董飛鴻，呂晶，常江，孔博（解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，南京210007）

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路層協(xié)議設(shè)計?

董飛鴻，呂晶，常江，孔博
（解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，南京210007）

分析了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）發(fā)展的現(xiàn)狀，指出建立GNSS星間鏈路（ISL）的需求。針對這樣的需求，提出以高級在軌系統(tǒng)（AOS）空間數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議建議書為參考來設(shè)計適用于GNSS的星間鏈路層協(xié)議。對GNSS星間可能傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)信息基于AOS的建議進(jìn)行了歸類，認(rèn)為GNSS星間鏈路層協(xié)議可以使用AOS，具體給出了AOS建議下星間鏈路層協(xié)議的設(shè)計。為使協(xié)議更適合GNSS ISL鏈路層，主要從3個方面對AOS進(jìn)行改進(jìn)，即：優(yōu)化了虛擬信道數(shù)據(jù)單元的結(jié)構(gòu)，削減了3種服務(wù)，改進(jìn)了虛擬信道調(diào)度與復(fù)用方法。對協(xié)議的性能進(jìn)行了分析仿真，得出了信道誤碼率、幀長、包長和吞吐量的關(guān)系，仿真結(jié)果表明所設(shè)計的協(xié)議可作為GNSS星間鏈路協(xié)議設(shè)計的參考。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；星間鏈路；業(yè)務(wù)分類；虛擬信道數(shù)字單元；復(fù)用業(yè)務(wù)；協(xié)議設(shè)計

1 引言

美國GPS Block III設(shè)計理念是“連通到一顆衛(wèi)星即連通整個星座”。下一代GPS要求具有自主導(dǎo)航的能力，基于星間鏈路的信息傳輸成為一種必要的方式。然而，國內(nèi)研究GNSS鏈路層協(xié)議文獻(xiàn)較少。導(dǎo)航衛(wèi)星星間鏈路的特點與一般通信星座星間鏈路的設(shè)計有相似之處，如軌道距離周期性變化，使得信道特性在不斷變化；星上處理存儲能力有限，對協(xié)議設(shè)計產(chǎn)生不利影響等。但更有許多不同之處，如：導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)以星間測距信息為主，通信或其他額外信息為輔；星間時間同步精度要求高（納秒級，星間測距精度）；要求具有GEO與MEO的星間鏈路；業(yè)務(wù)類型以數(shù)據(jù)信息為主，沒有話音視頻業(yè)務(wù)等。導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路信息速率要求相對較低（每秒數(shù)萬比特級），時延大［1］（100 ms級），只有根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)的物理層結(jié)構(gòu)特性設(shè)計與之相適配的鏈路層協(xié)議才能使得系統(tǒng)可靠工作。本文以國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會（CCSDS）針對空間信息傳輸提出的AOS標(biāo)準(zhǔn)和建議為參考設(shè)計了GNSS ISL的鏈路層協(xié)議，對我國導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)具有一定參考價值，有利于與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌。

2 GNSS的協(xié)議參考模型

完備的協(xié)議棧類型是OSI參考模型，它是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連模型。然而，OSI參考模型由于其復(fù)雜性，至今仍然沒有一個實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用它。因特網(wǎng)采用TCP／IP作為其協(xié)議模型，TCP／IP協(xié)議的優(yōu)點不言而喻，其簡單實用的特點使得它在互聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。在衛(wèi)星信道環(huán)境中，TCP／IP受到了巨大挑戰(zhàn)。因此，CCSDS提出了一種新的協(xié)議參考模型，該協(xié)議是專門針對空間活動提出的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議參考模型，其共有5層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層），每層都提供了若干參考協(xié)議［2］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。GNSS協(xié)議模型的設(shè)計可以參考CCSDS協(xié)議參考模型來設(shè)計合適的協(xié)議棧。

3 AOS協(xié)議簡介［3］

AOS協(xié)議是CCSDS協(xié)議族的數(shù)據(jù)鏈路層［4］參考協(xié)議之一，該協(xié)議的主要目的是把網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星-衛(wèi)星或衛(wèi)星-地面的單段節(jié)點傳送。

