發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 10:26

【摘要】：近些年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們所需要進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍耙沧兊萌找尕S富,出現(xiàn)了許多新的通信場景。其中,空間通信網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)主要的新興通信場景�？臻g通信網(wǎng)絡(luò)場景與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)場景不同,有著通信鏈路路徑延遲高、傳輸數(shù)據(jù)速率低,通信節(jié)點(diǎn)間的連接可能長時(shí)間處于不穩(wěn)定狀態(tài)等特點(diǎn)。為了解決空間通信網(wǎng)絡(luò)場景的數(shù)據(jù)傳輸問題,DTN(Delay Tolerant Network)網(wǎng)絡(luò)的概念也因此而產(chǎn)生。國際互聯(lián)網(wǎng)研究工作組首先發(fā)表了DTN網(wǎng)絡(luò)指南,第一次提出了DTN網(wǎng)絡(luò)的概念。DTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在傳統(tǒng)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上,在傳輸層與應(yīng)用層之間增加了捆綁層(Bundle Layer),以存儲-轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)在DTN網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)榭臻gDTN通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸節(jié)點(diǎn)運(yùn)動存在規(guī)律擁有周期性,美國航空航天局NASA提出了一種基于通信網(wǎng)絡(luò)先驗(yàn)知識的CGR(Contact Graph Routing)路由算法。本文對空間DTN網(wǎng)絡(luò)中的CGR路由算法進(jìn)行研究,并根據(jù)其他類型的DTN路由算法的設(shè)計(jì)思路對CGR路由算法進(jìn)行改進(jìn),提高CGR路由算法的通信效率。本文的主要內(nèi)容如下:首先,本文介紹了DTN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有所不同的特點(diǎn),然后研究分析了DTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對DTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系中的捆綁層協(xié)議的作用做了重點(diǎn)說明。接著對CGR路由算法進(jìn)行了介紹,說明了CGR路由算法的設(shè)計(jì)思路以及CGR路由算法的數(shù)據(jù)傳輸流程,并指出了CGR路由算法尚存的不足之處。其次,本文基于CGR路由算法提出了基于概率值多播傳輸?shù)腃GR路由算法改進(jìn)算法MP-CGR(Multipath Probabilistic Contact Graph Routing)路由算法。為了更好地應(yīng)對空間通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景,MP-CGR路由算法在面對數(shù)據(jù)包傳輸成功或失敗時(shí),采用不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。在MP-CGR路由算法在路由算法中加入了多播的數(shù)據(jù)傳輸方式,以及通過傳輸概率選擇傳輸節(jié)點(diǎn)。MP-CGR路由算法通過上述改進(jìn)實(shí)現(xiàn)對CGR路由算法的改進(jìn)優(yōu)化。最后,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)火星-地球的空間網(wǎng)絡(luò)通信場景模型,并搭建了一個(gè)DTN網(wǎng)絡(luò)仿真平臺對CGR路由算法以及MP-CGR路由算法在該通信場景下進(jìn)行仿真。本文采用STK(Satellite Tool Kit)仿真軟件構(gòu)建火星-地球通信場景模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),模擬通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡并生成相應(yīng)的接觸圖。再將從STK仿真軟件得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ION(Interplanetary Overlay Network)仿真軟件,使用ION軟件對CGR路由算法與MP-CGR路由算法的通信效率進(jìn)行對比。仿真結(jié)果表明,MP-CGR路由算法在數(shù)據(jù)包投遞速率、傳輸平均時(shí)延均優(yōu)于CGR路由算法。
【圖文】：

第1章 引言1.1 課題背景與意義近些年來,伴隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艌鼍耙沧兊糜迂S富，出現(xiàn)了許多新的通信場景，其中包括空間通信網(wǎng)絡(luò)[1][2]、水下通信網(wǎng)絡(luò)[3][4]、傳感器網(wǎng)絡(luò)[5]、移動車載網(wǎng)[6][7]、鄉(xiāng)村通信網(wǎng)絡(luò)[8][9]、戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)等[10]-[12]。與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)場景相比，這些新興通信網(wǎng)絡(luò)場景的主要特點(diǎn)是：通信傳輸時(shí)延長、數(shù)據(jù)傳輸速率不對稱、通信鏈路頻繁中斷、誤碼率高而且傳輸節(jié)點(diǎn)資源有限[13]。由于這些新興的通信網(wǎng)絡(luò)場景有著上述特點(diǎn)，所以傳統(tǒng)的TCP/IP 通信協(xié)議在這些通信網(wǎng)絡(luò)場景下通信性能急劇惡化，并不再是這些通信場景之中的最佳選擇。

圖 1.2 DTN 網(wǎng)絡(luò)路由算法分類1.2.1 無先驗(yàn)知識路由算法在 2004 年，Jain 等人提出了 DD（Direct Delivery）路由算法[29]。在所有DTN 網(wǎng)絡(luò)路由算法中，基于消息直接轉(zhuǎn)發(fā)的 DD 路由算法是算法數(shù)據(jù)傳輸思路最簡單直接的 DTN 網(wǎng)絡(luò)路由算法。在通信網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點(diǎn)一直攜帶待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，直到遇到目的節(jié)點(diǎn)再把數(shù)據(jù)包傳輸給目的節(jié)點(diǎn)。顯然，DD 路由算法有著極低的算法復(fù)雜度以及網(wǎng)絡(luò)開銷。但是 DD 路由算法的數(shù)據(jù)傳輸方式也帶來了過長的傳輸時(shí)延以及極低的消息傳遞率，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值并不高。在 DD 路由算法的基礎(chǔ)上，Grossglauser 提出了一種兩跳轉(zhuǎn)發(fā)路由算法[30]，，與 DD 路由算法不同的是，在兩跳路由算法中源節(jié)點(diǎn)會對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行一次轉(zhuǎn)發(fā)，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點(diǎn)的所有相鄰接點(diǎn)，之后數(shù)據(jù)包就不再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)直到遇到目的節(jié)點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN927.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2702943