星际互联网模型及编码路由算法研究

随着深空探测任务的增加，网络化是深空通信的发展趋势。深空通信网络具有巨大的时延、分组易丢失、连接间断性、拓扑变化等特殊性，而且深空信道的上下行信道不对称甚至没有反向信道，因此采用传统的方式实现数据可靠传输时效率极低，当传输时延大于连接时间时数据传输甚至变得不可能。本课题将从深入分析深空通信中节点、链路和拓扑的特性出发，利用网络和图论研究深空通信网络体系结构，提出星际互联网网络模型，设计高效的协议模型，在以上研究基础之上通过数字喷泉和网络编码技术解决星际互联网中的路由问题，提出编码路由算法。

随着深空探测任务的增加，网络化是深空通信的发展趋势。深空通信网络具有巨大的时延、分组易丢失、连接间断性、拓扑变化等特殊性，而且深空信道的上下行信道不对称甚至没有反向信道，因此采用传统的方式实现数据可靠传输时效率极低，当传输时延大于连接时间时数据传输甚至变得不可能。本课题首先在点对点通信领域进行了研究，提出了一种新的改进型FQPSK调制方式——CEEFQPSK，CEEFQPSK的误码率性能与传统FQPSK相比至少有0.5dB的改善，最多可达到2dB；提出了一种新的自适应归一化最小和LDPC码高效编码构造及译码算法，提高了译码性能。然后，对IPN网络体系架构进行了研究，将IPN分为地球网、骨干网和行星网3个自治域，以此为基础提出了新的IPN协议模型和数据包封装结构。提出了基于拉格朗日点的IPN骨干网分层分簇的组网方法，将同一行星轨道内的拉格朗日点相对位置固定组成簇，将链路分成簇内链路和簇间链路，给出了簇间链路的配对和切换方案；以地火不间断通信为例，研究了火星MSO中继接入方案，火星MSSO中继接入方案，地球地面站接入方案和地球中继卫星接入方案，实现地火通信链路的实时不间断连接。在LT码研究方面，提出次优度分布函数，编译码复杂度低，对提高系统的分发效率具有实用价值；提出了非规则LT码，增加了高优先级数据的恢复率，提高了总的数据恢复率和数据总体恢复性能；提出能够有效消除停止集影响的BPML译码算法，该算法能够显著提高LT码的译码效率，同时保持了BP算法译码复杂度低的优点；开发了数字喷泉演示验证平台，对数据分发性能进行了测试，结果表明，当分发数据较小，对分发时间没有严格要求，且系统的信道资源极度紧张时，LT码更加适合。本课题还对网络编码在IPN中的应用进行了研究，提出了基于网络编码的IPN行星网协同点对点信息交换算法——NCPIE，极大提高了信息交换的有效性和可靠性；提出了一种改进的基于网络编码的广播重传策略——INCBR算法，其重传效率高，实现复杂度低，可有效保证行星网中广播数据的快速、可靠发布。针对IPN网络大尺度，骨干节点相对运动速度较小，拓扑变化较慢的特点，提出了两种链路状态与拓扑快照相结合的路由优化方案——业务加权的路由优化方案以及基于K 短路径的路由优化方案。