3.1 AOS協(xié)議的特點

與OSI中的數(shù)據(jù)鏈路層有所區(qū)別，CCSDS空間數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議包括兩個子層：數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層（DLPS）和同步與信道編碼子層（SCCS）。DLPS用傳輸幀（TF）實現(xiàn)不同速率數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸幀是一種固定長度的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。而SCCS主要負(fù)責(zé)幀同步、幀定界及糾錯編譯碼等。AOS協(xié)議可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)類型共用一條物理信道進(jìn)行傳輸，為了使得實現(xiàn)簡單、可靠且易于同步，AOS使用了固定長度的TF。AOS最大的特點就是采用了虛擬信道（VC）的技術(shù)，一條物理信道被分為若干的邏輯信道，允許上層的不同服務(wù)要求的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，這樣有利于信道資源的充分利用和傳輸信息的統(tǒng)一化。AOS信道是用全球虛擬信道標(biāo)示符（GVCID）區(qū)分的，具體由TF版本號（TFVN）、衛(wèi)星標(biāo)示符（SID）和虛擬信道標(biāo)示符（VCID）三部分組成。

3.2 AOS的服務(wù)業(yè)務(wù)

AOS提供了8種服務(wù)業(yè)務(wù)：路徑業(yè)務(wù)、網(wǎng)間業(yè)務(wù)、位流業(yè)務(wù)、多路復(fù)用業(yè)務(wù)、虛擬信道接入業(yè)務(wù)、虛擬信道數(shù)據(jù)單元業(yè)務(wù)、插入業(yè)務(wù)和封裝業(yè)務(wù)。

AOS的數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層：虛擬信道控制鏈路子層（VCLC）和虛擬信道訪問子層（VCA）。VCLC子層主要有兩個功能：一是已經(jīng)打包好的數(shù)據(jù)利用封裝業(yè)務(wù)和多路復(fù)用業(yè)務(wù)傳輸，數(shù)據(jù)單元封裝在一個復(fù)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（M-PDU）；二是位流數(shù)據(jù)利用位流業(yè)務(wù)，把數(shù)據(jù)封裝到位流協(xié)議數(shù)據(jù)單元（B -PDU）進(jìn)行傳輸。VCLC子層利用VCA子層所提供的VCA業(yè)務(wù)來傳輸M-PDU和B-PDU。

AOS根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的不同，采用3種不同的業(yè)務(wù)等級，這樣既簡化了系統(tǒng)的配置管理，又滿足了不同質(zhì)量要求的用戶需求。業(yè)務(wù)等級一要求有請求重傳控制機(jī)制［5］，需要雙工信道，數(shù)據(jù)傳輸采用編碼虛擬數(shù)據(jù)單元（CVCDU），數(shù)據(jù)單元編碼為RS碼，對可靠性極高的數(shù)據(jù)可以歸為此類；等級二數(shù)據(jù)單元進(jìn)行RS編碼，數(shù)據(jù)傳輸采用CVCDU，當(dāng)誤碼率為10-5時，經(jīng)過編碼糾錯后可達(dá)到10-12，滿足一般數(shù)據(jù)傳輸要求［6］；等級三業(yè)務(wù)依賴于物理信道特性可以沒有差錯控制，數(shù)據(jù)傳輸采用虛擬信道單元（VCDU），頭部有RS（10，6）糾錯碼控制，數(shù)據(jù)段循環(huán)冗余（CRC）檢錯，要求VCDU丟失率小于10-7。

3.3 數(shù)據(jù)的封裝

數(shù)據(jù)的封裝是指對于不同速率的信息進(jìn)行封裝，形成格式統(tǒng)一的VCDU格式，經(jīng)過星上處理，把各個VCDU復(fù)接為連續(xù)的數(shù)據(jù)流。VCDU由主導(dǎo)頭、插入?yún)^(qū)、數(shù)據(jù)單元區(qū)、尾序列區(qū)（可選）組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于AOS定義的服務(wù)等級一和等級二都需要進(jìn)行差錯控制，VCDU的尾部應(yīng)該再加上一個RS校驗碼塊，形成編碼虛擬信道單元（CVCDU），如圖3所示。AOS協(xié)議用等長的數(shù)據(jù)單元，因此相同情況下CVCDU的效率較VCDU低。

