本文關(guān)鍵詞：深空網(wǎng)絡(luò)DTN路由協(xié)議研究　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：星際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)IPN(Interplanetary Networking)被設(shè)想由太空飛船、軌道衛(wèi)星、著陸器互聯(lián)組成,該種網(wǎng)絡(luò)具有鏈路頻繁中斷、時(shí)延長且可變、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)的特點(diǎn),而地面網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的TCP/IP協(xié)議將不能夠適用于深空網(wǎng)絡(luò)。DTN(Delay Tolerant Networking)網(wǎng)絡(luò)針對上述問題,在不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧之上引入了捆綁層(bundle layer),使之成為一種覆蓋層網(wǎng)絡(luò)。并且在路由方面,提出了一種基于“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由策略,CGR(Contact Graph Routing)路由協(xié)議利用該種路由策略,結(jié)合IPN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的周期性,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的可靠通信。本課題正是基于CGR路由協(xié)議在DTN網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用情況進(jìn)行研究,針對算法在長時(shí)延、頻繁中斷等場景下的適應(yīng)性和效率問題,提出改進(jìn)思路,并對改進(jìn)算法的性能和實(shí)用情況進(jìn)行了驗(yàn)證及對比分析。主要內(nèi)容包括:首先分析介紹了DTN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及路由所面臨的問題。由于DTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化、通信鏈路頻繁中斷、鏈路時(shí)延長且可變,并且在深空IPN網(wǎng)絡(luò)中,衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)存儲空間和能量有限,導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳遞率低、平均時(shí)延較長等問題,現(xiàn)有的基于復(fù)制策略路由算法和轉(zhuǎn)發(fā)策略路由算法并不能完全適用于深空IPN環(huán)境下的DTN網(wǎng)絡(luò)。其次,重點(diǎn)對CGR路由協(xié)議進(jìn)行了研究。雖然CGR路由協(xié)議在IPN網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用,但是通過對該算法的原理分析和仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),由于CGR算法中使用了貪婪算法Dijkstra算法,其在路徑尋找過程中,僅僅考慮了下一跳節(jié)點(diǎn)的接觸窗口時(shí)間和剩余容量,并沒有考慮將來可能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的其它接觸的剩余容量,所以可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥持欣^節(jié)點(diǎn)后,如果此時(shí)的剩余容量不足或者超過了bundle生存時(shí)間,就會丟棄該bundle,導(dǎo)致bundle無法傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的問題。再次,基于深空IPN環(huán)境下DTN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),針對CGR路由協(xié)議中,bundle被丟棄的問題,提出了基于MTG模型的CGR路由算法CGR-MTG(Contact Graph Routing Based on MTG)。該算法檢測所有路徑的剩余容量來進(jìn)行路由,在算法設(shè)計(jì)過程中,采用了MTG(Modified Time-varying Graph)模型,該模型融合了DTN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),優(yōu)化了時(shí)變圖的存儲空間,并且其所使用的表示Contact Plan的方法要比CGR算法中的枚舉法要更加有效。最后,本文基于地球-火星軌道器-火星的通信場景,設(shè)計(jì)了地球-火星的空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用了DTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,路由協(xié)議使用了CGR-MTG路由協(xié)議。建立了網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境,設(shè)置了地球站、火星軌道器、火星著陸器共計(jì)8個(gè)節(jié)點(diǎn),采用STK(Satellite Tool Kit)衛(wèi)星工具箱模擬仿真節(jié)點(diǎn)運(yùn)動軌跡,產(chǎn)生空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),將其作為輸入,在ION(Interplanetarty Overlay Network)仿真平臺上進(jìn)行仿真。通過改變傳輸bundle的大小,對CGR-MTG算法在傳輸單文件的應(yīng)用場景進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并與CGR進(jìn)行對比。結(jié)果表明,CGR-MTG算法在消息傳遞率,平均時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面均優(yōu)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敱綆楁硶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 .

【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】：2017
【分類號】：TN927

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本文編號：1368365