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基于优化LT码的深空数据传输策略

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基于优化LT码的深空数据传输策略(上)
2022-08-03 23:21:04 阅读: 发布人:纵横智控

针对深空通信中时延长、误码率高、信道非对称及短码长LT码冗余度高、译码成功率低等问题,提出一种基于优化LT(OLT)码的深空数据传输策略。首先通过调整度分布函数、采用新颖的数据包选择策略以及联合译码算法,提出OLT码。然后,提出基于OLT码的深空数据传输策略;发送端对数据文件进行OLT码编码并发送;在接收端,使用联合译码算法对接收到的编码包进行译码得到原始数据。仿真结果表明,与LT码相比,OLT码能够提高译码成功率并降低冗余度;与CFDP相比,该策略可以有效降低时延,提高数据传输的有效性和可靠性;在高丢包率的情况下,该策略的优势更加明显。

深空通信是深空探测的基础,未来的深空探测任务需要先进的数据传输策略保证大量数据的可靠传输。由于深空通信传输距离遥远.信噪比低链路环境恶劣[",导致深空数据传输时延长,误码率高、信道非对称等缺点,从而传统的数据传输策略在深空中不再适用[2-4]。基于传输控制协议改进的深空数据传输策略[5-8],采用新型的初始状态算法,改进的拥塞控制机制以及丢包处理策略等方式,虽然可以有效提高吞吐量和链路利用率,但无法应对时延长和误码率高等情况。空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for SpaceData Systems,CCSDS))提出的文件传输协议( CCSDS FileDelivery Protocol,CFDP)能够很好地适应深空环境[°,减少交互过程;但其未对多个数据包进行处理,并且仍需要反馈重传,导致时延太大。

近年来,喷泉码作为一种无需反馈链路,能够以任意概率逼近香农限的前向纠错分组技术被应用到深空数据传输策略

RTU

中(10-13],以减少重传次数和时延。LT码是一种具有实用性能的喷泉编码方案1,但其在短码长时冗余较大,编译码复杂度较高,且常用的置信传播( Belief Propagation,BP)算法效率不高,而高斯消元( Gaussian Elimination,GE)算法复杂度过高。文献[15]采用相关列补偿编码算法和渐增高斯消元算法对短码长LT码进行改进,一定程度上提高了LT码的译码成功率,但编译码复杂度较高,并且没有给出具体的数据传输策略。

针对上述问题,本文首先分析LT码的编译码算法,并讨论LT码在深空通信中的应用性能。然后对短码长的LT码进行优化得到优化LT(Optimized LT,OLT)码:在保持LT码无码率特性的前提下,提出一种新型的数据包选择策略,并对度分布函数进行调整,充分保证对原始数据的全选覆盖;之后分析现有译码算法的缺陷,采用BP算法和GE算法联合译码,以获得更高的译码性能。最后,提出基于OLT 码的深空数据传输策略并进行仿真分析。

1LT码及其深空应用性能分析1.1 LT码的编译码算法

LT码的编码方法为: 1)假定源文件大小为k*L,将其分为h个数据包,每个数据包的大小为L;2)从给定的度分布函数中选择一个度值d,然后从k个数据包中随机选择l个数据包进行异或,得到一个编码包;3)重复上一步骤,得到一定数量的编码包。

LT码常用的BP算法是一种迭代算法。如图1所示,在译码的每一步,译码器都在编码包集合中寻找度为1的编码包,度为1的编码包组成的集合称为译码波动集,显然译码波动集中编码包连接的数据包都能直接译出。之后在迭代的每一步,译码器将一个译出的数据包与跟它相连的所有编码包进行异或,计算结果取代对应编码包的值,完成之后删除相应的连接关系。如果生成度为1的编码包,则加入译码波动集。重复上述过程直至不存在度为1的编码包为止。如果所有数据包都被恢复则译码成功,否则译码失败。


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