3.4 AOS在GNSS星間鏈路中適用性分析

CCSDS-AOS協(xié)議建議的業(yè)務(wù)類型比較全面（8種），對于每種業(yè)務(wù)的應(yīng)用是可選的，完整的AOS建議可以應(yīng)用于諸多航天任務(wù)。降低AOS實現(xiàn)的復(fù)雜度以適應(yīng)工程實際是一貫做法。基于導(dǎo)航系統(tǒng)星間信息傳輸需求的理解，認(rèn)為封裝業(yè)務(wù)、復(fù)用業(yè)務(wù)、虛擬信道訪問（VCA）業(yè)務(wù)、虛擬信道數(shù)據(jù)單元業(yè)務(wù)和位流業(yè)務(wù)（可選）是星間鏈路層設(shè)計需要的業(yè)務(wù)。第4節(jié)進(jìn)一步對5種服務(wù)進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)GNSS星間鏈路業(yè)務(wù)傳輸需求。

4 GNSS的業(yè)務(wù)信息分類與協(xié)議設(shè)計

4.1 星間鏈路業(yè)務(wù)信息的傳輸需求及分類

星間鏈路業(yè)務(wù)信息主要包括星間自主運(yùn)行信息、上行注入分發(fā)信息和星間觀測量下傳信息。由于不同的業(yè)務(wù)信息對時延、誤碼率的要求不同，不同信息對導(dǎo)航系統(tǒng)的影響也不同，因此對于業(yè)務(wù)的分析尤其重要。這里分類的思想是基于AOS業(yè)務(wù)等級和所需服務(wù)的概念，即把所有的業(yè)務(wù)歸為若干等級，分別定義到相應(yīng)的服務(wù)，在傳送時進(jìn)行區(qū)別對待，使其占用不同的信道資源。

基于AOS業(yè)務(wù)等級的建議，GNSS星間業(yè)務(wù)信息根據(jù)其傳輸時延要求的不同，信息的優(yōu)先級定義為1級、2級和3級共3個級別。對于信息的服務(wù)質(zhì)量，則根據(jù)對誤碼率要求的不同，定義為一級、二級和三級。對于信息速率的分類，分為低速率信息和高速率信息。對于以上信息的分類標(biāo)準(zhǔn)沒有特別嚴(yán)格的界限，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)需求更新星上配置來改變分類策略。

4.2 GNSS星間鏈路層協(xié)議模型

本文設(shè)計的協(xié)議模型采納了AOS數(shù)據(jù)鏈路層的5種業(yè)務(wù)，它們與網(wǎng)絡(luò)層、虛擬信道層及物理層的關(guān)系模型如圖4所示。

封裝業(yè)務(wù)：為非CCSDS-AOS標(biāo)準(zhǔn)的用戶的信息傳輸提供了條件，通過封裝后，現(xiàn)有的一些協(xié)議和應(yīng)用可以保持不變，由星間鏈路協(xié)議直接承載。

復(fù)用業(yè)務(wù)：為不同信息提供了在同一條虛擬信道內(nèi)傳輸?shù)目赡?，通過復(fù)用，把封裝的數(shù)據(jù)包和CCSDS包串聯(lián)、組織復(fù)用到同一虛擬信道中去，使得導(dǎo)航鏈路支持多任務(wù)和消息類型。

虛擬信道訪問（VCA）業(yè)務(wù)：使用虛擬信道訪問協(xié)議數(shù)據(jù)單元（VC-PDU）傳輸。VCA業(yè)務(wù)允許多個VC并發(fā)的使用同一物理信道。

虛擬信道數(shù)據(jù)單元業(yè)務(wù)：需要傳送的數(shù)據(jù)被封裝為VCDU或CVCDU，然后被分配到虛擬信道中進(jìn)行傳輸。

位流業(yè)務(wù)：將上層的比特流切成若干短塊，這些數(shù)據(jù)塊稱為B-PDU，其長度剛好容納一個虛擬信道數(shù)據(jù)單元的固定長度數(shù)據(jù)域。該業(yè)務(wù)用來傳送高速率固定時延的數(shù)據(jù)，每個位流數(shù)據(jù)源需要專門地占有一個虛擬信道。利用這種業(yè)務(wù)可傳送用戶定義的未經(jīng)構(gòu)造的、面向碼位的、無固定長度的數(shù)據(jù)。

