深空通信中分布式喷泉码的仿真与实现.pdf

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1、深空通信中分布式喷泉码的仿真与实现蔡博阳2015年1月中图分类号：UDC分类号：深空通信中分布式喷泉码的仿真与实现作者姓名蔡博阳学院名称信息与电子学院指导教师安建平教授答辩委员会主席李鸿屺教授申请学位学术硕士学科专业电子与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchonSimulationandImplementationofDistributedFountainCodesinDeepSpaceCommunicationCandidateName:BoyangCaiSchool

2、orDepartment:SchoolofInformationandElectronicsFacultyMentor:Prof.JianpingAnChair,ThesisCommittee:Prof.HongqiLiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:InformationandCommunicationEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January2015研究成果

3、声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要深空探测是近年来人类在探索未知宇宙方面所进行的重要努力之一。而深空环境下的通信传输又成为深空探测领域的重要研究方向。然而要实

4、现可靠的深空通信，又存在着诸多困难。传统网络中广泛应用的诸多技术已无法满足深空通信中的传输需求。近年来，喷泉码以其特殊的性能与优势成为了深空通信中信道编码的主要方式。而随着研究的深入，分布式LT码越来越受到人们的关注。这是一种对LT码的改进，在多信源单中继模型下具有较LT码更加出色的性能。本文对分布式喷泉编码在深空通信中的应用进行了仿真分析和实验验证。第一部分介绍了分布式LT码的基本原理，其中包括了详细的两信源与四信源分布式LT码的度分布推导过程，信源节点的编码方式和中继节点的处理策略。最后介绍了一种通过对

5、信源度分布的改进从而提高译码性能的算法。第二部分内容为仿真实现。一方面通过网络仿真，给出基于分布式LT码在不同条件下的译码性能，并与普通LT码进行对比分析。另一方面开发了基于分布式LT码的D-FDP通信协议的完整协议栈，验证了分布式LT码以及D-FDP协议在深空条件下优异的性能。本文有两项创造性工作：第一项为首次使用了NS3软件作为网络仿真平台，通过搭建虚拟的网络拓扑，配置链路参数，实现节点行为，模拟分布式LT码Y型通信模型，对分布式LT码与基于分布式LT码的应用层协议D-FDP的性能进行仿真，并且分别选择

6、LT码与CFDP协议进行性能对比，验证了理论假设。第二项为使用硬件平台，通过读取卫星运行星历模拟深空通信网络中各节点的行为，基于此平台开发了完整的通信协议栈，并首次使用了基于分布式LT码的D-FDP协议作为应用层协议。然后经过数次的运行与统计，得出D-FDP协议与CFDP协议的性能对比。通过网络软件仿真与硬件实现两种方式，为进一步的理论研究与工程实践给出了可行性指导，并得出了结论：分布式LT码在实际应用中具有较为良好的性能，能够满足深空通信中对于传输可靠性以及有效性的基本需求。关键词：深空通信；分布式LT码

7、；分布式喷泉传输协议；NS3；I北京理工大学硕士学位论文AbstractDeepspaceexplorationisoneofthemostimportanteffortsofhumantoexploretheunknownuniverse,andcommunicationsinthedeepspacehasbecomeanimportantresearchdirectioninthisfield.However,it’squitedifficulttoensurethereliabilityandeffi

8、ciencyindeepspace.Thetechnologieswidelyusedintraditionalnetworkscannotmeetthetransmissionneedsofdeepspacecommunications.Fountaincodeshavelowcomplexityencodinganddecodingalgorithm.DistributedLTcodeisanovelenco