基于排队模型的时延容忍网络性能分析与优化

发布时间：2018-01-01 08:42

本文关键词：基于排队模型的时延容忍网络性能分析与优化　出处：《中国科学技术大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：人类对未知空间的探索越来越频繁,深空探索是人类扩展自身认知的重要项目。在空间探索中,通信系统扮演着不可或缺的角色。相比于地面,深空通信环境更为复杂和苛刻。端到端路径不存在、较低的信噪比、链路连接中断频繁等都对通信系统提出了重大的挑战。时延容忍网络(Delay Tolerant Network,DTN)就是在为了解决极端环境下的通信问题而提出。不同于传统的TCP/IP网络,DTN采用逐跳保管的传输策略。数据在传输过程中会被保管在节点自身的存储空间中。当数据成功传输到下一跳时,才将其从存储空间中删除。由于DTN采取了不同的数据传输方式,DTN在架构上也有别于其他传统协网络。主要的区别在于DTN在应用层下面加入了 Bundle协议。DTN的保管传输的功能主要该协议层来实现。保管传输为DTN提供了克服极端环境挑战的能力,但同时也带来了其他性能方面的挑战。分析和优化DTN架构的性能是进一步提高DTN通信性能的关键。LTP(Licklider Transmission Protocol)协议的提出是为了解决 DTN 网络在长延时和频繁中断的情况下数据的有效传输问题。该协议运行在Bundle层协议之下。Bundle协议与LTP协议构成了常在空间网络中使用的DTN架构——BP/LTP架构。该架构已经在空间网络中部署和使用。本论文的第一个研究点将从排队的角度分析BP/LTP协议架构的性能。不同于其他的研究工作,我们将在排队模型中考虑链路随机中断,并分析中断对于数据传输性能的影响。在空间DTN网络中,链路的随机中断不可避免,而链路中断会对DTN架构的数据传输性能有很大的影响。考虑到链路的中断而引起的数据传输冻结,数据单元的传输时间具有一般性,我们将数据传输单元bundle的到达排队传输过程建立为M/G/1排队模型。我们首先基于LTP传输协议推导了 bundle在链路随机中断的情况下服务时间的概率分布,然后推导出队列在链路随机中断情况下的稳定条件以及分析链路随机中断对于bundle排队延时的影响。最后,利用仿真分析来证明我们的理论结果。对比结果显示我们的模型较好的反映了随机中断对于DTN架构的影响。在研究点二中,考虑到以下原因:1)在空间网络中存储空间代价较高且有限。2)空间网络中大量的图像及其他数据需要传输,DTN保管传输的方式会在节点中保留大量的数据,存储空间消耗较大。3)处于特殊位置的中继节点要承担数据的中继传输,大量的数据会经过中继节点。保管这些数据会造成较大的存储压力。基于上述原因,对部署了 BP/LTP架构的空间网络中的中继节点进行存储优化十分必要。我们根据BP/LTP架构对数据的处理方式,建立批处理排队模型,并且分析了相关变量LTP数据块和LTP数据段大小和bundle的保管队列平均长度的关系。然后我们设计了联合优化算法,优化这两个变量,使得bundle保管队列平均长度减少,从而减少bundle保管队列对于存储空间的消耗。最后我们设计仿真验证了我们优化算法的有效性。
[Abstract]:In this paper , we propose a new DTN architecture _ BP / LTP architecture , which is different from traditional TCP / IP networks .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN915.0

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