本文關(guān)鍵詞：基于DTN的空間綜合信息網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《武漢大學》 2013年

基于DTN的空間綜合信息網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究

周建國  

【摘要】：當前我國航天事業(yè)進入飛速發(fā)展期,以往傳統(tǒng)的空間信息傳輸方式已不能滿足復雜空間操作的需求,因特網(wǎng)服務(wù)的全球拓展和向地球外層空間的延伸是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。我國的空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展滯后,主要表現(xiàn)在星上、星地和地面三部分傳輸協(xié)議尚未進行一體化設(shè)計,不同衛(wèi)星與地面之間采用的傳輸協(xié)議各不相同,且大多都是專用協(xié)議,在開展空間任務(wù)時需要進行星地之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,協(xié)議之間的互操作效率較低；造成系統(tǒng)的兼容性和可靠性較差,浪費了許多不必要的人力、物力資源。與此同時,由于缺少符合國際標準的空間信息傳輸協(xié)議,更不利于將來與國際航天機構(gòu)進行合作交流。針對我國航天測控網(wǎng)的實際發(fā)展情況,研究建立一個空天地一體化的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò),可以為航天信息的獲取、存儲和分發(fā)提供統(tǒng)一的平臺,促進航天信息的統(tǒng)一管理、高效共享和綜合利用,對國防信息化建設(shè)將起到不可估量的促進作用,因此,空間信息網(wǎng)絡(luò)已成為近年來網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的重要研究熱點之一。 空間信息網(wǎng)具有航天器節(jié)點高速運動、網(wǎng)絡(luò)拓撲不斷變化、信息傳輸?shù)难訒r大、誤碼率高、鏈路頻繁斷開等不同于陸地網(wǎng)絡(luò)的特點,給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來了新的挑戰(zhàn)。為加快我國空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的建設(shè),需要研究當前國際航天大國的空間信息系統(tǒng)的先進理論。容延遲網(wǎng)絡(luò)(Delay-tolerant networks, DTN)是提供跨越間歇、中斷、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的可靠消息傳遞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,在受限網(wǎng)絡(luò)條件下應(yīng)用時具備良好的自然屬性。為此,本論文研究基于DTN的空間綜合信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),研究符合我國實際情況的空間信息傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù),為我國空間網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供一定的技術(shù)支持。 本文所做主要工作和貢獻如下： 1.提出了適于我國實際的基于DTN的空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。并利用規(guī)范說明與描述語言SDL對Bundle協(xié)議進行了詳細描述與設(shè)計,給出了協(xié)議設(shè)計的系統(tǒng)圖、模塊圖、進程圖及過程圖。然后在Telelogic Tau平臺下使用SDL Suit對所實現(xiàn)的Bundle協(xié)議系統(tǒng)進行了仿真驗證。最后使用TTCN Suite對協(xié)議系統(tǒng)進行了一致性測試,測試表明用SDL語言設(shè)計的Bundle協(xié)議系統(tǒng)與Bundle協(xié)議規(guī)范RFC5050是一致的。協(xié)議的實現(xiàn)與仿真驗證結(jié)果證明,用SDL描述語言進行通信協(xié)議設(shè)計可以保證協(xié)議的邏輯正確性,有效地縮短協(xié)議開發(fā)周期。 2.設(shè)計了DTN網(wǎng)關(guān)。在OPNET仿真平臺下對空間DTN網(wǎng)關(guān)進行了建模,并對基于DTN網(wǎng)關(guān)的空間衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進行仿真。仿真結(jié)果表明,DTN網(wǎng)關(guān)能夠顯著降低由于網(wǎng)絡(luò)鏈路頻繁中斷導致的丟包率,增強通信的可靠性,表現(xiàn)出良好的適用性。為進一步驗證星DTN網(wǎng)關(guān)對星地間信息傳輸?shù)挠行?設(shè)計了半物理仿真方案,實驗表明在極端的鏈路情況下(即不存在通信鏈路時),DTN網(wǎng)關(guān)可以對通信數(shù)據(jù)進行保管,并在通信鏈路出現(xiàn)時再將這些數(shù)據(jù)發(fā)送出去,從而大大降低了丟包率,提高了通信的可靠性,進一步證明了DTN網(wǎng)絡(luò)在我國空間信息網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的可行性與必要性。 3.提出了多拷貝混合型最大吞吐量HMMT接觸路由算法。 CGR路由非常適合在鏈路可預測的空間DTN網(wǎng)絡(luò)場景進行部署。但是,CGR路由中消息是按照單副本路由轉(zhuǎn)發(fā),同一時間網(wǎng)絡(luò)中只有一個節(jié)點攜帶同一消息,算法降低了網(wǎng)絡(luò)開銷,但可靠性相對較低。同時,CGR中路由算法是逐跳路由,而且在路由中僅僅考慮本地節(jié)點的狀態(tài)知識,搜索最小代價路由,未考慮鏈路的連通時序與吞吐量的關(guān)系。 HMMT路由算法結(jié)合洪泛式路由策略與計算轉(zhuǎn)發(fā)路由策略的思想,根據(jù)衛(wèi)星運行規(guī)律可預知的特征建立時間圖模型,由建立的時間圖模型產(chǎn)生具有頂點和邊的拓撲圖,依據(jù)鏈路的連通時序與吞吐量,以增加消息轉(zhuǎn)發(fā)的可靠性和最大化路徑吞吐量為目標計算消息轉(zhuǎn)發(fā)路由,并通過基于OPNET的多星組網(wǎng)仿真驗證了算法的有效性。 4.提出了空間信息系統(tǒng)傳輸控制協(xié)議初步配置建議。本文深入分析研究了目前各種主要的空間信息傳輸協(xié)議,比較檢驗這些傳輸協(xié)議在空間鏈路中的有效性。選取部分代表性協(xié)議Vegas、Cubic、Hybla、SCPS-TP和LTP,采用網(wǎng)絡(luò)仿真器模擬星地鏈路、PC模擬飛行器和地面站終端,對這些傳輸協(xié)議的性能進行了分析,在此基礎(chǔ)上提出了我國空間信息網(wǎng)傳輸層協(xié)議的初步配置建議,為后續(xù)協(xié)議的優(yōu)化提供指導。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TN915.04
【目錄】：

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9 韓寧;井下人員綜合管理系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)路由算法的研究[D];大連理工大學;2010年

10 王曉娟;基于業(yè)務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)路由算法研究[D];北京郵電大學;2010年

  本文關(guān)鍵詞：基于DTN的空間綜合信息網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：56419