【正文】 擬信道動態(tài)調(diào)度算法，更適于在空間鏈路中傳輸多種不同類型的數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)兩個或更多VC同時具有最小幀的緊迫度的值的情況，這時需要考慮這些VC的靜態(tài)優(yōu)先級，優(yōu)先調(diào)度傳送靜態(tài)優(yōu)先級數(shù)值最小的VC，如果同時出現(xiàn)最小靜態(tài)優(yōu)先級的信道也不止一個，則優(yōu)先調(diào)度選擇序號小的信道并為之提供服務。在進行研究時，考慮了該虛擬信道緩存容量為無限大和有限值M時的兩種情況，并通過計算機仿真，有力的論證了理論推導的正確性，從而能夠為工程實現(xiàn)提供參考作用[24]。反之VC2不能占用物理信道。 其他調(diào)度算法的仿真研究 先來先服務調(diào)度算法 所謂先來先服務調(diào)度算法是指，嚴格按照系統(tǒng)中各個虛擬信道中幀到達時間的先后順序來選擇占用物理信道的虛擬信道，即在當前調(diào)度時刻進行統(tǒng)計，首先選擇最先有幀到達的虛擬信道來占用物理信道，并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。本文重點對AOS中虛擬信道調(diào)度算法進行了研究。CCSDS file delivery protocol(CFDP)。本課題的研究工作已經(jīng)達到了預期的研究目標，但是由于時間和條件的限制，本文的所完成的研究中還有一部分細節(jié)和實際問題需要下一步解決. 致 謝畢業(yè)設計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進行科學研究基本功的訓練，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學術(shù)論文和工作打下良好的基礎。最后將三種算法的延遲進行比較，： 三種算法的對比 通過對比可以發(fā)現(xiàn)，不同的調(diào)度算法下延遲都是不同的，需要在實際條件下分析合適的調(diào)度算法，使延遲達到最理想的效果。即在時刻，VC2能夠占用和不能占用物理信道的概率分別為： ()其中，表示在時間內(nèi)到達的包數(shù)，表示上一個調(diào)度時刻剩余的包數(shù)，表示在時間內(nèi)，新到個包的概率。 系統(tǒng)緩存容量為無限大時VC2性能參數(shù)分析在時刻，VC2能夠占用物理信道的充要條件為，此時已經(jīng)到達的包數(shù)大于等于。本章主要對經(jīng)典的虛擬信道調(diào)度算法進行研究，建立虛擬信道調(diào)度的仿真模型，采用理論分析和仿真實驗相結(jié)合的方式重點研究了靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，并對其他幾種算法進行了仿真。當VC緩存中的幀等待的時間超過它允許的最大調(diào)度時延，則這些幀將會丟失。由于傳統(tǒng)的虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法在進行調(diào)度時，只考慮了虛擬信道中幀已經(jīng)等待的時間，而沒有考慮到每個虛擬信道中幀所允許的最大時延，所以不能充分反映幀的真實的傳送緊迫度，為了克服這個問題，本文對上面的傳統(tǒng)動態(tài)調(diào)度算法進行改進，提出一種新的動態(tài)調(diào)度算法，即基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法。 傳統(tǒng)的虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法 文獻中傳統(tǒng)的虛擬信道調(diào)度策略涉及到2個因素：傳送緊迫度基數(shù)、傳送緊迫度加權(quán)系數(shù)。其中VC1~VC6屬于異步虛擬信道，VC7和VC8屬于同步虛擬信道。 模型2：CCSDS包到達過程服從泊松無記憶過程，平均到達率為，包長是服從均值為的指數(shù)分布隨機變量，MPDU包區(qū)長度為。對虛擬信道進行了分析研究，并研究了相關(guān)的虛擬信道調(diào)度算法。分析了CCSDS協(xié)議結(jié)構(gòu)及其應用方式。第一級把信道分成同步方式和異步方式。這種方式適合于大多數(shù)業(yè)務是同步的且數(shù)據(jù)率固定的情況。分別是包信道復用和虛擬信道復用。但是，由于增加了對用戶數(shù)據(jù)的加工(如長包拆成數(shù)據(jù)單元，短包要合成為一個數(shù)據(jù)單元等)，增加了主導頭信息等操作，從而加大了數(shù)據(jù)處理的工作量及信道的開銷。