面向窄带非稳定网络环境中远程天文观测的高可靠数据通信系统

The Antarctic Kunlun Station area is one of the best ground-based astronomical stations, but it is completely unattended. Remote observing control and data acquisition can only rely on satellites. Communication link bandwidth is limited, traffic is expensive, and network stability is not guaranteed. The problems of data transmission cost, efficiency and ease of use in the actual observation process are urgently to be solved. In addition, for astronomical observations, most of the sites suitable for natural environment observation are located in inaccessible areas, and remote observation control and data transmission are one of the most basic requirements. However, such areas are generally difficult to connect to high-speed networks. The project intends to develop high-reliability and low-overhead data transmission methods and systems for unsteady narrow-band data links, providing convenient virtual data channels for remote observation control and data transmission in such network environments. And to develop a dedicated communication computer that supports multiple types of non-wired network access and intelligent management such as Iridium, Beidou, and cellular mobile communications, further simplifying the complexity of network deployment configuration at the observation site. The dedicated communication computer and data transmission system developed together can support the rapid construction of network access points and data channels in any region, and provide direct support for astronomical observation or site selection work without a wired network environment.

南极昆仑站区域是最佳地基天文台址之一，但因无人值守，远程观测控制与数据获取都只能依赖于卫星，通信链接带宽受限，流量费用昂贵，且网络稳定性不能保证，多年来实际观测过程中所遇到的数据传输成本、效率以及易用性方面的问题都亟待解决。此外，对于天文观测，自然环境适宜观测的台址大都位于人迹罕至的地区，远程观测控制与数据传输是最基本要求之一，但此类地区观测初期一般难以接入高速网络。为此，本项目拟面向非稳定窄带数据链路研发高可靠低开销的数据传输方法与系统，为此类网络环境中的远程观测控制以及数据传输提供便捷的虚拟数据通道；同时研制支持铱星、北斗、蜂窝移动通信等多类非有线网络接入和智能管理的专用通信计算机，进一步简化观测现场的网络部署配置的复杂度。所研制的专用通信计算机以及数据传输系统配合使用，可以支持在任意地区快速构建网络接入点和数据通道，为暂不具备有线网络环境的天文观测或选址工作提供直接支持。

在暂不具备有线网络环境的天文观测或选址工作中，存在数据传输不稳定、传输成本高、效率以及易用性差等问题，为缓解这些问题，需要一种面向非稳定窄带数据链路的高可靠数据传输方案。本项目基于铱星、北斗、蜂窝移动通信等多类非有线网络，研发了一套高可靠数据传输系统，并研制了双模卫星通信机样机。.本项目提出了基于双模卫星链路的高可靠数据传输系统，由四部分组成：数据源子系统、通信子系统、数据接收端子系统、前端控制子系统。该系统使用铱星、北斗双模卫星通信的方式保证在通信链路层面的可靠性和自主可控，提出并使用了基于双模通信链路的高可靠数据传输方法，通过多粒度收发控制、校验与确认机制、断点续传等机制保证数据传输的可靠性。此传输方法可以保证数据传输100% 的正确性，在链路不稳定时，应用自适应包大小的重传机制传输50K数据相较于固定段大小的重传机制所用的真实时间减少10.9%，效率更高、成本更低。同时，本项目研制了支持上述数据传输系统的双模卫星通信机样机。其中，工控机、PLC(可编程逻辑控制器)、通信模块、电压转换器、直流电源冗余模块、继电器开关等核心组件均使用双冗余设计，而且工控机选择双机冷备的方式，极大降低了系统功耗。.此外，为了完善此数据传输系统的功能，本项目围绕接收到的天文观测数据进行了归档存储优化、时序子图检索、光变曲线分析等多个方面的天文科学数据的研究工作。