基于LTP的深空跨层联合传输机制研究

发布时间：2017-08-20 23:32

  本文关键词：基于LTP的深空跨层联合传输机制研究

  更多相关文章： 深空通信 LTP协议 跨层联合传输 吞吐量 仿真平台

【摘要】：深空通信是人类航天领域的重要组成部分,同时也是国家科学技术发展的重要标志。深空通信具有区别于地面通信的特点:极长距离、极大延迟、链路动态变化、上下行链路高度非对称等,面对这些复杂时变的环境因素,如何在其中进行空间数据的可靠、高效传输显得由为重要。本文将DTN网络下的LTP协议与应用层数据压缩、传输层数据纠删和数据链路层/物理层Spinal无速率编码相结合,建立了一种面向DTN协议栈框架的跨层联合传输机制,在实现深空数据信息的可靠、高效传输的基础上,进一步提升数据传输的吞吐量,达到传输优化的目标。在充分研究了DTN网络中的LTP协议的传输机理的基础上,详细描述了其发端状态转换过程、收端状态转换过程,同时对LTP数据段结构的划分进行了分析,LTP协议是针对频繁中断链路而提出的能够保证数据可靠传输的深空协议。建立了跨层联合优化的理论模型。该模型以深空图像为例,将应用层的图像压缩、传输层的数据纠删以及链路层/物理层的Spinal编码进行联合优化,达到发送每幅图像使用的符号数最小。在应用层和传输层,利用信息与应用数学领域近年来新提出的压缩感知(Compressed Sensing,CS)技术进行图像压缩。相比于传统压缩方式,CS压缩编码复杂度低,压缩效率高。另外,CS潜在的纠删功能可以应用到传输层中进行数据纠删。在链路层/物理层,使用近年来提出的Spinal无速率编码技术,其在BSC、AWGN信道下极宽信噪比范围(-10dB~40dB)内都可以得到更好的性能,且编译码复杂度线性于消息的长度。同时,Spinal无速率码的前向递增冗余特性使得其无需反馈即可自动适应信道变化。进一步使用MATLAB工具对跨层联合优化理论模型进行建模仿真,数据在传输过程中进行连续传输,若收到反馈则进行处理,将反馈信息与Markov预测相结合确定之后的传输策略,从而充分利用深空中的有限带宽资源。通过实验仿真及吞吐量分析可知,相比于无预测重传机制、无预测追加机制、预测重传机制,本文提出的跨层联合传输机制的吞吐量接近于理想传输机制,比预测重传机制高6.3%,比无预测追加机制高13.8%,比无预测重传机制高19.7%。搭建了分布式的仿真平台,实现了三台电脑的互联及深空通信环境的模拟,如丢包率、延迟、非对称带宽等,同时成功进行了数据的传输,进而对LTP协议在深空链路下的传输性能进行初步的验证。
【关键词】：深空通信 LTP协议 跨层联合传输 吞吐量 仿真平台
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 课题研究的目的和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-16
• 1.3.1 深空通信中图像压缩及传输技术的研究现状12-13
• 1.3.2 深空通信传输协议的发展背景及现状13-14
• 1.3.3 深空传输机制及网络仿真平台的研究现状14-16
• 1.4 本文主要内容和结构安排16-17
• 第2章 延迟容忍网络中LTP传输协议17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 延迟容忍网络17-20
• 2.2.1 延迟容忍网络体系结构17-18
• 2.2.2 束层与汇聚层18-20
• 2.3 LTP协议20-29
• 2.3.1 LTP协议基本通信流程21-24
• 2.3.2 LTP协议发端状态转换过程24-27
• 2.3.3 LTP协议收端状态转换过程27-29
• 2.4 LTP协议的详细过程29-33
• 2.4.1 LTP数据段结构29-31
• 2.4.2 数据段内容31-32
• 2.4.3 客户服务端的请求32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 跨层联合传输机制建立及优化34-53
• 3.1 引言34
• 3.2 跨层联合传输模型的基础34-37
• 3.2.1 应用层图像压缩34-35
• 3.2.2 传输层中的纠删技术35
• 3.2.3 链路层/物理层中的Spinal编码35-37
• 3.2.4 LTP协议37
• 3.3 跨层联合优化模型的建立37-44
• 3.3.1 Markov预测及CDF分析37-40
• 3.3.2 跨层联合优化模型理论分析40-41
• 3.3.3 优化模型求解41-44
• 3.4 跨层联合传输优化模型的求解及仿真44-52
• 3.4.1 模型具体实现45-46
• 3.4.2 跨层联合传输模型的吞吐量46-48
• 3.4.3 程序仿真48-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 跨层联合传输机制仿真平台搭建及性能评估53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 网络实验仿真平台的搭建53-58
• 4.2.1 网络实验平台的网络构建54-55
• 4.2.2 网络实验平台的环境构建55-58
• 4.2.3 网络通信结构58
• 4.3 实验的环境配置及LTP初步仿真58-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

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本文编号：709569