深空通信中分布式喷泉码的仿真与实现

发布时间：2017-05-29 23:08

  本文关键词：深空通信中分布式喷泉码的仿真与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：深空探测是近年来人类在探索未知宇宙方面所进行的重要努力之一。而深空环境下的通信传输又成为深空探测领域的重要研究方向。然而要实现可靠的深空通信，又存在着诸多困难。传统网络中广泛应用的诸多技术已无法满足深空通信中的传输需求。近年来，喷泉码以其特殊的性能与优势成为了深空通信中信道编码的主要方式。而随着研究的深入，分布式LT码越来越受到人们的关注。这是一种对LT码的改进，在多信源单中继模型下具有较LT码更加出色的性能。 本文对分布式喷泉编码在深空通信中的应用进行了仿真分析和实验验证。第一部分介绍了分布式LT码的基本原理，其中包括了详细的两信源与四信源分布式LT码的度分布推导过程，信源节点的编码方式和中继节点的处理策略。最后介绍了一种通过对信源度分布的改进从而提高译码性能的算法。第二部分内容为仿真实现。一方面通过网络仿真，给出基于分布式LT码在不同条件下的译码性能，并与普通LT码进行对比分析。另一方面开发了基于分布式LT码的D-FDP通信协议的完整协议栈，验证了分布式LT码以及D-FDP协议在深空条件下优异的性能。 本文有两项创造性工作：第一项为首次使用了NS3软件作为网络仿真平台，通过搭建虚拟的网络拓扑，配置链路参数，，实现节点行为，模拟分布式LT码Y型通信模型，对分布式LT码与基于分布式LT码的应用层协议D-FDP的性能进行仿真，并且分别选择LT码与CFDP协议进行性能对比，验证了理论假设。第二项为使用硬件平台，通过读取卫星运行星历模拟深空通信网络中各节点的行为，基于此平台开发了完整的通信协议栈，并首次使用了基于分布式LT码的D-FDP协议作为应用层协议。然后经过数次的运行与统计，得出D-FDP协议与CFDP协议的性能对比。通过网络软件仿真与硬件实现两种方式，为进一步的理论研究与工程实践给出了可行性指导，并得出了结论：分布式LT码在实际应用中具有较为良好的性能，能够满足深空通信中对于传输可靠性以及有效性的基本需求。
【关键词】：深空通信 分布式LT码 分布式喷泉传输协议 NS3
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22;TN927
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究目的与意义11-12
• 1.3 研究现状12-14
• 1.3.1 深空探测研究现状12
• 1.3.2 喷泉编码技术研究现状12-13
• 1.3.3 分布式喷泉码的研究现状13-14
• 1.4 论文主要内容及结构安排14-15
• 第2章 喷泉码编译码原理15-38
• 2.1 引言15
• 2.2 信道特性15-16
• 2.3 典型喷泉码举例16-18
• 2.3.1 LT 码16-17
• 2.3.2 Raptor 码17-18
• 2.4 LT 码编译码原理18-24
• 2.4.1 随机序列18-19
• 2.4.2 度分布设计19-20
• 2.4.3 编码算法实现20-21
• 2.4.4 译码算法实现21-24
• 2.5 两信源分布 LT 码24-29
• 2.5.1 两信源单中继 Y 型通信模型24-25
• 2.5.2 DLT-2 度分布的构造与实现25-28
• 2.5.3 两信源分布式 LT 码中继策略28-29
• 2.6 四信源分布式 LT 码29-32
• 2.6.1 四信源单中继通信模型29-30
• 2.6.2 DLT-4 度分布的构造与实现30-31
• 2.6.3 MLT-4 编码的实现31-32
• 2.7 基于度分布的分布式 LT 码优化32-38
• 2.7.1 研究背景32-34
• 2.7.2 MDSD 分布的构造与实现34-36
• 2.7.3 基于 MDSD 分布的中继策略36-38
• 第3章 分布式 LT 码网络仿真38-60
• 3.1 引言38-39
• 3.2 NS3 仿真平台简介39
• 3.3 网络拓扑的搭建与深空信道配置39-45
• 3.3.1 NS3 平台架构39-42
• 3.3.2 Y 型模型网络在 NS3 下的搭建与配置42-45
• 3.4 仿真关键算法的实现45-52
• 3.4.1 网络仿真中使用的通信协议45-48
• 3.4.2 LT 码与分布式 LT 码编码实现48-51
• 3.4.3 LT 码译码实现51-52
• 3.5 普通 LT 码与分布式 LT 码的性能仿真与分析对比52-60
• 第4章 基于分布式 LT 码的协议实现与验证60-78
• 4.1 硬件平台简介60-66
• 4.1.1 总体方案60-61
• 4.1.2 硬件平台配置61-66
• 4.2 硬件平台协议栈的设计与实现66-72
• 4.2.1 深空通信环境模拟的实现66-68
• 4.2.2 协议栈关键算法的实现68-72
• 4.3 测试结果与分析72-78
• 第5章 总结与展望78-80
• 参考文献80-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 刘嘉兴;;走向深空——测控通信的发展方向[J];电讯技术;2006年02期

2 翟政安,罗伦,时信华;深空通信信道编译码技术研究[J];飞行器测控学报;2005年03期

3 林墨;深空测控通信技术发展趋势分析[J];飞行器测控学报;2005年03期

4 王一然,刘晓川,罗开元;国际深空探测技术发展现状及趋势[J];国际太空;2003年02期

5 甘仲民;;深空通信[J];数字通信世界;2005年06期

6 李璐颖;吴湛击;王文博;;喷泉码编译码原理研究和分析[J];中国新通信;2010年07期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 朱宏杰;喷泉码编译码技术与应用研究[D];清华大学;2009年

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本文编号：405887