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IP over CCSDS网关的设计与实现

作 者: 陈培俊
导 师: 韩宏
学 校: 电子科技大学
专 业: 软件工程
关键词: 天地网络一体化 AOS空间数据链路协议 CCSDS
分类号: TP393.05
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


随着Internet在全球互联通信中获得的巨大成功,空间技术的快速发展,未来通信领域如何拓展到太空中将成为了一个热门的研究方向。将地面网和空间网无缝的连接起来,组成天地网络一体化的互联网络系统已经引起了各国的关注。但是和地面传统的TCP/IP网络比起来,太空环境由于其本身的特殊性,所以会给空间网络的通信造成一定困难。这些问题主要是由于无线链路和卫星信道的物理结构,造成了数据传播时延大、数据传输效率低且是非对称、数据传输的错误率高,丢包频繁等。因此,不能将地面网中己经非常成熟的通信方式和协议照搬到空间网,空间网需要一套适合本身特点的协议。本文为了研究如何将互联网拓展到太空,首先研究空间数据系统咨询委员会制定的空间通信协议(Space Communication Protocol Specification,SCPS)。然后继续研读了IP协议与CCSDS协议的交换机制。最后得出了解决方案,在网络层,本文继续使用IP协议,虽然SCPS-NP是为空间网络专门制定的网络层协议,但是随着网络技术的发展,现在,IP协议不但不具有SCPS-NP的这些缺陷,而且往常不利的空间通信的条件也发生了较大的改变,CCSDS也建议允许将IP包与其它CCSDS网络层格式数据包一起放在CCSDS传输帧中传输。在数据链路子层,本文使用CCSDS委员会所特制的高级在轨系统(Advanced Orbiting Systems,AOS)空间数据链路协议。本文基于Linux操作系统,使用TUN虚拟网卡技术,通过搭建实际运行的IP over CCSDS网关系统。本文最后搭建了一套测试环境,在该环境下,对该网关系统进行了基本的功能测试、网关数据转发性能测试和错误校验性能测试等。本文通过功能测试,证明本文实现了IP over CCSDS网关系统;通过性能测试,证明网关的传输速率达到了要求。最终,通过实验验证了该设计方案的可行性。最后,针对该系统,本文提出了下一阶段要完成的任务。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 选题的背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究的现状  11-14
  1.3 本文的工作  14-16
  1.4 本文的结构  16-17
第二章 背景知识介绍  17-31
  2.1 IP 与空间通信环境  17-19
    2.1.1 TCP/IP 协议简介  17-18
    2.1.2 空间中的通信环境  18-19
  2.2 CCSDS 协议简介  19-30
    2.2.1 CCSDS 的发展  19-20
    2.2.2 CCSDS 协议结构  20-23
    2.2.3 AOS 高级在轨系统协议分析  23-30
  2.3 小结  30-31
第三章 IP over CCSDS 数据交换分析  31-42
  3.1 卫星网和地面网的IP 地址空间  32-33
  3.2 CCSDS 空间数据链路协议通道  33-35
  3.3 IP over CCSDS 网关的需求  35-41
    3.3.1 地面网向空间网发送数据  35-38
    3.3.2 空间网向地面网发送数据  38
    3.3.3 IP over CCSDS 网关的路由  38-40
    3.3.4 IP over CCSDS 网关的运行前提  40-41
  3.4 小结  41-42
第四章 系统的详细设计与实现  42-72
  4.1 系统的总体框架  42-45
  4.2 数据报收发  45-50
    4.2.1 数据报收发技术分析  46-50
    4.2.2 数据报收发技术选择  50
  4.3 AOS 空间数据链路层协议  50-62
    4.3.1 初始化协议栈  51-53
    4.3.2 AOS 服务接口设计  53-54
    4.3.3 AOS 数据包发送  54-55
    4.3.4 包服务设计  55-59
    4.3.5 OCF 和FG 服务设计  59
    4.3.6 VCF 服务设计  59-60
    4.3.7 MCF 服务设计  60-61
    4.3.8 其他服务  61-62
  4.4 IP 协议与 CCSDS 协议数据转换测试  62-71
    4.4.1 实验环境搭建  62-66
    4.4.2 基本功能测试  66
    4.4.3 网关转发性能对比测试  66-68
    4.4.4 错误校验性能对比测试  68-71
  4.5 小结  71-72
第五章 总结  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 网络设备
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