基于动态编码和前瞻重传的空间网络可靠传输机制研究

With the development of the exploring of out space of the earth, space has become the main field to be occupied by each country. As the infrastructure of space system, the space network is the main information exchange method which can improve the performance of existing space systems. The transport protocol is the key technology of space network and has been deeply researched in the past years. Retransmitting the lost packets according to the negative acknowledgement from the receiver has been extensively studied, while extending the packet coding technology to space network especially the deep space network still a new research topic. How to combine the advantages of packet coding and pre-retransmission remains to be untouched. In this proposal, we will study the positive and negative effects of packet coding and retransmission mechanism for the transport protocols of space network. Furthermore, we will try to combine the advantages of these two mechanisms, and propose some innovative transport protocols which can fulfill the requirements of typical applications for reliability and high performance. To validate the performance of proposed protocols, we will build emulation environment for space network. Through studious researches, we hope to provide some support for the future building of space network and deploying of typical applications.

随着人类对空间探索的不断深入，空间在政治、军事、经济等领域的战略地位日益提高，取得空间优势成为世界各国发展空间技术的首要任务。空间网络作为空间系统信息交换的基础设施，是实现空间系统效能最大化的核心信息纽带，空间信息可靠传输机制则是其基础性关键性技术，得到广泛关注。基于接收方反馈的报文重传机制在空间网络传输协议中已得到大量研究，但将报文编码技术应用到空间网络特别是深空网络的传输协议中才刚刚起步，而如何结合报文编码和前瞻重传机制的优势尚是研究的空白。本项目将深入分析报文编码和重传等机制对空间网络传输协议带来的正反两方面影响，以综合两类机制的优点为切入点，研究满足空间网络典型应用的对传输高可靠性和高吞吐量需求的新型传输协议，力争取得一些突破性的创新成果，并通过高逼真度仿真环境甚至在轨搭载进行性能测试和验证。项目预期研究成果将为我国空间网络的建设和实际应用的部署提供理论依据和技术支撑。

随着航天技术的不断进步和信息网络技术的飞速发展，空间信息网络技术得到了越来越多的关注，世界各国均将其作为未来太空领域的核心关键技术之一。空间信息网络协议体系与地面网络类似，依然是以分组交换为核心，以分层架构为基础。传输协议作为与应用直接接口的协议层次，其性能尤为关键。本项目主要针对空间信息网络链路长延迟、传输高误码和拓扑高动态的特点，围绕动态编码和前瞻重传两个核心思想，对空间网络可靠传输机制进行了较为全面的研究，取得了一批创新的成果。.项目组首先围绕近地空间网络，分析了以TCP协议为代表的面向连接协议和以UDP为代表的无连接协议，基于随机线性网络编码策略，将动态编码和前瞻重传机制与TCP和UDP结合，提出了TCP-NCAR(TCP- Network Coding Adaptive Retransmission)协议和BCD-WTP (Block-Coding Dynamic Wireless Transporting Protocol)；在此基础上，针对典型应用之文件传输，研究了如何在星地链路上通过编码和重传实现链路资源的高效利用，研究提出了状态感知的文件传输协议LA-FTP (Link-state Aware File Transfer Protocol)；最后，我们在研究中将目光投向离地球更远的深空网络，针对深空网络超长时延和高误码率的特点，通过将网络编码技术引入深空网络传输中，研究了基于网络编码的深空网络传输机制NCSTP（Network Coding based Space Transport Protocol），并针对深空网络存在突发丢包的特点，通过将编码块合理组合，提出了块组合编码机制BCC（Block Combination Coding）。.以上研究成果是项目组参与国家重大工程“天地一体化信息网络”论证前期准备工作的一部分，可为我国空间信息网络的建设和实际应用的部署提供理论依据和技术支撑。.