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基于bp和LTP协议的深空通信仿真平台搭建研究

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基于BP和LTP协议的深空通信仿真平台搭建研究

作者：张敏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人类科技的进步,深空通信成为标志着国家发展水平重要标志。深空通信环境具有长延时、链路频繁中断、信噪比极低、上下行链路严重不对称等特点,如何保证深空通信端到端的可靠性,确保探测数据更高效高质传输是深空通信研究的重点。DT... 详细信息

随着人类科技的进步,深空通信成为标志着国家发展水平重要标志。深空通信环境具有长延时、链路频繁中断、信噪比极低、上下行链路严重不对称等特点,如何保证深空通信端到端的可靠性,确保探测数据更高效高质传输是深空通信研究的重点。DTN(Delay/Disrupt Tolerant Network,DTN)网络协议的提出,为恶劣的深空环境下通信提供了一种有效的解决方式。由于在卫星、探测器层面实验成本较大,环境参数设置缺乏灵活性,搭建深空通信仿真平台对深空通信传输协议的验证就显得尤为重要。目前深空通信仿真平台大多是单机仿真平台,系统级仿真和链路级仿真是分离的,很难模拟出真实的深空环境。本文结合DTN网络协议结构,设计搭建了通过计算机组网模拟真实节点通信的仿真平台,较为真实地模拟深空通信环境,并对协议性能做出基本验证。本文对DTN网络协议中的覆盖层协议bp(Bundle Protocol,bp)协议,汇聚层协议LTP(Licklider Transmission Protocol,LTP)协议分别做了深入的研究,基于协议解读对其进行了程序设计和实现,并结合协议特点设计了模拟真实节点传输过程的仿真平台。通过对传输链路限制带宽,设置延时的方式模拟深空环境。同时,采用一台计算机对传输错误进行模拟,实现动态错误概率,保证模拟环境尽量真实。另外,在LTP层将若干个Bundle汇聚在一个LTP数据块中,达到减少接收端反馈信息数量的目的,以应对深空环境上下行链路不对称问题。本文通过模拟真实节点和传输信道的方式搭建了系统级仿真和链路级仿真一体的仿真平台,并在仿真平台上对DTN网络主要协议bp协议/LTP协议和TCP(Transmission Control Protocol,TCP)协议性能进行了初步验证。实验结果表明,bp/LTP协议在高信道传输错误的情况下,较TCP协议性能有明显优势,并且在增加传输距离后,传输性能下降较慢,相较TCP协议更适合深空通信环境。

关键词：深空通信 DTN网络 bp协议 LTP协议仿真平台

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束协议（bp）在深空链路中断下的性能研究

束协议（BP）在深空链路中断下的性能研究

作者：巫文蔚苏州大学

学位级别：硕士

延迟/中断可容忍网络（Delay/Disruption Tolerant Network,简称DTN网络）是一种可以应用于长延时、频繁中断以及非对称速率环境下的网络架构,也是实现深空通信网络的一种可能手段。其中,束协议（Bundle Protocol,简称bp协议）作为DTN... 详细信息

延迟/中断可容忍网络（Delay/Disruption Tolerant Network,简称DTN网络）是一种可以应用于长延时、频繁中断以及非对称速率环境下的网络架构,也是实现深空通信网络的一种可能手段。其中,束协议（Bundle Protocol,简称bp协议）作为DTN网络架构的主协议,主要采用基于存储转发的托管机制来保证数据的可靠传输。开启托管服务的节点将接收到的数据储存在内存中,并在数据成功被下一托管节点接收后释放相应的内存。而目前对于bp协议可靠性的研究,特别是在长中断链路环境中的研究并不多见。因此,文章内容围绕长中断深空通信链路环境的bp协议的模型建立和实验仿真展开,在下层协议为不可靠的UDPCL/UDP协议时,重点研究了bp协议的性能表现。并基于bp/UDPCL/UDP网络架构,建立了链路出现中断时的文件传输时间和内存占用的数学模型。文件传输时间模型用于预测文件从发送到接收的时间。内存占用模型用于反映在深空中断链路下,开启托管服务的节点的内存动态变化。本课题采用空间通信与网络测试平台SCNT模拟深空通信节点的拓扑结构,并在平台上运行美国美国喷气推进实验室（JPL）研发的ION软件。ION作为DTN网络结构的软件实现,可以通过参数设置,选择bp/UDPCL/UDP协议栈作为网络协议体系结构。通过实验仿真,有效地验证了这两个数学模型的有效性和可靠性。同时实验结果也表明,bp/UDPCL/UDP网络架构可以较好地克服信道链路中断,即使在不同的中断时间下,也能保证一定的文件传输时间与动态吞吐量。而且Bundle尺寸越小,传输有效吞吐量越高,内存释放速度越快。

