空间站因特网接入网关协议转换的设计与实现

论文摘要

载人航天工程是我国航天史上规模最大、系统最为复杂,技术难度和安全性要求最高的国家重点工程。我国载人航天分“三步走”的发展战略,继实现航天员出舱活动之后,我国将发射自己的空间实验室,突破一些短期有人照料的空间应用问题,为以后建设空间站,实现航天员的长期驻守做准备。国际空间站建设之初没有考虑因特网接入问题,为了满足日后我国的航天员在轨长期驻守空间站娱乐服务及与地面联系的需要,有必要利用空间实验室试验空间站的因特网接入服务。基于此问题,本文从已经成为地面因特网事实上的标准TCP/IP入手,分析其在空间环境下应用的利弊,并通过对比多种卫星接入因特网的方案,选择通过协议网关的方法解决TCP不适于空间环境的问题。对于空间链路通信协议的选择问题,本文把目光锁定在CCSDS AOS上,通过分析CCSDS主网结构,业务等级以及业务类型。选取了适合在空间链路承载IP数据报的业务,并针对空间通信环境高误码率的问题,分析并选取了适合空间站因特网服务的AOS等级业务。分析利用空间站测控资源及传输系统,完成了空间站因特网服务的实现方案,并设计了空间站网络服务系统架构。简述了系统各部分所承担的任务,并将本文的重点放在了协议网关的设计上,通过层次化的分析,协议网关的网络层之上的设计重点在TCP应答的实现上,其中IP欺骗是其实现的关键技术。在链路层以下协议网关将针对不同数据报文灵活的选择AOS业务进行链路级的封装传输。在完成TCP/IP与CCSDS协议转换的编程实现后,本文分析并选取了Linux操作系统,并在ARM开发板上实现了嵌入式协议网关的设计工作。最后通过编写UDP与TCP的客户机和服务器程序对协议网关的功能进行了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容及论文结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文结构
• 第2章 TCP/IP 协议与CCSDS 标准在空间通信链路中的应用研究
• 2.1 TCP/IP 协议在空间通信环境中的应用问题
• 2.1.1 TCP/IP 协议简介
• 2.1.2 卫星信道对TCP 性能的影响
• 2.1.3 TCP 用于卫星信道的改进方案
• 2.2 CCSDS 高级在轨系统在空间通信链路中的应用
• 2.2.1 CCSDS 主网模型
• 2.2.2 空间链路子网及其业务等级介绍
• 2.2.3 AOS 分层结构及其业务介绍
• 2.3 本章小结
• 第3章 TCP/IP 协议与CCSDS 标准的协议转换及其编程实现
• 3.1 空间站网络服务系统
• 3.1.1 TCP 在空间环境应用问题的解决
• 3.1.2 协议网关的工作原理
• 3.1.3 IP 欺骗技术
• 3.2 协议转换的设计及其C 语言实现
• 3.2.1 协议网关下行数据处理函数的实现
• 3.2.2 基于CCSDS AOS 的IP 数据报的传输实现
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于ARM 的嵌入式协议网关的实现及其功能测试
• 4.1 协议网关的实现平台介绍
• 4.1.1 开发板介绍
• 4.1.2 Linux 操作系统介绍
• 4.2 协议网关的实现
• 4.2.1 Linux 系统的定制安装
• 4.2.2 Linux 操作系统移植
• 4.2.3 协议网关的软件实现
• 4.3 协议网关的功能测试
• 4.3.1 协议网关的UDP 传输服务测试
• 4.3.2 协议网关的TCP 传输服务测试
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