天地一体化仿真网络概述

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基于传输距离的路由方案
• • • • • • • Route_1 = L1 Route_2 = L2 + L7 Route_3 = L4 + L6 + L7 Route_4 = L4 + L5 + L8 Route_5 = L3 + L8 Route_1:感知层小卫星<=>小卫星地面站<=>VMOC Route_2:感知层小卫星<=>天链中继卫星-1 <=>中继卫星地面站<=>VMOC • Route_3:感知层小卫星<=>天链中继卫星-3 <=>天链中继卫星-1<=>中继卫星地面站 <=>VMOC • Route_4:感知层小卫星<=>天链中继卫星-3 <=>天链中继卫星-2<=>中继卫星地面站 <=>VMOC • Route_5:感知层小卫星<=>天链中继卫星-2 <=>中继卫星地面站<=>VMOC
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2.关键节点描述 (6)网络控制中心(家乡代理):对LEO小卫星进行位置登记和移动 性管理,是在本系统中验证卫星移动IP技术的关键。(此仿真系统中, 网络控制中心的任务由中继卫星地面站承担,上行指令由中继卫星地面 站进行路由管理后上传到感知卫星)
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2.关键节点描述 (7)远端用户:经过授权的源端用户利用自己的操作软件与虚拟任务 中心相连,可以利用整个天地一体化信息网络获取想要的信息(例如某 地的照片)。
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由stk生成的路由表,通过读取路由表,计算五条路 径的距离,选取最短路径作为传输路径。
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Part4 在开发版本简述
• • • • 针对仿真系统的应用场景,仿真系统的主要节点设计如下。 (1)三颗天链卫星:构成天基骨干传输网,为LEO卫星和地面之间提供透明 传输通道(TDRS) (2)“空间感知层”节点:实现不同的空间任务,如载人航天器或遥感卫星 ; (3)关口站(中继卫星地面站):为中继卫星信息“落地”的节点,为了实现 以IP为基础的天地互联互通,需要在此节点上设置协议转换网关(比如实现空 间TCP和地面TCP的转换); (4)小卫星地面站:当LEO卫星过顶时,通过小卫星地面站直接下传测绘数 据,同样的,此节点也需要设置协议转换网关以实现天地互联互通; (5)家乡代理:对LEO卫星进行位置登记和移动性管理,实现三角路由; (6)信道模拟器:用软件的方法来模拟卫星通信的信道特点,比如延时、丢 包率、中断等。不同节点之间发送的数据包先经过信道模拟器,根据STK提供 的信道数据可以计算出延迟,根据概率模拟丢包,最终根据服务器和客户端的 数据收发情况进行性能分析;
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与上一版本比较
• 3 植入卫星TCP协议
• 3.1 意义:TCP协议是面向连接的传输层协议,向有关应
用提供可靠的数据传输。随着通信事业的发展,大量卫星 通信系统承载了大量网络应用,其中基于TCP的应用大约 占了应用总量的85%以上。由于TCP协议主要是以有线通 信系统为应用环境设计的,没有考虑到卫星通信系统的特 有属性,造成经由卫星链路传输TCP性能低下 • 信道差错率高 • 传播延迟高 • 信道不对称
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天地一体化网络示意图
天基 信息 传输 系统 空 间 传 感 器
气象卫星
卫星网络
天 基
测绘卫星 飞艇 无人机
空 基
信息中心
综合地面站 关口站
来自百度文库
陆 基
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地面互联网
应用对象
天地一体化网络包括如下三个主要部分:
• (1)天基网络:由天基骨干传输网、天基接入网组成。其中天基骨 干传输网是指地球同步轨道数据中继卫星网络,可为卫星、飞船等航 天器提供数据中继和测控服务,目前可以考虑我国现有的天链卫星系 统;天基接入网由功能卫星组成,如测绘卫星、气象卫星、载人航天 器等,对于不同的任务功能,卫星对传输速率和优先级提出了不同的 需求,这些功能卫星同时具有中继链路和星地通信链路,可以通过卫 星中继链路接入天基骨干网,也可以通过星地链路接入地面网络。 • (2)星地链路:包括中继卫星星地链路和断续功能卫星星地链路。 中继卫星的星地链路持续、稳定存在,而功能卫星的星地链路取决于 卫星对于地面站是够可见。 • (3)地面网络:由任务中心、中继卫星地面站、功能卫星地面站(1 个或多个)、家乡代理组成。为保证系统的可扩展性、灵活性和安全 性,上述节点连接到Internet并构建VPN,允许远端授权用户通过 Internet访问。 • 4
天地一体化信息网络仿真系统 初步设计
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天地一体化网络简述
天地一体化信息网络研究天、空、地、海多维信息资源的一体 化传输和综合应用模式。其目的是为了打破天基网络和地面网 络的异构,为人类提供多方面的、透明的、便利的服务。