VCDU主導頭版本號VCDU標識符信號域VCDU導頭差錯控制域航天器標識符虛擬信道標識符VCDU計數(shù)器回放標志備用28624171616bits24bits8bits16bitsVCDU插入域（可選） VCDU數(shù)據(jù)單元域（MPDU或BPDU或數(shù)據(jù)單元或填充數(shù)據(jù)）VCDU字尾RS編碼操作控制域（可選）VCDU差錯控制（可選）變長變長32bit（可選）變長 VCDU/CVCDU/數(shù)據(jù)單元。 AOS數(shù)據(jù)單元格式(1)CCSDS源包CCSDS源包是由空間站上的不同類型的數(shù)據(jù)源產(chǎn)生，包括科學實驗、話音對地監(jiān)測數(shù)據(jù)等。如果某個BPDU沒有被有效數(shù)據(jù)完全填滿，可加入填充數(shù)據(jù)，并在導頭內(nèi)設置“位流數(shù)據(jù)指針”來指明有效數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)的邊界。(2)復用業(yè)務 該業(yè)務將版本1的CCSDS包(包括包裝在CCSDS包內(nèi)的非CCSDS格式的定界數(shù)據(jù)單元)復用在同一個虛擬信道內(nèi)，再通過空間鏈路傳輸，傳輸異步且有序[23]。業(yè)務信息的數(shù)據(jù)速率較低，數(shù)據(jù)量較少。 其中，路徑業(yè)務和網(wǎng)間業(yè)務的描述如下：(1)路徑業(yè)務該業(yè)務通過CPN端到端地傳輸可變長度的應用層業(yè)務數(shù)據(jù)單元，它在相對固定的信源和信宿之間傳輸結(jié)構(gòu)化的、中等速率至很高速率的數(shù)據(jù)及大容量構(gòu)造好的有界數(shù)據(jù)。有效地解決了信道的有序管理，提供了用于處理不同類型用戶數(shù)據(jù)的8種不同的服務。該協(xié)議通過將一個物理信道劃分為多個虛擬信道，并建立統(tǒng)一的高速數(shù)據(jù)流。這兩個協(xié)議均無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾??？臻g數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議能運載的包需要具有CCSDS認可的包版本號(PVN)[18]?？梢愿鶕?jù)特定任務的處理要求，從這個工具包中選出合適的協(xié)議組合進行應用[16]。 CCSDS的主要成果是一系列建議和報告。AOS比常規(guī)建議提供了更為廣泛的數(shù)據(jù)服務和多種傳輸業(yè)務。空間飛行器的應用涉及到了多種學科[11]。主要研究了CCSDS的協(xié)議結(jié)構(gòu)及其應用，接著對CCSDS制定的適用于中、高數(shù)據(jù)率航天器的高級在軌系統(tǒng)(AOS)進行分析。接著第二步是全面采用AOS的業(yè)務與功能。但AOS并不限制星載和地面網(wǎng)絡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和協(xié)議，為其提供了靈活的發(fā)展空間[8]。并且隨著空間技術(shù)的發(fā)展，如載人航天器AOS數(shù)據(jù)系統(tǒng)要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的業(yè)務類型和數(shù)據(jù)量的提升。dispatching algorithm。目前，AOS在航空航天技術(shù)領(lǐng)域中的作用越來越突出。AOS的核心技術(shù)之一是虛擬信道調(diào)度策略。Virtual channel II目 錄1 緒論 1 課題研究的背景和意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國外研究現(xiàn)狀 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 本論文的結(jié)構(gòu)安排 22 CCSDS協(xié)議及其應用分析研究 4 CCSDS協(xié)議結(jié)構(gòu)分析與應用研究 4 CCSDS 協(xié)議層次模型 4 CCSDS 空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議 5 高級在軌系統(tǒng) 6 AOS的特點 6 服務類型 7 AOS數(shù)據(jù)單元格式 9 多路復用技術(shù)與虛擬信道 13 本章小結(jié) 153 AOS虛擬信道的研究 16 源包模型 16 虛擬信道的劃分 17 虛擬信道的劃分 17 虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法 18 傳統(tǒng)的虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法 