面向空间通信的DTN协议传输性能研究
发布时间：2020-12-20 16:40
随着航空航天和卫星载荷技术的发展,空间通信将为我国未来空间科学探测、空间信息应用、军民应急救援等多个领域提供必要保障。空间通信的环境和链路特性不同于地面网络,空间网络存在拓扑动态变化、体系多样异构,空间链路存在高误码、长延迟、速率非对称乃至频繁的随机中断等特性,给空间任务遥控遥测与数据传输造成巨大的挑战。大量地面网络成熟协议技术难以满足空间通信应用需求。协议架构及传输方案是影响空间网络传输性能的关键因素,需在异构网络之间实现互联互通、协作融合、统一处理并能够有效应对空间链路不良特性,具备兼容性和可扩展性。容迟容断网络（Delay/Disruption-Tolerant Network,DTN）是一种能够适应空间通信环境的新兴网络技术,提供应对间歇、动态、中断网络的可靠传输方案。本文针对空间网络的发展现状和需求,通过数学建模、仿真验证与理论分析,系统地研究了 DTN网络关键协议及不同协议组合在空间网络环境下的传输性能,为相关协议在未来空间任务中的实际应用提供了理论支撑。本文主要工作和贡献如下:1.依托半实物仿真平台评估DTN空间应用传输性能,重点研究空间传输链路特性对协议性能的制约。主要...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１未来深空通信网络结构［２力??传输性能是空间通信的核心问题，严重影响和制约其应用与发展
ＳＣＰＳ（Ｓｐａｃｅ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ?Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）＾３６］协议、容迟容断网络??（Ｄｅｌａｙ／Ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ－Ｔｏｌｅｒａｎｔ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，?ＤＴＮ）?［３７］协议体系，相关网络协议在?ＯＳＩ?模型中的??对比关系如图１．２所示，表１．１则列举了各自的优缺点及主要应用场景。??容迟容断应用?应用层??？消息转发机制??节点与端点机制??ＦＴＰ、?Ｂｕｎｄｌｅ????ＨＴＴＰ、?ＳＣＰＳ－ＦＰ或?协议?命名与寻址机制??应用层?Ｔｅｌｎｅｔ等?者其他应用?ｄｔｎ?（ｂｐ?路由与转发机制??相件?）????！?覆蚤层??扭忏?安全机制??服务质量保障机制??汇聚层适紀器??（用于ＬＴＰ、ＴＣＰ＾）??估输?ｐ?ＳＣＰＳ－ＴＰ??作撕?ＴＣＰ／ＵＤＰ?Ｉ?ＳＣＰＳ－ＳＰ?ＴＣＰ／ＵＤＰ?ＬＴＰ?可扩展其它??网络层?ＩＰｖ４／ＩＰｖ６?｜?ＳＣＰＳ－ＮＰ?ＩＰｖ４／ＩＰｖ６?｜?ＳＣＰＳ－ＮＰ?空间分组协议??習?链路层????１??卜??物理层?｜?射频和调制系统??ＴＣＰ?｜?ＳＣＰＳ?Ｉ?ＤＴＮ??图１．２相关网络协议在ＯＳＩ模型中的对比??表１．１现有空间通信协议体系比较??ＴＣＰ／ＩＰ?ＣＣＳＤＳ－ＳＣＰＳ?ＤＴＮ?协议??起源?地面网络?空间通信专用?深空通信???，?，?容迟容断、适应恶劣通信环??优点?协议成熟、开发成本低?针对空间通信环境开发?和＾???境，协议兼容性好???延迟容忍、中断恢复差
支持文件、图像、遥测和遥控报文等空间传输。ＳＣＰＳ［６５＿６６］是基于ＴＣＰ／ＩＰ协议进??行扩充和改进，为适应空间特殊复杂的通信环境而提出空间通信协议，其端到端通信协议??模型如下图１．３［６？１。??终遄?终端??应用层＊??表示层—?ＳＣＰＳ－ＦＰ－ｈ＇?ＳＣＰＳ－ＦＰ－??会话层＜??传输层?ｖ?ＳＣＰＳ－ＴＰＶ?路由?Ｓ—?路?ａｓ－?ＳＣＰＳ－ＴｔＶ??ＳＣＰＳ－ＳＰ＋丨—?＇?￣｜ＳＣＰＳ－ＳＰ如｜??网络层－－?１１?ＳＣＰＳ－ＭＰ—１?ＳＣＰＳ－ＮＰ??ＳＣＰＳ－ＮＰ—１?ＳＣＰＳ－ＮＰ—１??＿ｍｍ?ｍ－?ｍｍ?顧．?底?＆??子网－?子网＊?子网，?子网￣??