一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统及方法，本系统包括计时加权模块、数据帧及窗口处理模块、传输窗口响应模块及开始模块。采用本发明专利技术实现了在全双工双向ARQ(Automatic Repeat Queuing)工作状态下，对传输数据帧长及传输窗口宽度的自适应调整，解决了CCSDS Proximity‑1协议中通信双方在特定通信参数条件下(包括数据帧长、传输窗口、前返向速率及编码方式等)，有可能造成前向、返向或双向通信吞吐量降低的问题，使得前返向链路在保证无误传输的同时达到最大通信吞吐量。

A Full Duplex High Throughput Bidirectional ARQ Communication System Based on CCSDS Protocol

The invention discloses a full-duplex high throughput bidirectional ARQ communication system and method based on CCSD protocol. The system includes a timing weighting module, a data frame and window processing module, a transmission window response module and a start module. The invention realizes the adaptive adjustment of the transmission data frame length and the transmission window width under the full duplex bidirectional ARQ (Automatic Repeat Queuing) working state, and solves the problem that the communication parties in CCSDS Proximity 1 protocol may cause forward, backward or bidirectional under specific communication parameters (including data frame length, transmission window, forward and backward rate, coding mode, etc.). The problem of reduced communication throughput makes the forward-backward link achieve maximum communication throughput while guaranteeing error-free transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统及方法
本专利技术公开了一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统及方法，本系统属于深空探测中继通信领域。
技术介绍
在火星探测等深空探测活动中，由于通信距离远，地面的遥控指令有较大时延，而且因为和地球可见弧段时间有限，不能实时控制，因此主要依靠环绕器和着陆巡视器之间的自主通信，两器间的前向链路一般传输地面通过环绕器转发给着陆巡视器的遥控指令，返向链路一般传输着陆巡视器的关键遥测信息及其采集到的图像等其他信息。前向及返向链路中传输的信息都十分重要，不允许有丢帧，因此前返向链路在协议中都有双向ARQ机制的保证。在双向ARQ条件下，虽然可以保证信息的无误传输，但是在多种通信参数条件下(如数管给出的数据帧长、传输窗口、前返向速率及编码方式等)，有可能造成前向、返向或双向通信吞吐量的降低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统及方法，能够自适应的调整通信参数，使得前返向链路在保证无误传输的同时达到最大通信吞吐量。本专利技术的技术方案为：一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统，包括：收发信机A和收发信机B，每个收发信机包括：计时加权模块(1)、数据帧及窗口处理模块(2)、传输窗口响应模块(3)和开始模块(4)；收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；同时，收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)实时从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)；收发信机A的开始模块(4)受使能控制计时加权模块(1)，收发信机A的计时加权模块(1)产生一帧PLCW，送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；收发信机A的计时加权模块(1)，将该帧PLCW(临近空间信息控制字)发出后，开始计时计数，在收发信机A的计时加权模块(1)产生并发送下一帧不同帧号的PLCW完，停止计时计数；计时加权模块(1)产生的一帧PLCW与下一帧不同帧号的PLCW为一组PLCW；在开始到结束计时计数期间，将收发信机A的传输窗口响应模块(3)接收到的有效帧及重传次数送至计时加权模块(1)，由计时加权模块(1)根据发信机A接收到的有效帧及重传次数，得到有效帧传输次数的加权平均值；收发信机A的计时加权模块(1)将有效帧传输次数的加权平均值送至数据帧及窗口处理模块(2)，数据帧及窗口处理模块(2)对有效帧传输次数的加权平均值进行判断，若有效帧传输次数的加权平均值等于重传阈值，则退出(退出表示不再给开始模块(4)使能或控制指令)，否则，判断有效帧传输次数的加权平均值是否大于数据拆分阈值，若不大于，则数据帧及窗口处理模块(2)对从外部接收的数据帧进行数据拆分，将拆分后的数据帧发送给收发信机B的传输窗口响应模块(3)，并产生一个控制指令发送给开始模块(4)，开始模块(4)在控制指令控制下控制计时加权模块(1)，使计时加权模块(1)再产生并发送下一组PLCW时计时计数；否则，收