18 基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法 19 本章小結(jié) 204 AOS虛擬信道調(diào)度算法的研究 21 靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法的性能分析 21 系統(tǒng)緩存容量為無限大時VC2性能參數(shù)分析 21 性能分析與仿真 22III 其他調(diào)度算法的仿真研究 24 先來先服務調(diào)度算法 24 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法 25結(jié) 論 28致 謝 29參考文獻 30附錄A 英文原文 32附錄B 漢語翻譯 39附錄C 程序代碼 45IV1 緒論 課題研究的背景和意義 隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，世界上主要的一些空間組織于上世紀80年代成立了國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會( Consultive Committee for Space Data System)[1]，主要為空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)指定標準化的通信體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議與業(yè)務，建立全球標準化的和開放的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 目前CCSDS協(xié)議標準已經(jīng)被大部分國家和地區(qū)的空間組織和商業(yè)機構(gòu)普遍接受并進行應用。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 中國的空間技術(shù)研究院是CCSDS觀察員成員國，自從1980年以后。長期以來，為達到我國航天工程有效載荷數(shù)據(jù)管理和飛行器測控的工作標準，中國科學院空間科學與應用研究中心致力于CCSDS高級在軌系統(tǒng)標準的科研和工程應用，并取得了顯著成果。主要包括AOS的特征、服務種類、AOS數(shù)據(jù)單元格式以及多路復用技術(shù)，并做出了虛擬信道及信道調(diào)度的概念。例如，空間生命，空間材料，空間環(huán)境，空間天文等多方面的研究與應用。他為空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)帶來了極大的方便，同時向下兼容常規(guī)空間數(shù)據(jù)業(yè)務[13]。按照內(nèi)容劃分CCSDS的建議和報告主要有八類：遙測系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、輔助數(shù)據(jù)、射頻與調(diào)制系統(tǒng)、跟蹤與導航系統(tǒng)、信息獲取與交換系統(tǒng)、高級在軌系統(tǒng)、交互支持業(yè)務和結(jié)構(gòu)。例如，在鏈路層，可以采取COS和AOS的混合配置。PVN必須在空間鏈路標識符文件中注冊。因此在應用這兩個協(xié)議時，如果需要保證完整、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，需要由高層協(xié)議來進行重傳控制?？衫靡粋€物理信道綜合傳送數(shù)據(jù)、話音、電視圖像、靜止圖像、實驗數(shù)據(jù)、遙測、遙控等各種不同的信息。不同類型的用戶通過采用不同格式的數(shù)據(jù)單元可以合并為一個數(shù)據(jù)流，從而在一條物理信道上進行傳輸設置航天器標識符。它以版本1的CCSDS包作為其協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)。該業(yè)務實際上是將商業(yè)支持的ISO8473無連接網(wǎng)絡協(xié)議中的ISO8473包封裝在CPN通用的CCSDS包內(nèi)，再經(jīng)空間鏈路傳送。其具體復用方法是將CCSDS包級連起來，直至其長度達到復用業(yè)務協(xié)議數(shù)據(jù)單元MPDU的最大長度。(4)插入業(yè)務 該業(yè)務用來等時傳送話音或遠程操作控制信息等按字節(jié)排列的采樣數(shù)據(jù)，適用于傳輸對實時性要求較高的數(shù)據(jù)。為了能夠在同一條虛擬信道中傳輸這些數(shù)據(jù)，需要對它們按照統(tǒng)一格式進行封裝。當一個VC_PDU采用RS編碼時，稱為CVCDU。對于較高速率的系統(tǒng)，可以采用較長的VCDU 的長度以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和效率。