关键词： DTN网络 bp协议托管传输中断

bp在星际网络中链路中断条件下能量消耗的研究

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BP在星际网络中链路中断条件下能量消耗的研究

作者：杨蕾苏州大学

学位级别：硕士

星际网络对比传统的地面网络具有误码率高,传播时延长,上下行链路速率高度不对称,链路中断频繁等特征。延迟/中断可容忍网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN)可以有效应对这些恶劣的通信条件。bp(Bundle Protocol)协议是DTN网... 详细信息

星际网络对比传统的地面网络具有误码率高,传播时延长,上下行链路速率高度不对称,链路中断频繁等特征。延迟/中断可容忍网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN)可以有效应对这些恶劣的通信条件。bp(Bundle Protocol)协议是DTN网络的核心协议,其“托管传输”和“存储转发”机制可以使数据在频繁中断的星际链路上实现可靠传输。而在深空环境中,航天器的能量供给很困难。为了节约能量开销,本文先对传统文件传输方式在不同中断条件下进行了能量消耗的理论分析,然后在传统传输方式的基础上提出了新的文件传输方式,主要研究工作如下:首先基于bp/UDPCL/UDP/IP协议栈,建立了星际网络中bp协议下传输节点的能量消耗通用模型,包括数据传输模型、能量消耗模型和额外传输开销模型。其中额外传输开销作为一种新的性能衡量标准,从传输总数据量角度去评估bp协议在链路中断下的能量消耗。然后针对链路中断期间进行的大量无效重传开销,提出了 bp-DD(bp with Disruption Detection)传输方式,旨在通过减少中断期间的重传次数来减少传输数据量,实现降低传输节点的能量消耗。最后在不同中断条件下建立了传统和bp-DD传输方式下的能量消耗和额外传输开销模型。另外,基于ION软件半实物仿真平台,通过真实的数据流传输对模型进行实验验证。并且提出了一种生成随机中断信道的方式,结合实验平台评估bp协议下不同传输方式在能量消耗上的性能优劣。最后,通过网络流量分析和实验数据对比得出结论。虽然bp-DD传输方式的文件交付时间略大于传统传输方式,但是bp-DD可以减少中断期间大量的无效重传数据量,降低能量消耗,提高文件传输性能,并且在中断开始时间越早,中断持续时间越长的情况下优势明显。

关键词： DTN bp协议能量消耗卫星和空间通信

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深空通信中长距离传输协议性能分析

深空通信中长距离传输协议性能分析

作者：李旭哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

深空通信具有长延时,高误码率,长而可变中断,非对称信道等特点,为此,国际空间咨询委员会提出了适用于深空网络中的文件分发协议。DTN网络作为深空网络概念的进一步扩展,具有广泛的应用前景。本文主要对CFDP协议和DTN网络中的协议进行了... 详细信息

深空通信具有长延时,高误码率,长而可变中断,非对称信道等特点,为此,国际空间咨询委员会提出了适用于深空网络中的文件分发协议。DTN网络作为深空网络概念的进一步扩展,具有广泛的应用前景。本文主要对CFDP协议和DTN网络中的协议进行了分析,研究内容包括以下几个方面:首先,对提示否定确认模式CFDP的传输机理进行了研究,并对其传输延时进行了仿真,分析了影响深空通信中利用CFDP协议传输文件数据延时的因素,包括误码率、传输速率、协议数据单元的大小和数量,外部触发事件的个数。得到了深空通信典型应用条件下对误码率的要求,以及其它参数的选取原则。其次,对异步否定确认模式CFDP的传输机理进行了研究,在传输过程中引入了重传计时器。并对影响文件传输延时的误码率、传输速率、协议数据单元的大小和数量,外部触发事件的触发时刻,重传计时次数等因素进行了仿真分析得到了深空通信典型应用条件下对误码率的要求,以及其它主要参数的选取原则,为它在深空通信中的进一步应用和改进提供了参考。再次,对CFDP协议的四种可靠传输方式进行了仿真比较。从传输延时这一参数来看,立即否定确认模式下的性能要优于其它几种,不足的是这种模式会带来相对较为频繁的重传。同时,相对立即否定确认模式而言,提示否定确认模式和异步否定确认模式通过对NAK发送次数和频率的控制,在较小的传输延时代价下使重传次数的大大减少,从而提高了链路效率,减少了链路拥塞的可能。同时,这两种模式对于链路状态的适应性更为灵活。为CFDP的传输模式选择提供了参考,有助于更好的应用CFDP协议。最后,对DTN网络中的bp协议和路由协议进行了初步研究,分析bp协议的协议融合特性和概率路由协议,为进一步研究DTN网路提供了参考。