4.3 信息處理過程

對協(xié)議模型進(jìn)行分析，可以把鏈路層的工作過程描述如下：對于高速數(shù)據(jù)單獨(dú)占用一個虛擬信道，可以用位流業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，通過B-PDU成幀模塊把連續(xù)的比特流封裝為固定長度的B-PDU。對于低速業(yè)務(wù)，則用復(fù)用業(yè)務(wù)，使多個低速數(shù)據(jù)包共用一條虛擬信道。對于誤碼要求高的數(shù)據(jù)用CVCDU格式傳輸，一般數(shù)據(jù)用VCDU格式。

（1）VCDU成幀

虛擬信道數(shù)據(jù)單元業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)對所有上述數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，添加VCDU主導(dǎo)頭，封裝幀主導(dǎo)頭需要包含的信息有虛擬信道數(shù)據(jù)單元的GVCID、信息的優(yōu)先級等。依據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求的不同，還有可能封裝成CVCDU。VCDU幀格式的設(shè)計在4.4節(jié)將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（2）虛擬信道調(diào)度與復(fù)用

如圖5所示，對于優(yōu)先級為1的VCDU給以最高優(yōu)先級，直接進(jìn)行傳輸。對于優(yōu)先級為2和3的VCDU，當(dāng)有1級VCDU傳輸時，其他VCDU都是放在緩存中的（包括中優(yōu)先級緩存和低優(yōu)先級緩存）。當(dāng)1級VCDU傳輸完了之后，從中優(yōu)先級緩存中取出VCDU進(jìn)行傳輸，當(dāng)中優(yōu)先級的VCDU傳輸完后再傳輸?shù)蛢?yōu)先級緩存中的VCDU。當(dāng)所有VCDU傳送完了則傳輸填充VCDU以保證數(shù)據(jù)鏈路的連續(xù)性。

4.4 幀格式設(shè)計

本文設(shè)計的幀由同步碼（24 bit）、主導(dǎo)頭（64 bit）、目的地址（8 bit）、類型標(biāo)識符（2 bit）、數(shù)據(jù)和尾序列（可選）組成，如圖6所示。

同步碼：同步碼的接收實際上是隨機(jī)序列中獨(dú)特碼檢測問題，文獻(xiàn)［7］介紹了同步碼的選取，本文采用Baker碼型。Baker碼是一個八位的比特序列，如：10110111000。

主導(dǎo)頭：目的是對信息進(jìn)行標(biāo)識和進(jìn)行優(yōu)先級時延的區(qū)分［8］，是對AOS協(xié)議的VCDU主導(dǎo)頭進(jìn)行改進(jìn)后得到的。包括主導(dǎo)頭版本號（2 bit）、虛擬信道標(biāo)識（6 bit）、衛(wèi)星MAC標(biāo)識符（8 bit）、計數(shù)器（24 bit）、實時性優(yōu)先級標(biāo)識（2 bit）、保留域（6 bit）和差錯控制域（16 bit）組成，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。版本號用來定義傳送幀的結(jié)構(gòu)（01表示該幀為VCDU幀結(jié)構(gòu)，10表示該幀為CVCDU結(jié)構(gòu)）。主導(dǎo)頭標(biāo)識符由虛擬信道標(biāo)識和衛(wèi)星MAC標(biāo)識符組成，用于分辨該幀屬于哪顆衛(wèi)星的哪個虛擬信道。主導(dǎo)頭計數(shù)器對每個需要傳輸?shù)膸M(jìn)行計數(shù)。實時性優(yōu)先級為01表示1級數(shù)據(jù)，10表示2級數(shù)據(jù)，11表示3級數(shù)據(jù)。

目的地址：這個字段是目的節(jié)點的地址，當(dāng)目的節(jié)點收到源節(jié)點的幀后，分析MAC地址，如果是自己的地址或者是MAC廣播地址，則將該幀數(shù)據(jù)的內(nèi)容傳給網(wǎng)絡(luò)層。

類型：說明了網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的類型，如SCPS-NP、IP等。因為根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的不同，導(dǎo)航信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層可能采取多種不同的協(xié)議，當(dāng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到目的節(jié)點后，目的節(jié)點根據(jù)類型字段把數(shù)據(jù)字段傳送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行處理（即多路分解）。對于不同類型網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的區(qū)別，可以根據(jù)CCSDS網(wǎng)絡(luò)層中4種協(xié)議（SCPS-NP、IP V4、IP V6及Space Packet Protocol）的合理選擇來最終決定。