其中，包信道復用是指為高層協(xié)議產(chǎn)生的各種類型的數(shù)據(jù)包提供一種共享虛擬信道(幀)的機制。因為各個虛擬信道在固定時隙傳送，即使在某一時隙沒有有效數(shù)據(jù)也必須發(fā)送填充數(shù)據(jù)以保持虛擬信道的順序和數(shù)據(jù)流的連續(xù)性，因此這種方式不適于處理突發(fā)性業(yè)務。第二級分別采用前面提到的方法對兩種方式進行相應的處理。接著從AOS的特點、服務類型、AOS數(shù)據(jù)單元格式以及多路復用技術(shù)等方面。 CCSDS包區(qū) 源包模型 星上數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型有兩種：一是生成的數(shù)據(jù)量較小且分散的空間數(shù)據(jù)，如遙控響應數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等。在模型2中包長度不是一個固定值，允許包長度為一隨機變量。此外，VC9用于產(chǎn)生并傳輸填充VCDU[31]。傳送緊迫度基數(shù)B：一個虛擬信道從申請傳送開始到虛擬信道調(diào)度時刻的延遲定義為傳送緊迫度基數(shù)。與傳統(tǒng)的虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法相比，本章所提出來的基于幀的緊迫度的AOS虛擬信道動態(tài)調(diào)度算法不僅考慮了虛擬信道中幀已經(jīng)等待的時間，而且考慮了調(diào)度模塊中每個虛擬信道中幀所允許的最大時延。VC中幀已經(jīng)等待的時間，虛擬信道當前調(diào)度時與虛擬信道中當前第一個幀的到達時刻的時間差，結(jié)果被定義為VC中幀已經(jīng)等待的時間，即： ()靜態(tài)優(yōu)先級，把各個虛擬信道在開始傳輸前的傳輸實時性稱為靜態(tài)優(yōu)先級，對于實時性要求高的虛擬信道可賦予一個數(shù)值較小的靜態(tài)優(yōu)先級，反之，可賦予一個數(shù)值較大的靜態(tài)優(yōu)先級，體現(xiàn)了不同VC對傳輸延遲的不同要求。 靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法的性能分析所謂靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法是指，在調(diào)度傳送之前，根據(jù)各個虛擬信道對實時性和重要性要求的不同，為每個虛擬信道分配一個靜態(tài)優(yōu)先級，然后按照靜態(tài)優(yōu)先級來調(diào)度選擇虛擬信道進行傳送，即首先調(diào)度選擇具有最高優(yōu)先級的虛擬信道占用物理信道并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。故有： ()而當?shù)竭_的包數(shù)小于時，此時沒有形成完整的一幀，因此VC2不能占用物理信道。 性能分析與仿真 算法流程圖如下：開始 比較數(shù)據(jù)包和下行速率下行速率較大 Y延遲等于1延遲等于0剩余量加到下一個包數(shù)據(jù)延遲結(jié)束 調(diào)度算法基于前面的內(nèi)容，對虛擬信道調(diào)度過程進行調(diào)度仿真，仿真參數(shù)設置如下：（1）下行速率 ；（2）傳輸時延(單位：)；（3）包長度(單位：)；（4）到達率（單位：）。 本章小結(jié)本章主要對經(jīng)典的虛擬信道調(diào)度算法進行研究，首先建立虛擬信道調(diào)度的仿真模型，通過仿真實驗得到各經(jīng)典虛擬信道調(diào)度算法的優(yōu)缺點和適用條件，接著重點從理論分析角度對靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法進行了深入研究，通過嚴格的理論推導得出了靜態(tài)優(yōu)先級最高的虛擬信道部分性能參數(shù)的精確表達式，并通過仿真實驗驗證了理論推導的正確性，從而能夠為工程實現(xiàn)提供參考作用。本次設計能夠順利完成，首先我要感謝我的母校——理工大學，是她為我們提供了學習知識的土壤，使我們在這里茁壯成長；其次我要感謝信息科學與工程學院的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設計中給與我大力支持和幫助的老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設計中去；還要感謝我的同學們，他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者，感謝您們?yōu)槲覀兲峁┮粋€良好的環(huán)境，使本次設計圓滿完成。c