＂＂￣１?￣Ｌ＇￣Ｊ?ｉ?■丨Ｔ＂?１＾＾－－丄１－－－??ＯＳＩ植型?ＳＣＰＳ系统传输镇型Ｖ??图１．３端到端ＳＣＰＳ协议栈模型??ＳＣＰＳ与ＴＣＰ／ＩＰ协议栈在ＯＳＩ模型中的比较如图１．４所示。可见ＳＣＰＳ－ＦＰ协议类似??于ＴＣＰ／ＩＰ中的文件传输协议ＦＴＰ，主要用于文件传输设计，与ＦＴＰ相比更适应于空间复??杂的通信环境。此外ＳＣＰＳ－ＦＰ改进了数据压缩算法，支持停止等待和继续重传等文件传??输机制，针对带宽受限的空间通信环境，以最小通信代价保障数据传输，并优化比特效率。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间通信与BATS码:天成之合（英文）[J]. 杨伟豪,董光亮,朱键,李海涛,杨升浩,陈超. 深空探测学报. 2018(02)
[2]面向深空通信的DTN网络跨层包大小的优化设计[J]. 王洋,杨宏,陈晓光,丁凯. 宇航学报. 2017(05)
[3]卫星通信的近期发展与前景展望[J]. 易克初,李怡,孙晨华,南春国. 通信学报. 2015(06)
[4]对建设我国“天地一体化信息网络”的思考[J]. 张乃通,赵康僆,刘功亮. 中国电子科学研究院学报. 2015(03)
[5]论我国空间信息网络的构建[J]. 李德仁,沈欣,龚健雅,张军,陆建华. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(06)
[6]卫星网络安全路由目标研究[J]. 周星,刘军,董春冻,张玉静. 计算机技术与发展. 2013(07)
[7]基于OPNET的SCPS-TP协议的设计与实现[J]. 张连连,戴泽华,葛宇,邓全才. 河北建筑工程学院学报. 2012(02)
[8]未来互联网体系结构研究综述[J]. 谢高岗,张玉军,李振宇,孙毅,谢应科,李忠诚,刘韵洁. 计算机学报. 2012(06)
[9]CFDP与SCPS-TP在空间通信中的性能比较[J]. 葛鹏,刘锋,万鹏. 计算机应用. 2010(S2)
[10]深空通信DTN应用研究[J]. 叶建设,宋世杰,沈荣骏. 宇航学报. 2010(04)
博士论文
[1]信道速率非对称性对DTN网络性能的影响研究[D]. 余倩.苏州大学 2017
[2]基于DTN的空间综合信息网络关键技术研究[D]. 周建国.武汉大学 2013
硕士论文
[1]应用于太空通信的LTP协议的研究[D]. 魏志国.苏州大学 2012
[2]SCPS-TP协议在空间通信中的研究与仿真[D]. 丁锐.电子科技大学 2011
本文编号：2928197
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１未来深空通信网络结构［２力??传输性能是空间通信的核心问题，严重影响和制约其应用与发展
ＳＣＰＳ（Ｓｐａｃｅ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ?Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）＾３６］协议、容迟容断网络??（Ｄｅｌａｙ／Ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ－Ｔｏｌｅｒａｎｔ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，?ＤＴＮ）?［３７］协议体系，相关网络协议在?ＯＳＩ?模型中的??对比关系如图１．２所示，表１．１则列举了各自的优缺点及主要应用场景。??容迟容断应用?应用层??？消息转发机制??节点与端点机制??ＦＴＰ、?Ｂｕｎｄｌｅ????ＨＴＴＰ、?ＳＣＰＳ－ＦＰ或?协议?命名与寻址机制??应用层?Ｔｅｌｎｅｔ等?者其他应用?ｄｔｎ?（ｂｐ?路由与转发机制??相件?）????！?覆蚤层??扭忏?安全机制??服务质量保障机制??汇聚层适紀器??（用于ＬＴＰ、ＴＣＰ＾）??估输?ｐ?ＳＣＰＳ－ＴＰ??作撕?ＴＣＰ／ＵＤＰ?Ｉ?ＳＣＰＳ－ＳＰ?ＴＣＰ／ＵＤＰ?