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)产生SPDU送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；收发信机B的传输窗口响应模块(3)，在接收到SPDU后，首先判断当前发送有效帧的窗口宽度是否为最高值，若为最高值，则无法继续提升窗口宽度，产生SPDU控制返回指令，指令中包含无法继续提升窗口宽度的信息；否则将当前发送有效帧的窗口宽度提高一个档位，产生SPDU控制返回指令，指令中包含窗口宽度已经提高的信息；将产生的SPDU控制返回指令送至收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)，由数据帧及窗口处理模块(2)发送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)，再转发至数据帧及窗口处理模块(2)；收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)根据SPDU控制返回指令进行判断，若指令中包含无法继续提升窗口宽度的信息，则退出(退出表示不再给开始模块(4)使能或控制指令)；若指令中包含窗口宽度已经提高的信息，则向开始模块(4)发送控制指令，开始模块(4)在控制指令控制下控制计时加权(1)，使计时加权模块(1)再产生并发送下一组PLCW时计时计数。临近空间信息控制字PLCW，具体为ProximityWordControlWord，其是以帧的形式记录本地接收到的有效帧的帧号。计时计数为统计收发信机A接收到的有效帧及重传次数。统计收发信机A接收到的有效帧及重传次数，得到有效帧传输次数的加权平均值，具体如下：收发信机A接收到的有效帧的帧号分别为：F_1、F_2、…、F_M；接收到帧号为F_1的有效帧N_1次，接收到帧号为F_2的有效帧N_2次，……，接收到帧号为F_M的有效帧N_M次，对上述数据加权平均，并向上取整，得到有效帧加权平均值，记为A，根据接收到的PLCW来调节收发信机B的发送序列，具体如下：PLCW携带着收发信机A接收到的有效帧的帧号，收发信机B接收到PLCW后，会以PLCW中的帧号为起始，确定发射窗口内的序列。将当前发送有效帧的窗口宽度提高一个档位，其中一个档位代表传输窗口内的有效帧数，档位越高，窗口内包含的有效帧数越多。退出表示不再给开始模块使能或控制指令。从外部接收的有效帧，其数据域长度为1-2048字节，帧格式同CCSDS协议中规定的帧格式一致。SPDU为SupervisoryProtocolDataUnit，内容包括各类通信参数，如传输窗口宽度，通信速率等。用于通信一方对通信另一方通信参数的切换。本专利技术一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信方法，步骤如下：(1)收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；同时，收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)实时从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)；(2)开始模块(4)在使能或控制指令控制下，控制收发信机A的计时加权模块(1)产生一帧PLCW，送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；(3)收发信机A的计时加权模块(1)，将该帧PLCW发出后，开始计时计数，在收发信机A的计时加权模块(1)产生并发送下一帧不同帧号的PLCW完，停止计时计数；(4)在开始到结束计时计数期间，将收发信机A的传输窗口响应模块(3)接收到的有效帧及重传次数送至计时加权模块(1)，由计时加权模块(1)根据发信机A接收到的有效帧及重传次数，得到有效帧传输次数的加权平均值；(5)收发信机A的计时加权模块(1)将有效帧传输次数的加权平均值送至数据帧及窗口处理模块(2)，窗口处理模块(2)对有效帧传输次数的加权平均值进行判断，若有效帧传输次数的加权平均值等于重传阈值，则退出，否则进行步骤(6)；(6)判断有效帧传输次数的加权平均值是否大于数据拆分阈值，若不大于，则对数据帧及窗口处理模块(2)从外部接收的数据帧进行数据拆分，将拆分后的数据帧发送给收发信机B的传输窗口响应模块(3)，并产生一个控制指令发送给开始模块，返回步骤(2)；否则，收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)产生SPDU送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)，执行步骤(7)；(7)收发信机B的传输窗口响应模块(3)，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统，其特征在于包括：收发信机A和收发信机B，每个收发信机包括：计时加权模块(1)、数据帧及窗口处理模块(2)、传输窗口响应模块(3)和开始模块(4)；收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；同时，收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)实时从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)；收发信机A的开始模块(4)受使能控制计时加权模块(1)，收发信机A的计时加权模块(1)产生一帧PLCW，送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；收发信机A的计时加权模块(1)，将该帧PLCW发出后，开始计时计数，在收发信机A的计时加权模块(1)产生并发送下一帧不同帧号的PLCW完，停止计时计数；计时加权模块(1)产生的一帧PLCW与下一帧不同帧号的PLCW为一组PLCW；在开始到结束计时计数期间，将收发信机A的传输窗口响应模块(3)接收到的有效帧及重传次数送至计时加权模块(1)，由计时加权模块(1)根据发信机A接收到的有效帧及重传次数，得到有效帧传输次数的加权平均值；收发信机A的计时加权模块(1)将有效帧传输次数的加权平均值送至数据帧及窗口处理模块(2)，数据帧及窗口处理模块(2)对有效帧传输次数的加权平均值进