基于BP-LTP的空間DTN傳輸策略優(yōu)化研究.pdf

1、隨著上世紀(jì)50年代前蘇聯(lián)的“月球一號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射，人類進(jìn)入了深空探測(cè)的新時(shí)代。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，由于航天相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展與經(jīng)濟(jì)政治軍事等方面的需求，各個(gè)航空大國(guó)紛紛推出龐大的探測(cè)計(jì)劃，例如美國(guó)“好奇號(hào)”和中國(guó)的“嫦娥二號(hào)”等。與此同時(shí)，未來(lái)深空通信傳輸數(shù)據(jù)量逐漸增加、對(duì)星體觀測(cè)時(shí)間更加廣泛、服務(wù)業(yè)務(wù)種類愈發(fā)復(fù)雜，深空通信需要能夠提供大數(shù)據(jù)量、全天候和多類型的數(shù)據(jù)交換服務(wù)。面向深空復(fù)雜多變的通信環(huán)境，借鑒地面Internet概念，星際互聯(lián)

2、網(wǎng)（IPN，InterPlanetary Internet）概念應(yīng)運(yùn)而生。
　　完善的協(xié)議體系是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的必要保證。深空中長(zhǎng)時(shí)延、斷續(xù)連接、高誤碼率和上下行非對(duì)稱等鏈路特性使得傳統(tǒng) TCP/IP協(xié)議在深空中難以實(shí)施。目前主要的星際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體系有三類：空間IP協(xié)議、CCSDS協(xié)議和容遲/容斷網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（DTN，Delay/Disrupt-Tolerant Networking）。空間 IP協(xié)議和CCSDS協(xié)議雖然在傳統(tǒng)

3、 Internet協(xié)議體系的基礎(chǔ)上針對(duì)深空鏈路特點(diǎn)做出了相應(yīng)修改完善，但是仍然存在不同程度的缺陷。DTN協(xié)議體系借鑒了空間 IP協(xié)議和CCSDS協(xié)議體系的設(shè)計(jì)思想，通過(guò)覆蓋層實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)間互通互聯(lián)，同時(shí)主要通過(guò)BP協(xié)議（Bundle Protocol）和LTP協(xié)議（Licklider Transmission Protocol）較為完善地解決了數(shù)據(jù)在惡劣環(huán)境下的傳輸問(wèn)題。然而深空中鏈路中斷頻繁，可用時(shí)間和傳輸能力上不匹配，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳

4、輸時(shí)延大，資源利用效率低。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了基于數(shù)據(jù)分塊的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化策略。
　　本文著重研究DTN協(xié)議體系在深空通信場(chǎng)景中的應(yīng)用，首先分析BP協(xié)議和LTP協(xié)議在完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)中的特點(diǎn)與機(jī)制。其次，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有 DTN協(xié)議在保證可靠傳輸?shù)耐瑫r(shí)犧牲了部分傳輸機(jī)會(huì)，鏈路可用時(shí)間和傳輸能力上不匹配進(jìn)一步加劇了這一問(wèn)題，基于此提出基于數(shù)據(jù)分塊的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化策略，建立批到達(dá) G-限量非空竭休假排隊(duì)模型，得出傳輸

5、過(guò)程時(shí)延和存儲(chǔ)空間占用率表達(dá)式，并對(duì)協(xié)議進(jìn)行了相應(yīng)修改。最后，通過(guò)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境（ONE，Opportunistic Network Environment)搭建地火通信場(chǎng)景，消息由位于火星表面的探測(cè)車產(chǎn)生，依次通過(guò)火星中繼衛(wèi)星、月球中繼衛(wèi)星、地球中繼衛(wèi)星，逐跳傳輸?shù)竭_(dá)地面接收站。對(duì)基于分塊的傳輸策略進(jìn)行仿真，并與現(xiàn)有協(xié)議機(jī)制進(jìn)行對(duì)比。仿真結(jié)果表明，分塊傳輸策略能夠提高消息的投遞概率，減小傳輸時(shí)延，并探討了節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間、消息大小和TT