面向深空通信网络中数据流业务的无码率传输协议研究

With the frequently deep space exploration and communication technique increasing, the big bulk-data files and streaming media services will gradually become the main contents loaded by the future deep space communication networks. At the present, delay and disruption tolerant networking has not satisfied the requirements of the big data streaming transmission, which will face the problem that how to adapt the high-dynamic and diversified deep space network environment in the future. The innovative researches on improving the transmission efficiency of data streaming service in deep space communication network are specially desiderated. This project firstly gives a composite transmission channel model of deep space data streaming, to describe the deep space link characteristics, i.e., propagation delays, predictable connections, random interrupts and channel errors. Secondly, based on rateless coding, the techniques of adaptive strategy, asynchronous collaboration and unequal error protection, are all designed to promote the throughput of data streaming service on deep space links and networks. Lastly, combining with DTN architecture, the rateless data streaming transmission protocols on bundle layer was proposed, to guarantee the quality of service and decrease the file transmission delay. Moreover, the simulation platform will be constructed for protocol performance testing. In summary, the research of this project is expected to provide a novel solution for big data streaming return transmission in future deep space exploration.

随着深空探测能力及传输技术的快速发展，大数据量文本及流媒体业务逐渐成为未来深空通信网络所需承载的主体内容。目前基于延迟/中断容忍网络的协议技术无法支撑大容量数据流业务的传输需求，面临着无法与未来高动态、复杂化的深空通信环境相适应的难题，探索提升深空通信网络中数据流业务的传输效率的研究方法迫在眉睫。本项目首先建立深空数据流业务的复合传输信道模型，表征包含传播时延、可预期连接、随机中断、信道差错等因素在内的深空链路特性；进而，基于无码率编码设计适用于数据流业务的自适应传输策略、异步协作方案及不等差错保护算法，提升数据流业务在深空通信链路及网络中的传输吞吐量；最后，结合DTN网络体系架构，提出基于BP汇聚层的无码率数据流文件传输协议，保障重要数据流业务的服务质量，降低文件传输时延，并搭建仿真平台对协议性能指标进行测试。通过本项目的研究，将为未来深空大容量探测数据的高效回传提供可行的技术方案。

本项目聚焦国内外深空探测与空间通信的快速发展趋势，以大容量数据流业务在深空网络化传输体制内的传输效率提升为根本解决问题，在链路频繁中断、长延迟、拓扑变化的通信环境下，通过无码率编码与延迟中断容忍网络协议的联合优化设计，实现数据流业务的高效可靠传输。本项目从2017年申请到2020年12月结题的项目执行期内，按照计划书的预定目标和技术路线开展了相应的研究，完成了全部研究内容，具体包括以下几个方面：.（1）深空数据流传输信道模型与自适应无码率编码策略.（2）深空异步无码率协作网络传输方案与非等差错保护策略.（3）深空机会式网络图模型与无码率中继转发方案.（4）深空DTN网络协议与网络编码联合设计.（5）深空探测通信网络仿真测试平台设计与实现.通过本项目的研究，拓展了深空探测通信网络的信息传输理论与方法，为我国未来构建火星探测网络和星际互联网等研究计划提供了一定的技术方案。研究内容中的时变拓扑分析、轨道参数设计、自适应无速率编码策略、分布式编码协作、协议聚合分块优化等关键技术，能够为我国空间信息网络的高质量信息服务提供有力支撑。同时，完成了DTN网络存算传一体化仿真演示平台，对DTN网络存算传一体化资源分配方法进行了仿真，并对能够对深空探测任务进行实景化演示。.项目执行期间，发表学术论文38篇，其中期刊论文21篇（20篇为SCI检索论文），会议论文17篇（均为EI检索论文），标注率100%，超额完成了计划书中预定的10篇学术论文的研究任务；参与了9次国际学术会议，申请及授权国家方面专利13项，超额完成了计划书中预定的4项发明专利的研究任务；同时培养博士后人员出站1名，博士研究生毕业1名，硕士研究生毕业6名。