有限缓存下高级在轨系统包复用技术研究

发布时间：2020-07-22 01:13

【摘要】：随着空间科学技术的飞速发展,人们对宇宙空间的探索需求日益增加,为了满足国际空间站对数据传输和管理系统的要求,科研人员提出了很多协议,其中高级在轨系统(Advanced Orbiting System,AOS)协议的使用频率比较高。近年来,根据大量的研究结果,可以看出,实际网络流量具有自相似的特性,而且缓存容量往往是有限的。故本文对有限缓存下基于自相似业务流的AOS包复用技术进行了研究。首先,对AOS协议及自相似业务流进行了研究,分析了自相似流量的产生原因,以及自相似过程的特点。对源包模型做出了简要的概述,对长相关模型进行了研究,验证了网络流量呈现自相似的特性。通过选择合理的ON/OFF自相似业务流量模型,建立了源包到达模型,分析出了数据包到达情况。根据推导出的理论公式进行仿真,仿真结果表明网络流量具有自相似性质。其次,对有限缓存下基于自相似业务流的自适应帧生成算法进行了研究。推导出了一系列自适应帧生成算法中的理论公式,包括自适应帧生成算法的缓存溢出概率、帧复用效率、平均帧生成时间以及平均包时延。将推导出的理论公式进行仿真,仿真结果表明,理论与仿真的曲线图拟合良好,因此充分验证了理论公式的准确性,同时也体现出推导思想的合理性。最后,在原有的源包到达模型基础上,建立了一种新的源包到达模型,并通过MATLAB对理论进行仿真,验证了理论的正确性以及模型的自相似性。而且本文还对高效率帧生成算法和自适应帧生成算法进行了性能上的比较,包括帧复用效率的比较、平均帧生成时间的比较、平均包时延的比较,并通过仿真验证了理论的正确性。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443
【图文】：

模型图,模型,物理信道,空间数据链

AOS系统不仅能够根据任务要求，以高速率同时传输多种任务，还能提、多样的双向传输业务。AOS协议之所以能够使用一个物理信道来传输多的数据，是靠把一个物理信道分成很多个虚拟信道(Virtual Channel,VC)，然一个高速数据流来实现的。而且，AOS协议为了能够提高数据传输的质量利用率，它采用了纠、检错方法和合理的合路机制[30]。AOS 协议共三个版本。AOS 空间数据链路协议第一版是在 2003 年 9 月，第二版于 2006 年 7 月发布，目前，前两版已经被废止，第三版于 2015 发布，标准号为 CCSDS732.0-B-3，与第二版相比，主要体现在第三版支持间数据链路安全（SDLS）协议。AOS 协议还对 CCSDS主网（简称 CPN)的模型进行了定义，它能够支持个用户对各种类型的数据操作业务，而且在空、地之间，将参与 CCSDS 的统组成一个具有分层与网络化的数据系统。CPN模型如图 2.1 所示：

格式,虚拟信道,源包

务接口的具体实现。2.1.1 AOS 数据单元格式为了能够在信号比较弱的空间链路上传输数据，AOS协议通过使用 AOS 传输帧来满足上述要求。AOS传输帧由主帧头、帧插入域、帧数据域和帧尾构成。其中，主帧头由主信道 ID、虚拟信道 ID、虚拟信道帧计数、信号域和帧头差错控制（可选）区等部分组成，帧尾包括操作控制域和差错控制域两部分，AOS 数据单元格式如下[31]：（1）CCSDS 源包 (CP_PDU)CCSDS源包要按照一个统一的格式来完成封装，这样才能满足在同一条虚拟信道中传输类型不相同的数据。其格式如图 2.2 所示。

格式,源包,包装业,传输类型

（1）CCSDS 源包 (CP_PDU)CCSDS源包要按照一个统一的格式来完成封装，这样才能满足在同一信道中传输类型不相同的数据。其格式如图 2.2 所示。图 2.2 CP_PDU 格式Fig.2.2 CP_PDU format（2）包装业务数据单元 (EPDU)EPDU 业务主要来源于网间业务，图 2.3 给出了 EPDU 格式。

【参考文献】