發(fā)布時間：2018-01-01 08:42

  本文關(guān)鍵詞：基于排隊(duì)模型的時延容忍網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：人類對未知空間的探索越來越頻繁,深空探索是人類擴(kuò)展自身認(rèn)知的重要項(xiàng)目。在空間探索中,通信系統(tǒng)扮演著不可或缺的角色。相比于地面,深空通信環(huán)境更為復(fù)雜和苛刻。端到端路徑不存在、較低的信噪比、鏈路連接中斷頻繁等都對通信系統(tǒng)提出了重大的挑戰(zhàn)。時延容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network,DTN)就是在為了解決極端環(huán)境下的通信問題而提出。不同于傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò),DTN采用逐跳保管的傳輸策略。數(shù)據(jù)在傳輸過程中會被保管在節(jié)點(diǎn)自身的存儲空間中。當(dāng)數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)较乱惶鴷r,才將其從存儲空間中刪除。由于DTN采取了不同的數(shù)據(jù)傳輸方式,DTN在架構(gòu)上也有別于其他傳統(tǒng)協(xié)網(wǎng)絡(luò)。主要的區(qū)別在于DTN在應(yīng)用層下面加入了 Bundle協(xié)議。DTN的保管傳輸?shù)墓δ苤饕搮f(xié)議層來實(shí)現(xiàn)。保管傳輸為DTN提供了克服極端環(huán)境挑戰(zhàn)的能力,但同時也帶來了其他性能方面的挑戰(zhàn)。分析和優(yōu)化DTN架構(gòu)的性能是進(jìn)一步提高DTN通信性能的關(guān)鍵。LTP(Licklider Transmission Protocol)協(xié)議的提出是為了解決 DTN 網(wǎng)絡(luò)在長延時和頻繁中斷的情況下數(shù)據(jù)的有效傳輸問題。該協(xié)議運(yùn)行在Bundle層協(xié)議之下。Bundle協(xié)議與LTP協(xié)議構(gòu)成了常在空間網(wǎng)絡(luò)中使用的DTN架構(gòu)——BP/LTP架構(gòu)。該架構(gòu)已經(jīng)在空間網(wǎng)絡(luò)中部署和使用。本論文的第一個研究點(diǎn)將從排隊(duì)的角度分析BP/LTP協(xié)議架構(gòu)的性能。不同于其他的研究工作,我們將在排隊(duì)模型中考慮鏈路隨機(jī)中斷,并分析中斷對于數(shù)據(jù)傳輸性能的影響。在空間DTN網(wǎng)絡(luò)中,鏈路的隨機(jī)中斷不可避免,而鏈路中斷會對DTN架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸性能有很大的影響。考慮到鏈路的中斷而引起的數(shù)據(jù)傳輸凍結(jié),數(shù)據(jù)單元的傳輸時間具有一般性,我們將數(shù)據(jù)傳輸單元bundle的到達(dá)排隊(duì)傳輸過程建立為M/G/1排隊(duì)模型。我們首先基于LTP傳輸協(xié)議推導(dǎo)了 bundle在鏈路隨機(jī)中斷的情況下服務(wù)時間的概率分布,然后推導(dǎo)出隊(duì)列在鏈路隨機(jī)中斷情況下的穩(wěn)定條件以及分析鏈路隨機(jī)中斷對于bundle排隊(duì)延時的影響。最后,利用仿真分析來證明我們的理論結(jié)果。對比結(jié)果顯示我們的模型較好的反映了隨機(jī)中斷對于DTN架構(gòu)的影響。在研究點(diǎn)二中,考慮到以下原因:1)在空間網(wǎng)絡(luò)中存儲空間代價較高且有限。2)空間網(wǎng)絡(luò)中大量的圖像及其他數(shù)據(jù)需要傳輸,DTN保管傳輸?shù)姆绞綍诠?jié)點(diǎn)中保留大量的數(shù)據(jù),存儲空間消耗較大。3)處于特殊位置的中繼節(jié)點(diǎn)要承擔(dān)數(shù)據(jù)的中繼傳輸,大量的數(shù)據(jù)會經(jīng)過中繼節(jié)點(diǎn)。保管這些數(shù)據(jù)會造成較大的存儲壓力。基于上述原因,對部署了 BP/LTP架構(gòu)的空間網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲優(yōu)化十分必要。我們根據(jù)BP/LTP架構(gòu)對數(shù)據(jù)的處理方式,建立批處理排隊(duì)模型,并且分析了相關(guān)變量LTP數(shù)據(jù)塊和LTP數(shù)據(jù)段大小和bundle的保管隊(duì)列平均長度的關(guān)系。然后我們設(shè)計(jì)了聯(lián)合優(yōu)化算法,優(yōu)化這兩個變量,使得bundle保管隊(duì)列平均長度減少,從而減少bundle保管隊(duì)列對于存儲空間的消耗。最后我們設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證了我們優(yōu)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 .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN915.0

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本文編號：1363782