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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。
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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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