天地一体化网络可靠传输协议研究及验证平台实现

发布时间：2020-11-14 10:49

　　 地面互联网已趋于成熟,空间卫星网络的研究及部署正在迅速向前推进,天地一体化网络将地面网络与空间卫星网络的优势进行结合,具有广泛的应用前景。其中,可靠传输协议用来保障端到端数据传输的可靠性,在天地一体化网络的各种应用场景可发挥重要的作用。但受限于长时延、高误码、拓扑高动态变化及上下行链路带宽非对称等空间卫星网络的典型特征,地面网络可靠传输协议(TCP协议)在空间卫星网络的应用面临严重挑战。针对这个问题,本文主要做了以下研究工作:首先,本文对TCP协议在空间卫星网络中的主要改进方案进行了调研与总结。从TCP协议数据传输的有序性、正确性、可靠性及高效性角度出发,对TCP协议的主要机制进行了探究。结合天地一体化网络链路主要特征,对直接将TCP协议应用于天地一体化网络环境而传输性能低下的原因进行了分析,并在本文所设计的可靠传输协议验证平台中进行了测试验证。其次,本文对一种基于TCP协议分段的可靠传输协议改进方案(TCP协议性能增强代理)的工作原理进行了介绍,从端到端平均吞吐量和数据包投递成功率两个角度出发,对TCP协议性能增强代理的分段可靠传输方法与传统的端到端可靠传输方法进行了对比分析。进一步,由于TCP协议性能增强代理在移动环境中无法保障业务传输的持续性,本文提出了一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法,将移动可靠传输代理部署于低轨卫星和临近空间平台上。设计了移动可靠传输代理间的信息交互机制,解决了移动可靠传输代理间的切换问题。与TCP协议性能增强代理相比,该方法不仅在移动可靠传输代理的切换过程中保障了端到端业务传输过程的连续性,而且进一步提升了TCP协议的端到端平均吞吐量。最后,本文设计并实现了天地一体化网络可靠传输协议验证平台。在该验证平台中,基于Linux操作系统设计了天地融合网关,并支持路由转发、TCP协议性能增强代理和SCPS-TP协议性能增强代理三种模式的配置。通过空间链路模拟器对空间链路时延、丢包率以及非对称链路带宽等链路特征进行模拟,可构建出不同的天地一体化网络应用场景。针对不同场景,在网关的三种模式下,对TCP协议进行测试与验证,为天地一体化网络可靠传输协议的进一步研究提供平台支撑,并为构建真实的天地一体化网络提供理论指导与建议。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN927.2
【部分图文】：

率以及前反向链路带宽，模拟不同的卫星通信场景。地面网关和空间网关均由工控机进行模拟，具备高速数据处理功能以及较高的可靠性，如图 4.2 所示。图4.2 工控机实物图在该工控机机箱中插入了三块板卡，分别为网关板卡、前向数据处理板和反向数据处理板，三块板卡的作用分别是：网关板卡安装 Ubuntu 操作系统，在其上实现了 SCPS-TP 协议和分段可靠传输代理软件，完成天地一体化网络的网关功能，该板卡拥有 4 个以太网接口，其中一个用于连接前向数据处理板，另外一个用于连接反向数据处理板，第三个作为外部数据输入输出接口，通过交换机或商用路由器与地面应用节点或空间应用节点相连，第四个接口备用。前向数据处理板通过以太网口接收网关板卡发来的数据

率以及前反向链路带宽，模拟不同的卫星通信场景。地面网关和空间网关均由工控机进行模拟，具备高速数据处理功能以及较高的可靠性，如图 4.2 所示。图4.2 工控机实物图在该工控机机箱中插入了三块板卡，分别为网关板卡、前向数据处理板和反向数据处理板，三块板卡的作用分别是：网关板卡安装 Ubuntu 操作系统，在其上实现了 SCPS-TP 协议和分段可靠传输代理软件，完成天地一体化网络的网关功能，该板卡拥有 4 个以太网接口，其中一个用于连接前向数据处理板，另外一个用于连接反向数据处理板，第三个作为外部数据输入输出接口，通过交换机或商用路由器与地面应用节点或空间应用节点相连，第四个接口备用。前向数据处理板通过以太网口接收网关板卡发来的数据
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 张乃通;赵康僆;刘功亮;;对建设我国“天地一体化信息网络”的思考[J];中国电子科学研究院学报;2015年03期

2 陈宇;孟新;卞春江;张磊;周海;;基于SCPS-TP的TCP性能增强代理[J];计算机工程;2011年S1期

3 张亚生;彭华;谷聚娟;;卫星TCP加速技术研究[J];无线电通信技术;2010年05期

本文编号：2883388