行判断，若有效帧传输次数的加权平均值等于重传阈值，则退出，否则，判断有效帧传输次数的加权平均值是否大于数据拆分阈值，若不大于，则数据帧及窗口处理模块(2)对从外部接收的数据帧进行数据拆分，将拆分后的数据帧发送给收发信机B的传输窗口响应模块(3)，并产生一个控制指令发送给开始模块(4)，开始模块(4)在控制指令控制下控制计时加权模块(1)，使计时加权模块(1)再产生并发送下一组PLCW时计时计数；否则，收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)产生SPDU送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；收发信机B的传输窗口响应模块(3)，在接收到SPDU后，首先判断当前发送有效帧的窗口宽度是否为最高值，若为最高值，则无法继续提升窗口宽度，产生SPDU控制返回指令，指令中包含无法继续提升窗口宽度的信息；否则将当前发送有效帧的窗口宽度提高一个档位，产生SPDU控制返回指令，指令中包含窗口宽度已经提高的信息；将产生的SPDU控制返回指令送至收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)，由数据帧及窗口处理模块(2)发送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)，再转发至数据帧及窗口处理模块(2)；收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)根据SPDU控制返回指令进行判断，若指令中包含无法继续提升窗口宽度的信息，则退出；若指令中包含窗口宽度已经提高的信息，则向开始模块(4)发送控制指令，开始模块(4)在控制指令控制下控制计时加权(1)，使计时加权模块(1)再产生并发送下一组PLCW时计时计数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统，其特征在于包括：收发信机A和收发信机B，每个收发信机包括：计时加权模块(1)、数据帧及窗口处理模块(2)、传输窗口响应模块(3)和开始模块(4)；收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；同时，收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)实时从外部接收有效帧，将有效帧送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)；收发信机A的开始模块(4)受使能控制计时加权模块(1)，收发信机A的计时加权模块(1)产生一帧PLCW，送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；收发信机A的计时加权模块(1)，将该帧PLCW发出后，开始计时计数，在收发信机A的计时加权模块(1)产生并发送下一帧不同帧号的PLCW完，停止计时计数；计时加权模块(1)产生的一帧PLCW与下一帧不同帧号的PLCW为一组PLCW；在开始到结束计时计数期间，将收发信机A的传输窗口响应模块(3)接收到的有效帧及重传次数送至计时加权模块(1)，由计时加权模块(1)根据发信机A接收到的有效帧及重传次数，得到有效帧传输次数的加权平均值；收发信机A的计时加权模块(1)将有效帧传输次数的加权平均值送至数据帧及窗口处理模块(2)，数据帧及窗口处理模块(2)对有效帧传输次数的加权平均值进行判断，若有效帧传输次数的加权平均值等于重传阈值，则退出，否则，判断有效帧传输次数的加权平均值是否大于数据拆分阈值，若不大于，则数据帧及窗口处理模块(2)对从外部接收的数据帧进行数据拆分，将拆分后的数据帧发送给收发信机B的传输窗口响应模块(3)，并产生一个控制指令发送给开始模块(4)，开始模块(4)在控制指令控制下控制计时加权模块(1)，使计时加权模块(1)再产生并发送下一组PLCW时计时计数；否则，收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)产生SPDU送至收发信机B的传输窗口响应模块(3)；收发信机B的传输窗口响应模块(3)，在接收到SPDU后，首先判断当前发送有效帧的窗口宽度是否为最高值，若为最高值，则无法继续提升窗口宽度，产生SPDU控制返回指令，指令中包含无法继续提升窗口宽度的信息；否则将当前发送有效帧的窗口宽度提高一个档位，产生SPDU控制返回指令，指令中包含窗口宽度已经提高的信息；将产生的SPDU控制返回指令送至收发信机B的数据帧及窗口处理模块(2)，由数据帧及窗口处理模块(2)发送至收发信机A的传输窗口响应模块(3)，再转发至数据帧及窗口处理模块(2)；收发信机A的数据帧及窗口处理模块(2)根据SPDU控制返回指令进行判断，若指令中包含无法继续提升窗口宽度的信息，则退出；若指令中包含窗口宽度已经提高的信息，则向开始模块(4)发送控制指令，开始模块(4)在控制指令控制下控制计时加权(1)，使计时加权模块(1)再产生并发送下一组PLCW时计时计数。2.根据权利要求1所述一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统，其特征在于：临近空间信息控制字PLCW，具体为ProximityWordControlWord，其是以帧的形式记录本地接收到的有效帧的帧号。3.根据权利要求1所述一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统，其特征在于：计时计数为统计收发信机A接收到的有效帧及重传次数。4.根据权利要求1所述一种基于CCSDS协议的全双工高吞吐率双向ARQ通信系统，其特征在于：统计收发信机A接收到的有效帧及重传次数，得到有效帧传输次数的加权平均值，具体如下：收发信机A接收到的有效帧的帧号分别为：F_1、F_2、…、F_M；接收到帧号为F_1的有效帧N_1次，接收到帧号为F_2的有效帧N_2次，……，接收到帧号为F_M的有效帧N_M次，对上述数据加权平均，并向上取整，得到有效帧加权平均值，记为A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，田嘉，王大庆，董超，惠腾飞，刘明洋，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61