星上交换地面业务适配网关的设计与实现

论文摘要

随着卫星通信技术的发展,利用卫星进行多媒体通信成为了一个研究热点。目前开发的卫星系统属于新一代宽带卫星通信系统,它的主要特点是采用星上处理和交换,把通信路由功能从地面转移到卫星,这种方式极大地提高了下行链路的利用效率,满足多种通信的需求。结合实际项目,论文首先分析了ATM技术和以太网技术的特点以及将它们直接应用于多媒体卫星通信系统的缺陷。接着,为了保证系统的QoS和对多业务的需求,提出了一种将ATM体系和以太网体系相结合的方法:即将卫星通信系统分为地面的以太网和空中的ATM无线传输和交换两个子部分。在该系统中,地面网关是一个重要的组成部分,它是沟通以上两类子通信系统的桥梁,其主要的功能有:①地面网关将从地面局域网接收的变长的以太网帧适配成为AAL5帧,然后切割成固定长度的卫星ATM信元;同时,将接收到的卫星ATM信元重新组合成以太网帧,然后发送到本地局域网中。②为实现地面局域网通过卫星ATM网的互联互通,地面网关还要为建立ATM连接提供呼叫代理功能,即利用面向连接的ATM链路支持无连接的以太网互联互通,这就需要利用ATM信令完成连接的建立和拆除。在上述分析基础上,论文研究了多媒体卫星通信系统中地面网关的总体结构。由于地面网关结构较为复杂,所以分为数据总线模块、调度和队列管理模块进行介绍,然后以以太网帧的适配过程为例介绍了AAL5适配的过程。同时,介绍了通过地面网关呼叫代理功能建立ATM虚连接的过程。接着,论文给出了地面网关部分功能模块的详细设计实现方案。最后,描述了上述功能模块的FPGA硬件实现及调试结果,并对相应的仿真进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 ATM技术的特点
• 1.1.1 ATM信元结构
• 1.1.2 ATM协议参考模型
• 1.1.3 ATM技术的优缺点
• 1.2 以太网技术特点
• 1.2.1 以太网的帧结构
• 1.2.2 以太网的相关机制
• 1.2.3 以太网技术的优缺点
• 1.3 多媒体卫星通信系统
• 1.3.1 多媒体卫星通信系统的优点
• 1.3.2 多媒体卫星通信系统要解决的问题
• 1.4 本文的主要工作及内容的组织安排
• 第二章 多媒体卫星通信系统地面网关的需求分析和概要设计
• 2.1 多媒体卫星系统的总体结构
• 2.2 地面网关的需求分析
• 2.3 地面网关的概要设计
• 2.3.1 地面网关AAL5 适配的实现方法
• 2.3.1.1 数据总线的设计
• 2.3.1.2 调度和队列管理模块的设计
• 2.3.1.3 以太网帧的AAL5 适配过程
• 2.3.2 地面网关呼叫代理的工作流程
• 第三章 多媒体卫星通信系统中地面网关部分模块的设计实现方案
• 3.1 信令RAM控制器的设计方案
• 3.2 以太网MAC IP核的配置和测试
• 3.3 UTOPIA接口控制器的设计方案
• 3.4 ARP检测器的设计方案
• 3.5 CAM的设计方案
• 第四章 多媒体卫星通信系统中地面网关部分模块的硬件实现及仿真调试
• 4.1 功能模块的硬件实现及其仿真结果分析
• 4.1.1 信令RAM控制器的硬件实现和仿真分析
• 4.1.2 2×2MAC直连系统的配置测试和仿真分析
• II的硬件实现和仿真分析'>4.1.3 UTOPIA_II的硬件实现和仿真分析
• 4.1.4 ARP检测模块的硬件实现和仿真分析
• 4.1.5 CAM的硬件实现和仿真分析
• 4.2 调试过程小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果