关键词： DTN网络深空通信 CFDP协议 bp协议路由

基于网络编码与多源束聚合的地月DTN网络传输协议优化

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基于网络编码与多源束聚合的地月DTN网络传输协议优化

作者：徐运来哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在过去的50年里月球一直是人类迈向深空探索的基石,它不仅对人类的科学事业做出了贡献,同时在国家层面上具有重要的战略意义。现如今随着月球勘探的不断进行,月球两极以及背面的隐藏资源引起了各国的重视,载人登月任务转移到了月球背面... 详细信息

在过去的50年里月球一直是人类迈向深空探索的基石,它不仅对人类的科学事业做出了贡献,同时在国家层面上具有重要的战略意义。现如今随着月球勘探的不断进行,月球两极以及背面的隐藏资源引起了各国的重视,载人登月任务转移到了月球背面。为了保证对月球背面软着陆航天器的操控、月背探测车信息的回传、宇航员紧急通信等需求,中继卫星轨道以及可靠的通信协议亟待解决。为此,美国和欧洲经过理论研究发现了平动点（Lagrange point 2,L2）Halo轨道作为中继轨道的可行性。结合国外理论,我国经过多次飞行论证在2018年成功发射了世界上首个地月L2中继卫星。同时,依赖延迟容忍网络（Delay Disrupt-Tolerant Networking,DTN）在异构网络间可靠的端到端传输能力,构建了地月DTN网络。目前地月DTN网络三维立体状Halo轨道与地月间距离变化较大,中继卫星难以维持稳定的高吞吐量。另一方面,业务量的增长,使得多源多优先级数据给中继存储转发带来了压力。本文针对地月DTN网络Halo轨道动态距离问题,提出了多源bundle聚合算法。然后我们建立了距离模型,并利用地月链路的马尔可夫特性,通过马尔可夫决策算法得到了地月DTN网络的端到端最优bundle尺寸集。以此为基础在中继卫星聚合两个不同源节点大于最优尺寸的bundle,在保证尺寸的同时尽可能的降低传输bundle的数量。从仿真结果来看,我们获得了最优bundle尺寸集合,且尺寸随距离的增大而减小。同时多源束聚合算法与传统的切片算法相比在降低大文件传输时延上有更好的性能。针对地月DTN网络中多源高优先级业务转发要求,设计了网络编码转发策略。传统的高优先级转发方法会影响到传输进程,本文结合网络编码与DTN的束协议（Bundle Protocol,bp）,将高优先级bundle与进程中的低优先级bundle异或编码,并且设计了新的重传机制来保证目的节点的编码包能实时获取高优先级bundle的信息。同时,根据网络编码的特殊性,修改了bundle格式,简化了包头中源节点和目的节点的偏移量,为编码包解码后按照原位置还原到原始文件中提供保障。实验结果说明网络编码方法需要牺牲低优先级bundle的准确性,但是从不同文件大小和不同高优先级bundle占比两个角度,网络编码转发策略能提升整体文件和突发高优先级文件的吞吐量。

关键词：地月DTN网络 bp协议束聚合网络编码重传机制

深空信道模型、中继网络架构和通信传输协议的课题技术总结

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科技资讯 2016年第24期14卷 186-186页

作者：安建平杨雷李睿德北京理工大学

研究了空间通信领域中的CCSDS协议和DTN协议,对CCSDS协议栈中的CFDP协议和DTN协议栈中的LTP协议、bp协议进行了深入的分析,提出了基于渗流的深空通信传输协议;完成了火星探测器通信模拟器、火星中继卫星通信模拟器、地面站通信模拟器和... 详细信息

研究了空间通信领域中的CCSDS协议和DTN协议,对CCSDS协议栈中的CFDP协议和DTN协议栈中的LTP协议、bp协议进行了深入的分析,提出了基于渗流的深空通信传输协议;完成了火星探测器通信模拟器、火星中继卫星通信模拟器、地面站通信模拟器和地面控制中心通信模拟器的硬件设计;搭建了支持1个火星探测器、3颗火星中继卫星、2个地面站和1个地面控制中心的深空通信演示验证系统。

关键词： CFDP协议 bp协议深空通信演示验证系统