深空网络DTN路由协议研究

发布时间：2018-01-02 08:06

本文关键词：深空网络DTN路由协议研究　出处：《中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：星际互联网络IPN(Interplanetary Networking)被设想由太空飞船、轨道卫星、着陆器互联组成,该种网络具有链路频繁中断、时延长且可变、网络异构的特点,而地面网络中广泛使用的TCP/IP协议将不能够适用于深空网络。DTN(Delay Tolerant Networking)网络针对上述问题,在不同网络协议栈之上引入了捆绑层(bundle layer),使之成为一种覆盖层网络。并且在路由方面,提出了一种基于“存储-携带-转发”的路由策略,CGR(Contact Graph Routing)路由协议利用该种路由策略,结合IPN网络中节点的周期性,实现了网络中各节点之间的可靠通信。本课题正是基于CGR路由协议在DTN网络中的应用情况进行研究,针对算法在长时延、频繁中断等场景下的适应性和效率问题,提出改进思路,并对改进算法的性能和实用情况进行了验证及对比分析。主要内容包括:首先分析介绍了DTN网络的特点及路由所面临的问题。由于DTN网络拓扑频繁变化、通信链路频繁中断、链路时延长且可变,并且在深空IPN网络中,卫星节点存储空间和能量有限,导致数据的传递率低、平均时延较长等问题,现有的基于复制策略路由算法和转发策略路由算法并不能完全适用于深空IPN环境下的DTN网络。其次,重点对CGR路由协议进行了研究。虽然CGR路由协议在IPN网络中得到了广泛应用,但是通过对该算法的原理分析和仿真实验发现,由于CGR算法中使用了贪婪算法Dijkstra算法,其在路径寻找过程中,仅仅考虑了下一跳节点的接触窗口时间和剩余容量,并没有考虑将来可能到达目的节点的其它接触的剩余容量,所以可能会导致数据传输到某中继节点后,如果此时的剩余容量不足或者超过了bundle生存时间,就会丢弃该bundle,导致bundle无法传输到目的节点的问题。再次,基于深空IPN环境下DTN网络的特点,针对CGR路由协议中,bundle被丢弃的问题,提出了基于MTG模型的CGR路由算法CGR-MTG(Contact Graph Routing Based on MTG)。该算法检测所有路径的剩余容量来进行路由,在算法设计过程中,采用了MTG(Modified Time-varying Graph)模型,该模型融合了DTN网络的特点,优化了时变图的存储空间,并且其所使用的表示Contact Plan的方法要比CGR算法中的枚举法要更加有效。最后,本文基于地球-火星轨道器-火星的通信场景,设计了地球-火星的空间网络拓扑结构,采用了DTN网络协议,路由协议使用了CGR-MTG路由协议。建立了网络仿真环境,设置了地球站、火星轨道器、火星着陆器共计8个节点,采用STK(Satellite Tool Kit)卫星工具箱模拟仿真节点运动轨迹,产生空间网络数据,将其作为输入,在ION(Interplanetarty Overlay Network)仿真平台上进行仿真。通过改变传输bundle的大小,对CGR-MTG算法在传输单文件的应用场景进行仿真验证,并与CGR进行对比。结果表明,CGR-MTG算法在消息传递率,平均时延和网络吞吐量方面均优于CGR算法。
[Abstract]:This paper studies the application of CGR routing protocol in DTN network . 鎻愬嚭浜嗗熀浜嶮TG妯″瀷鐨凜GR璺敱绠楁硶CGR-MTG(Contact Graph Routing Based on MTG). The algorithm detects the remaining capacity of all paths . In the process of algorithm design , the modified Time - varying Graph model is adopted , which combines the characteristics of the DTN network , optimizes the storage space of the time - varying graph , and uses the DTN network protocol to simulate the space network topology of the earth - Mars . Finally , based on the communication scenario of the Earth - Mars orbit device - Mars , the space network data is simulated . The simulation results are compared with the CGR . The results show that the CGR - based algorithm is superior to the CGR algorithm in terms of message passing rate , average delay and network throughput .

【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN927

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