未加入天基骨干网时存在的问题: 1.必须感知卫星过顶地面站才能接收遥控指令,从指令产生到 卫星接收指令需要一段时间。 2.如果文件过大,卫星一次过顶地面站传输不能完成,需要多 次卫星过顶地面站才能传输完成,时延比较大。远程用户获取 文件需要等待的时间较长。
告诉虚拟任务中心已经 获得图片
虚拟任务中心请求 传送图片
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4.图片落地
(如果未过顶小卫星地面 站,传送图片给中继卫星 地面站)
14:00已经拍摄好图片,请 求中继卫星协助传输图片
采用移动IPv4的三角路 告诉小卫星地面站和虚 由来传输图片 拟任务中心图片已获得
虚拟任务中心请求 传送图片
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4.用户获得图片
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与上一版本比较
• 1.2 VMOC作为虚拟任务中心,结合数据库 实现以下功能:
• • • • (1)远端用户身份识别与健全 (2)任务指令的发送 (3)信宿:数据传输的终端节点 (4)远端用户通过访问数据库,获取VMOC中的信 息
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与上一版本比较
• 2. 加入信道模拟器:
• 用软件的方法来模拟卫星通信的信道特点, 比如延时、丢包率、中断等。不同节点之间 发送的数据包先经过信道模拟器,根据STK 提供的信道数据可以计算出延迟,根据概率 模拟丢包,最终根据服务器和客户端的数据 收发情况进行性能分析;
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与上一版本比较
• ·提高卫星TCP性能的常用方法 在卫星通信中,由于存在传播延时[9],信道差错率和信道不对称的影 响,经由卫星链路传输TCP性能受到极大的影响,目前,卫星通信系 统中TCP的性能问题引起了人们的重视,目前主要有三种方式来提高 经由卫星链路TCP的性能[10]: 1)端到端方式:是指发送端和接收端的协议栈采用协议改进和增加 协议选项的方式,通过对TCP协议本身的修改进行TCP性能的提升。 2)分段连接机制:在本方式中,充分考虑到卫星链路与地面链路的 不同,将发送端和接收端的TCP连接分为三段,在不同的段中可以采 用不同传输协议。这三个段的连接构成了一个对应用层透明的端对端 连接。通过分段可以针对不同传输特性进行协议的优化。 3)链路层方式:是指对链路层的改进,主要针对卫星设备的性能提 升,目的是通过采用新的调制方式和较高前向纠错编码方式 FEC(Forward Error Correction),以获取链路中更好的误码率,减少 因为链路传输误码造成的报文丢失。
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• •
Part4 在开发版本简述
• (7)场景配置与显示终端:此部分以COM组件开发的方式实现与 STK(Satellite Tool Kit)软件的交互,其他所有网络节点通过背景链路与场景 配置与显示终端连接,接受其发送的仿真时间,从而实现整个系统的时间同 步。通过与STK的交互实现卫星网络实时场景的动态显示;(NCC) (8)任务管理与操作中心端:展示详尽的任务信息,包括任务等级,任务请 求状况等,实现任务调度。用户通过不同终端访问任务管理与操作中心,请 求不同服务; (9)不同的任务请求端:包括web访问,语音视频等请求,web端可以请求 观测图片,话音终端可以请求语音和视频业务。
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2.关键节点描述 (4)中继卫星地面站(天基骨干网关口站):为中继卫星信息“落地” 的节点,为了实现以IP为基础的天地互联互通,需要在此节点上设置协 议转换网关(比如,实现空间TCP和地面TCP的转换)。
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2.关键节点描述 (5)小卫星地面站:当 LEO小卫星过顶时,通过小卫星地面站直接下 传测绘数据,同样的,此节点也需要设置协议转换网关以实现天地互联 互通。


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系统各节点示意图
天基骨干传输网 天链系统 天基骨干传输网
信道模拟器 载人航天器
感知层小卫星
天宫2号 空间站
场景配置与显示 终端
SPG
SPG
SPG
地面站
地面站
地面站
INTERNET /VPN 远端用户
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与上一版本比较
• 1. 新一版本中,将上一版本中的VMOC进行了重新设计,将其分成 VMOC和场景配置与显示终端(NCC) 1.1 NCC与STK进行交互,实现以下功能: • (1)从STK软件中获取实时的仿真时间,并通过背景链路发 送给其他所有网络节点,从而实现整个系统的时间推演。 • (2)通过与STK的交互,在场景配置与显示终端实现包括星 下点轨迹在内的卫星网络实时场景的动态显示。 • (3)在系统仿真过程中,软件通过STK不断计算各个真实节 点之间的可见性状况,以事件的方式由背景链路通知卫星节点 ,使各节点之间的连接情况符合实际。 • (4)家乡代理通过STK提供的卫星轨道位置及与各节点之间 距离的报告分析路由,生成路由表后为三角路由提供支持。
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• 天基网络
