協作傳輸協定，以有效提高深空目標太空飛行器的功率使用效率，降低檔案傳輸的時延。
結題摘要
深空Ka波段數據通信，不僅面臨Ka波段鏈路存在受地球天氣變化影響而可用性降低，導致數據傳輸過程需要頻繁切換，進而造成數據傳輸效率下降的問題。另外，深空通信距離極遠所造成的誤碼率高、傳播時延長、鏈路易中斷等通信困難，使得空間數據諮詢委員會所建議的檔案傳輸協定(CFDP)在深空數據傳輸任務中的效率急劇下降。針對上述問題，本課題面向Ka波段深空信道，採用基於分段中繼通信體制，引入中繼節點存儲轉發機制進行協定改進設計。首先，根據Ka波段信道建模，本文首先提出了一種信道預測的新算法，即通過CFDP包頭預留字來攜帶代表天氣狀態的信息，在CFDP反饋重傳時通過兩狀態預測模型，推算下一時刻傳送端的信道狀態。然後，設計了選擇等待CFDP機制來減輕由於信道狀態變化而帶來的檔案傳輸時延的浪費，達到了CFDP協定最佳化的初衷，即提高深空通信系統的有效性。基於上述中繼協定和深空Ka波段特性，提出了一種新穎的基於天氣變化敏感的Ka波段鏈路的中繼CCSDS檔案傳輸協定設計方案。此方案將深空鏈路劃分為天氣敏感鏈路段和天氣不敏感鏈路段，以雙跳傳輸方式代替傳統的單跳鏈路傳輸。給出了所設計協定的詳細傳輸機制，同時對檔案的平均傳輸時延和鏈路效率進行了數學建模。基於此數值模型，討論了關於最小化的檔案傳輸時延的中繼節點位置問題。仿真結果表明：與傳統的CFDP協定方案相比，特別是在信道環境惡劣情況下，此協定方案能有效地減少檔案傳輸時延，提高鏈路效率。課題緊密跟蹤國際深空通信的發展趨勢，對CCSDS建議的容延遲/中斷網路架構(DTN)進行了初步研究。研究了DTN中間節點記憶體動態特性，提出了基於多維馬爾可夫鏈的記憶體分析模型，用於評估空間DTN中間節點的動態記憶體特性。同時，推導出了時延性能指標和數據束（bundle）投遞成功機率指標，分析了中間節點記憶體的動態特性。項目執行期間，總計發表SCI檢索文章4篇，EI檢索文章2篇， 申請國家發明專利10項。培養博士後人員1人，獲得中國博士後基金面上資助1項，培養博士研究生1人，碩士研究生6人。參加國際會議兩次。