ＬＴＰ?可扩展其它??网络层?ＩＰｖ４／ＩＰｖ６?｜?ＳＣＰＳ－ＮＰ?ＩＰｖ４／ＩＰｖ６?｜?ＳＣＰＳ－ＮＰ?空间分组协议??習?链路层????１??卜??物理层?｜?射频和调制系统??ＴＣＰ?｜?ＳＣＰＳ?Ｉ?ＤＴＮ??图１．２相关网络协议在ＯＳＩ模型中的对比??表１．１现有空间通信协议体系比较??ＴＣＰ／ＩＰ?ＣＣＳＤＳ－ＳＣＰＳ?ＤＴＮ?协议??起源?地面网络?空间通信专用?深空通信???，?，?容迟容断、适应恶劣通信环??优点?协议成熟、开发成本低?针对空间通信环境开发?和＾???境，协议兼容性好???延迟容忍、中断恢复差
支持文件、图像、遥测和遥控报文等空间传输。ＳＣＰＳ［６５＿６６］是基于ＴＣＰ／ＩＰ协议进??行扩充和改进，为适应空间特殊复杂的通信环境而提出空间通信协议，其端到端通信协议??模型如下图１．３［６？１。??终遄?终端??应用层＊??表示层—?ＳＣＰＳ－ＦＰ－ｈ＇?ＳＣＰＳ－ＦＰ－??会话层＜??传输层?ｖ?ＳＣＰＳ－ＴＰＶ?路由?Ｓ—?路?ａｓ－?ＳＣＰＳ－ＴｔＶ??ＳＣＰＳ－ＳＰ＋丨—?＇?￣｜ＳＣＰＳ－ＳＰ如｜??网络层－－?１１?ＳＣＰＳ－ＭＰ—１?ＳＣＰＳ－ＮＰ??ＳＣＰＳ－ＮＰ—１?ＳＣＰＳ－ＮＰ—１??＿ｍｍ?ｍ－?ｍｍ?顧．?底?＆??子网－?子网＊?子网，?子网￣??＂＂￣１?￣Ｌ＇￣Ｊ?ｉ?■丨Ｔ＂?１＾＾－－丄１－－－??ＯＳＩ植型?ＳＣＰＳ系统传输镇型Ｖ??图１．３端到端ＳＣＰＳ协议栈模型??ＳＣＰＳ与ＴＣＰ／ＩＰ协议栈在ＯＳＩ模型中的比较如图１．４所示。可见ＳＣＰＳ－ＦＰ协议类似??于ＴＣＰ／ＩＰ中的文件传输协议ＦＴＰ，主要用于文件传输设计，与ＦＴＰ相比更适应于空间复??杂的通信环境。此外ＳＣＰＳ－ＦＰ改进了数据压缩算法，支持停止等待和继续重传等文件传??输机制，针对带宽受限的空间通信环境，以最小通信代价保障数据传输，并优化比特效率。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间通信与BATS码:天成之合（英文）[J]. 杨伟豪,董光亮,朱键,李海涛,杨升浩,陈超. 深空探测学报. 2018(02)
[2]面向深空通信的DTN网络跨层包大小的优化设计[J]. 王洋,杨宏,陈晓光,丁凯. 宇航学报. 2017(05)
[3]卫星通信的近期发展与前景展望[J]. 易克初,李怡,孙晨华,南春国. 通信学报. 2015(06)
[4]对建设我国“天地一体化信息网络”的思考[J]. 张乃通,赵康僆,刘功亮. 中国电子科学研究院学报. 2015(03)
[5]论我国空间信息网络的构建[J]. 李德仁,沈欣,龚健雅,张军,陆建华. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(06)
[6]卫星网络安全路由目标研究[J]. 周星,刘军,董春冻,张玉静. 计算机技术与发展. 2013(07)
[7]基于OPNET的SCPS-TP协议的设计与实现[J]. 张连连,戴泽华,葛宇,邓全才. 河北建筑工程学院学报. 2012(02)
[8]未来互联网体系结构研究综述[J]. 谢高岗,张玉军,李振宇,孙毅,谢应科,李忠诚,刘韵洁. 计算机学报. 2012(06)
[9]CFDP与SCPS-TP在空间通信中的性能比较[J]. 葛鹏,刘锋,万鹏. 计算机应用. 2010(S2)
[10]深空通信DTN应用研究[J]. 叶建设,宋世杰,沈荣骏. 宇航学报. 2010(04)
博士论文
[1]信道速率非对称性对DTN网络性能的影响研究[D]. 余倩.苏州大学 2017
[2]基于DTN的空间综合信息网络关键技术研究[D]. 周建国.武汉大学 2013
硕士论文
[1]应用于太空通信的LTP协议的研究[D]. 魏志国.苏州大学 2012
[2]SCPS-TP协议在空间通信中的研究与仿真[D]. 丁锐.电子科技大学 2011
本文编号：2928197
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2928197.html
