面向地月机会式网络的数据流编码传输方案研究

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随着新一轮探月工程的兴起,实现地月间高效通信越来越受到世界各国的广泛关注,作为未来载人登月的必要保障,通信系统的实时性和可靠性将对各项科学探测项目产生重大影响。由于业务的多样化,地月间通信业务类型已经从文本业务向各种流式传输的大数据量业务进行转变,且位于月球背面的源节点和位于地面的目的节点不存在直接可达的链路,传统点对点的通信方式已经无法满足未来地月通信的发展需求,组建包括地月中继卫星、环月卫星及已有地球侧混合星座的地月通信网络,并提出面向网络化的地月通信流式传输方案是未来月球探测领域的重点研究问题。相比较于传统互联网,地月通信网络所表现出的机会式网络特点使得目前各种基于静态拓扑的传输机制无法取得良好效果。本文主要针对未来地月通信的网络化传输问题,以减少数据传输时延及网络耗能为目标,考虑地月机会式网络环境下的链路与节点动态性等约束条件,建立流式传输模型,提出基于无码率编码的自适应传输策略,实现流式数据的高效可靠传输。具体围绕以下几方面展开研究:针对地月机会式网络下的传输机制问题,本文通过信息流图分析了数据在系统中的存储和流动过程,基于时间切片静态图模型对网络中数据流动和能量损耗进行分析。引入无码率编码技术来应对传输过程中链路长时延问题,基于链路条件对转发符号进行编码设计,并与节点单跳选择方案相结合,构成基于流式传输模型的编码转发方案。通过解决优化问题设计链路稳定性函数,求解最优的多跳链路传输路径,从而减小大容量流式业务在地月空间通信网络下的传输延迟和能量开销。关注到未来地月机会式网络的发展需求,研究了不同种类业务在地月机会式网络下的传输策略问题。针对延迟敏感度和可靠性敏感度等指标,给出了两种敏感度与链路稳定性函数权值的映射关系,用于对不同业务类型的节点转发。同时在编码方面,以鲁棒弧波分布为例,分析了业务特性对编码方式的影响。基于所提出的编码传输方案,通过对业务特性对链路稳定性函数和编码冗余的影响机制进行理论分析,提出了面向业务优先级的改进方案,以提高业务接收率,通过对时延和能耗进行均衡,提高了地月机会式网络对不同业务类型的传输效率。
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