數(shù)據(jù)：是指從上層傳給鏈路層的數(shù)據(jù)包，是鏈路層傳遞數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容。

尾系列（可選）：一般對于CVCDU選擇RS編碼，該字段允許接收節(jié)點對接收到的幀進(jìn)行差錯檢測和糾正。

4.5 差錯檢測和糾錯

以GPS為例，同軌道面MEO衛(wèi)星星間距離為20 358 km左右，信號傳波時延67 ms以上，如果采用確認(rèn)重傳機(jī)制則等待時間消耗太大，因此一般情況下考慮采用前向差錯糾正（FEC）。

FEC的優(yōu)點在于它可以減少發(fā)送方重傳的次數(shù)，在接收方進(jìn)行糾錯，從而避免了等待。一般用RS（255，223）進(jìn)行信道編碼對整個VCDU加以保護(hù)。如業(yè)務(wù)等級一，可靠性要求高，則在RS保護(hù)的基礎(chǔ)上需要引入自動重發(fā)請求（ARQ）機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的差錯控制。

5 協(xié)議性能分析

衡量鏈路層協(xié)議性能的指標(biāo)主要有有效數(shù)據(jù)吞吐量、數(shù)據(jù)包平均時延、數(shù)據(jù)質(zhì)量及信道利用率。影響AOS協(xié)議的業(yè)務(wù)吞吐量性能的主要因素有鏈路速率、編碼效率、包效率、幀效率、信道誤比特率等。

對于隨機(jī)的通信業(yè)務(wù)源，用指數(shù)分布的ON／OFF過程能夠較好地模擬數(shù)據(jù)隨機(jī)突發(fā)到達(dá)的過程。在導(dǎo)航系統(tǒng)中，其業(yè)務(wù)又有自己的特殊性，主要表現(xiàn)在多數(shù)信息是周期的、可預(yù)測的，如星間雙向測距數(shù)據(jù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息數(shù)據(jù)等，有一些信息的傳遞要求嚴(yán)格的時間戳，如遙控指令信息。

本文假設(shè)業(yè)務(wù)的到達(dá)過程是周期平穩(wěn)過程。數(shù)據(jù)包長與幀長一般為整數(shù)關(guān)系，這樣可以減少為補(bǔ)滿固定幀長時的額外開銷，提高信道的利用效率［9］。

推導(dǎo)得到信道吞吐量R的計算公式如下：

式中，C代表信道容量，rs代表信道RS編碼的效率，η（Flen）為幀效率，η（Plen）為包效率，F(xiàn)len為傳輸幀的長度，sF為幀開銷，Plen為業(yè)務(wù)信息的包長度，sP為包開銷，γ為包的相關(guān)系數(shù)，Pe為信道誤比特率。為簡化分析，不考慮編碼效率對業(yè)務(wù)吞吐量的影響，吞吐量R計算公式如下：

假設(shè)GNSS星間鏈路的C為50 kbit／s，包長固定為500 bit，得出信道誤碼率、幀長和吞吐量的關(guān)系如圖8所示；若幀長固定為1 000 bit，得出信道誤碼率、包長和吞吐量的關(guān)系如圖9所示。

從圖8可以看出，當(dāng)誤碼率一定、幀長較小時，信道的吞吐量較低，隨著幀長的增加，信道的吞吐量明顯增加，隨后趨勢減緩并逐漸下降；當(dāng)幀長一定、誤碼率Pe較小時，吞吐量較大，轉(zhuǎn)折點也來得較遲。

從圖9可以看出，當(dāng)誤碼率一定、包長較小時，信道的吞吐量較低，隨著包長的增加，信道的吞吐量明顯增加，隨后趨勢減緩并逐漸下降；當(dāng)包長一定、誤碼率Pe較小時，吞吐量較大。

綜合圖8和圖9可以得出結(jié)論：當(dāng)空間鏈路信道條件較差時，短幀長、短包長可以提高數(shù)據(jù)的吞吐量；當(dāng)包長和幀長長度相當(dāng)時，包開銷sP最小，吞吐量變大，但包長超過幀長時吞吐量明顯下降。

