空间DTN网络一种高效可靠传输方法研究

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容迟容断网络(Delay/Disruption Tolerant Network,DTN)可工作于长延时、频繁中断以及非对称速率环境下的特点,使其能匹配卫星等空间节点的通信传输要求,并适应近地空间信息系统组网。在DTN网络中,可通过ARQ机制(如LTP红色传输模式)、差错控制编码(如链路层的差错编码机制)等多种方式来保障数据的可靠传输,但当空间传输条件恶劣(例如链路频繁中断、高误码率等),令传输过程中丢包严重或接收到大量错误包时,将极大降低上述方式的传输效率。随着人类航天技术的不断进步,人类空间活动的日益频繁,对空间环境中网络的通信能力与稳定性提出了越来越高的要求。因此,在空间信息网络中研究一种合适的传输方法保证数据传输的高效可靠至关重要。本文首先对空间信息网络的发展现状以及空间DTN网络数据传输方式进行了深入的研究与分析,在此基础上,为提高传输效率并考虑到DTN覆盖网络协议架构的设计思想,本文提出了应用层信道编码与ARQ机制结合的混合传输方案。一方面,通过在应用层添加信道编码增加纠错能力以减少重传,同时结合ARQ机制,使得在信道条件恶劣、丢包或错包现象严重时,接收端也能收到足够的数据包进行解码,从而提高传输效率;另一方面,基于DTN网络的覆盖网络协议架构,在应用层加入纠删码,可使得该方案兼容下层不同传输协议。之后,本文基于ION-DTN开源协议软件对所提出的混合传输方案进行了相关设计与实现。本文先通过理论分析对混合传输方案的文件传输时间进行了讨论,并针对不同传输时延、误码率和文件大小,设计了混合传输方案和LTP协议下ARQ方案文件传输的仿真比较实验,结果表明本文提出的混合方案可以提高空间DTN网络下的可靠传输效率,且随着信道条件不断变差,与LTP协议下单纯ARQ方案相比,完成传输所需时间更短、传输效率更高。
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