發(fā)布時間：2020-06-06 15:02

【摘要】：空間通信環(huán)境高時延、高中斷的網(wǎng)絡(luò)特性使得在陸地上廣為使用的TCP/IP體系毫無用武之地。目前,國際上主要采用延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network,DTN)來應(yīng)對空間網(wǎng)絡(luò)復雜的通信環(huán)境。延遲容忍網(wǎng)絡(luò)是一種設(shè)計在復雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行有效通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議框架,為用戶在具有長時延、高誤碼率、連接頻繁中斷等特征的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中提供通信保證,滿足復雜環(huán)境條件下建立互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)的需求。現(xiàn)在主流的DTN實現(xiàn)方案是由美國國家航空航天局噴氣推進實驗室設(shè)計實現(xiàn)的ION(Interplanetary Overlay Network)軟件。ION從軟件層面上實現(xiàn)了 DTN協(xié)議框架,但是ION在編寫時并未支持IPv6協(xié)議,同時存在著數(shù)據(jù)重復傳輸?shù)葐栴},并未最大化利用空間網(wǎng)絡(luò)中有限的鏈路資源。本文以國家863計劃課題“未來一體化網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)和示范”(NO.2015AA015702)為依托,對ION軟件進行了升級優(yōu)化,使其支持IPv4/IPv6雙棧網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸。同時,設(shè)計并實現(xiàn)了協(xié)議網(wǎng)關(guān),使得在一體化網(wǎng)絡(luò)上地面域與空間域數(shù)據(jù)能互聯(lián)互通。在此基礎(chǔ)上,本文對空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下緩存機制進行了相關(guān)研究。本文首先分析了 DTN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),介紹了一些主要的匯聚適配層協(xié)議:LTP協(xié)議(Licklider Transmission Protocol)、TCPCL 協(xié)議(TCP Convergence-Layer Protocol)、UDPCL 協(xié)議(UDP Convergence-Layer Protocol)。然后分析了 ION 軟件的整體架構(gòu),從ION源代碼出發(fā)闡述了如何將ION進行優(yōu)化后應(yīng)用在IPv6場景中�；谝惑w化網(wǎng)絡(luò)連接空間網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的需求,設(shè)計了協(xié)議網(wǎng)關(guān),轉(zhuǎn)換空間域DTN數(shù)據(jù)包和地面域UDP數(shù)據(jù)包。接著針對修改后的ION軟件,設(shè)計了一個簡單的實驗場景驗證了幾個主要的匯聚適配傳輸層協(xié)議報文的完整性;針對一體化網(wǎng)絡(luò)傳輸,設(shè)計了一個空間域和地面域聯(lián)合傳輸?shù)膶嶒瀳鼍膀炞CION以及協(xié)議網(wǎng)關(guān)的功能。隨后,本文闡述了一些當前互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中幾種比較常用的緩存替代算法,LRU算法、LFU算法、ARC算法。分析比較了它們的優(yōu)劣。然后從成本角度分析了一個緩存替代算法的有效性。隨后,針對空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的鏈路特點,基于ARC算法的一些思想提出了一個緩存替代算法,來更有效地利用空間網(wǎng)絡(luò)的傳輸。在綜合了ION和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)緩存替代算法的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了一個適用于空間衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的緩存服務(wù)器。緩存服務(wù)器分為三個模塊,數(shù)據(jù)傳輸模塊基于前述IONv6設(shè)計,負責空間網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸;業(yè)務(wù)處理模塊采用針對多線程情況下優(yōu)化的線程模型和內(nèi)存管理模型,負責對文件請求的處理、轉(zhuǎn)發(fā)和緩存;隧道轉(zhuǎn)發(fā)模塊基于Linux Tun/Tap設(shè)備設(shè)計,主要用于對前述兩個模塊中數(shù)據(jù)進行通信。最后,為了分析和驗證空間網(wǎng)絡(luò)緩存服務(wù)器的有效性,本文在基于未來一體化網(wǎng)絡(luò)仿真平臺上建立了以“全球星”衛(wèi)星系統(tǒng)為基礎(chǔ)的模擬場景,在該場景上對空間網(wǎng)絡(luò)緩存服務(wù)器的性能進行了測試。實驗證明,該空間網(wǎng)絡(luò)緩存服務(wù)器相比于原有的ION數(shù)據(jù)傳輸有一定的性能優(yōu)勢。
【圖文】：

１．１研究背景及意義逡逑２１世紀以來，信息技術(shù)在政治、經(jīng)濟、文化等領(lǐng)域不斷推陳出新，深刻影響逡逑著人們的生產(chǎn)與生活方式。在此背景下，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)得到了長足地發(fā)展。如圖１－１所逡逑示ｍ，２０１６年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入達到了邋２６１０億美元，，相比于１０年前翻了一倍有逡逑余。龐大的業(yè)務(wù)需求一方面極大地促進了衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，另一方面又對衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)逡逑的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。原有的衛(wèi)星系統(tǒng)功能單一化，處理性能有限，逡逑各個衛(wèi)星無法構(gòu)建有效的系統(tǒng)使得空間服務(wù)效率低下，造成了本不寬裕的空間資逡逑源的浪費。而在空間進行衛(wèi)星組網(wǎng)，現(xiàn)有的ＴＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)棧在空間網(wǎng)絡(luò)長延時，高逡逑中斷率的情況下的表現(xiàn)不佳，因此急需一種新的適用于空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻义暇W(wǎng)絡(luò)協(xié)議來改善空間網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸性能。逡逑３０００逡逑！＿邋［＾0邋］邋Ｓ邋Ｍ逡逑２５００邐２１0，邋＾邋ｋｉ邋ａ邋Ｈ逡逑運邋２０００邋：——邐ｉ邋｜邋Ｉ邋ｍｍ逡逑＿＿~|目逡逑ｑ邋—Ｈ邐ＭＵ邐ＨＨ邐邐ＨＨ．邐ＨＨ邐．．．．ＨＨ．．．．．．Ｈ．．．．．．．．．ＨＨ．．．．．逡逑２００７邐２（ＸＪ８邐２００９邐２０１０邐２０１１邐２０１２邐２０１３邐２０１４邐２０１５邐２０１６逡逑年份逡逑圖１－１全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｇｌｏｂａｌ邋Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ邋Ｉｎｄｕｓｔｒｙ邋Ｒｅｖｅｎｕｅｓ逡逑ＤＴＮ邋（Ｄｅｌａｙ－ＴｏｌｅｒａｎｔＮｅｗｏｒｋｉｎｇ）邋［２】起源于美國噴氣推進實驗室（ＪＰＬ）的空間逡逑網(wǎng)絡(luò)項目并于２００３年被正式提出。隨著ＤＴＮ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不斷地被發(fā)展完善

圖２－２邋ＤＴＮ協(xié)議傳輸與ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議傳輸對比逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.0

【參考文獻】

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1 劉華峰;孫智立;楊昕;趙康P

本文編號：2699856