6 結(jié)束語

本文介紹了一種實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航星間鏈路層協(xié)議的方法，詳細(xì)分析了基于AOS的數(shù)據(jù)鏈路層幀格式設(shè)計和控制策略，指出了評價協(xié)議性能的指標(biāo)，分析了影響信息吞吐量的因素，得出了不同信道誤碼率（BER）條件下幀長、包長和鏈路吞吐量曲線，為最佳幀長包長的選取提供了依據(jù)。從本文協(xié)議性能分析部分可看出，合理選擇協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)、幀長和調(diào)度算法可以提高信息吞吐量。在下一步考慮衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計的工作中，本文鏈路層協(xié)議可考慮在與其他協(xié)議進(jìn)行跨層設(shè)計與優(yōu)化上作進(jìn)一步研究。

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［8］李芳，付前程.利用高級在軌系統(tǒng)實現(xiàn)實時／非實時數(shù)據(jù)混合傳輸［J］.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2009（4）：69-70. LIFang，F(xiàn)U Qian-cheng.Real-time and non-real-time data transfer using advanced orbiting system［J］.Network Security Technology＆Application，2009（4）：69-70.（in Chinese）

［9］李樹峰，鄭林華.CCSDS高級在軌系統(tǒng)協(xié)議吞吐量性能分析［J］.航空電子技術(shù)，2005（4）：15-19. LI Shu-feng，ZHENG Lin-hua.Throughput performance analysis of CCSDS advanced orbiting system protocol［J］. Avionics Technology，2005（4）：15-19.（in Chinese）

DONG Fei-hong was born in Xi′an，Shaanxi Province，in 1987. He received the B.S.degree from PLA University of Science and Technology in 2010.He is now a graduate student.His research interests include satellite navigation and satellite communication.

Email：feihong070＠qq.com

呂晶（1965—），男，天津人，1988年獲國防科技大學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為解放軍理工大學(xué)教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信；

常江（1972—），男，河北秦皇島人，1996年獲解放軍理工大學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為解放軍理工大學(xué)副教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信；

CHANG Jiang was born in Qinhuangdao，Hebei Province，in 1972.He received the M.S.degree from PLA University of Science and Technology in 1996.He is now an associate professor and also the instructor of graduate students.His research interests include satellite navigation and satellite communication.

孔博（1987—），男，陜西澄城人，2010年獲西安電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為解放軍理工大學(xué)碩士研究生，主要研究方向為衛(wèi)星通信和空時協(xié)同通信。

KONG Bo was born in Chengcheng，Shaanxi Province，in 1987.He received the B.S.degree from Xidian University in 2010.He is now a graduate student.His research interests include satellite communication and space time cooperative communication.

Link Layer Protocol Design of Global Navigation Satellite System

DONG Fei-hong，LV Jing，CHANG Jiang，KONG Bo
（Institute of Communication Engineering，PLA University of Science and Technology，Nanjing 210007，China）

This paper analyses the actualstate developmentof Global Navigation Satellite System（GNSS），points out the need of the Inter-satellite Link（ISL）for GNSS.To achieve this requirement，it advises the Advance Orbit System（AOS）Space Data Link Protocol Recommendation can be used as a reference.The possible traffic which may be senton ISL is classified based on AOS recommendation.Itindicates the AOS can be appropriate. To let the protocol appropriate for GNSS ISL，three main improvements are made，including optimizing virtual channel data unit frame structural components，reducing three services and improving on scheduling and multiplexing scheme.A link layer protocol is designed and its performance is simulated.The relationship among Bit Error Rate（BER），frame length，packetlength and throughputis analysed.The simulation results show thatthe protocol designed can be a reference for GNSS.

GNSS；inter-satellite link；class of traffic；VCDU；multiplexing service；protocol design

as born in Tianjin，in 1965.He

the M.S.degree from NationalUniversity of Defense Technology in 1988.He is now a professor and also the instructor ofgraduate students.His research interests include satellite navigation and satellite communication.

The National Natural Science Foundation of China（No.60972062）

TN96；TN927

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.002

董飛鴻（1987—），男，陜西西安人，2010年獲解放軍理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為解放軍理工大學(xué)碩士研究生，主要研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信；

1001-893X（2012）02-0130-06

2011-11-11；

2012-01-06

國家自然科學(xué)基金資助項目（60972062）