〉 〉
星地链路 星地中继链路 地面网络

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2.关键节点描述 (1)天链卫星 构成天基骨干传输网,为LEO小卫星和地面之间提供透明传输通道 (仿真系统有三颗天链卫星,可以实现对地球大部分地区的覆盖)
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2.关键节点描述 (2)LEO小卫星 是为了构建本试验系统而专门设计并发射入轨的低轨道感知层卫星, 为空间信息的产生者,其功能可以是对地测绘、遥感等,暂以对地测 绘作为其载荷功能。该节点产生的感知信息有两种途径进行传输,一 是通过天链系统中继传输至中继卫星地面站,然后实现共享;二是当 经过小卫星地面站的时候直接下传。所以,该卫星需要同时具有星间 中继卫星链路和星地链路。
一般工作流程:
• (1)地面远端用户对功能卫星提出任务要求; • (2)任务中心接受任务请求; • (3)任务中心分析任务后将任务信息发送给家乡 代理; • (4)家乡代理根据当前场景计算出路由信息,根 据路由信息将任务信息发送给功能卫星; • (5)功能卫星任务的完成和数据的落地。
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PART I: 加入天基骨干网后天地一体化信息 网络仿真系统组成
14:00 获取图片 并存储
Changchun
请求中继卫星地面站帮 发送遥控指令:长春过 顶时,获取图片(at 14:00)
长春过顶时,获取 反馈小卫星地面站 图片(at 14:00) 要控指令已发送
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4.图片落地
(如果过顶小卫星地面站, 传送图片给小卫星地面站)
采用移动IPv4的三角路 由来传输图片
请求获得 图片
告知用户图像已有 鉴别用户
发送图片
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5.小卫星地面站与中继卫星地面站配合传输大尺寸文件
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Part 3. 数据传输路径选择
• · 基于链路状态
(采用广播方式,带宽利用率较低,此系统为采用)
• 基于传输距离
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基于传输距离的路由方案
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基于传输距离的路由方案
• • • • • • • L1:时间-距离 感知层小卫星 <=> 小卫星地面站 L2:时间-距离 感知层小卫星 <=> 天链中继卫星-1 L3:时间-距离 感知层小卫星 <=> 天链中继卫星-3 L4:时间-距离 感知层小卫星 <=> 天链中继卫星-2 L5:时间-距离 天链中继卫星-3 <=> 天链中继卫星-2 L6:时间-距离 天链中继卫星-3 <=> 天链中继卫星-1 L7:时间-距离 天链中继卫星-1 <=> 中继卫星地面站(家 乡代理) • L8:时间-距离 天链中继卫星-2 <=> 中继卫星地面站(家 乡代理)
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Part 2. 工作流程
1. 运行时序图 2. 指令上传
3. 数据下载
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1 运行时序图
16 天地一体化网络仿真演
2 指令上传
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3 数据下载
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1.远程申请
远程用户申请 得到长春的卫 星图片
是授权用户吗?
授权得到长春 图片了吗?
如果有图片,就给 申请者,否则, 获取图片
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2.调度申请
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2.关键节点描述 (3)虚拟任务中心:该节点是为了便于地面互联网用户灵活执行空间 任务,真正实现天地一体化而设计的重要节点。虚拟任务中心并不是真 正的卫星管控中心或者网管中心,但是它与各类卫星地面站和管控节点 之间建立VPN通道,可实现空间信息的共享。虚拟任务中心向远端互联 网用户提供界面友好的操作网页,远端用户可以通过该节点发起空间任 务(如要求卫星提供某地的测绘图像)。
查看一下卫星什么 时候长春过境,并 告诉虚拟任务中心, 何时可以取得图片
告诉远端用户, 何时可以取得 图片
申请图片
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3.遥控小卫星
(发送遥控指令时小卫星过顶小卫星地面站)
14:00 获取图片并存储
长春过顶时,获取 图片(at 14:00)
Changchun
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3.遥控小卫星
(发送遥控指令时小卫星未过顶小卫星地面站)
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