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未来的深空网络可以在多个行星之间进行数据传输。其中最大的挑战是具有长链路传播延时、高链路误码率、不持续链路连接和不对称链路带宽特性的深空骨干网络。大传播延时和高误码率使得传输效率下降,动态网络拓扑和不持续链路连接导致路由选择困难。本文设计了深空骨干网络模型,以该模型为背景在拓扑发现、路由机制、传输控制机制和可靠传输机制方面为解决深空骨干网络数据传输问题提出了基本思路和解决方法。
首先,提出了基于节点位置信息的拓扑发现算法。深空骨干网络的大传播延时和不持续链路连接使得节点获取网络拓扑信息困难。针对这一问题,该算法使用随时间可变的网络拓扑快照,将动态的拓扑转化为在一段时间内相对静态的拓扑,并根据深空骨干网络节点的运行轨道信息计算两节点间链路关闭和开启的时间周期,以获得可预测的拓扑变化。该算法还使用链路探测机制来探测不可预测的链路变化,用链路状态广播机制来通知其它节点,使得网络中的节点可以获得正确的网络拓扑。
其次,提出了运动可知的多路径路由机制。深空骨干网络的拓扑是动态的,过去的路由机制在端到端不存在持续链路时不能做出路由选择。而且深空骨干链路发送能力较低,在过去的路由机制中没有考虑到链路使用情况。针对以上问题,该方法根据深空骨干网络节点的运动规律,利用等待延时进行路径选择,使得在网络不连通时依然可以做出路由选择。该方法考虑路径上链路的使用情况来计算节点间最佳路径,若出现瓶颈链路,及时选择次优传输路径分流数据,避免由于链路发送能力不足带来的丢包。
第三,提出了基于跳到跳的传输控制机制。深空骨干网络的大链路延时和高链路误码率使得传统的端到端传输机制性能很差。针对这个问题,该机制使用基于速率的数据发送方式有效利用链路资源,在使用端到端可靠控制的同时,在中间节点加入确认重传机制,将重传点提前,缩短了重传时间。同时,为了降低反向链路资源占用,使用周期性的端到端SNACK和跳到跳SNACK作为反馈信息。
第四,提出了基于网络编码的传输层可靠机制。深空骨干链路的高误码率大传播延时使得基于反馈的重传机制效率很低。针对这个问题,该机制提前传输冗余包以提高传输可靠性。该机制将文件分成一定数目的编码区间,使用基于速率的传输方式,每隔一定数量(与链路丢包率有关)的数据包冗余传输一个编码包,该编码包是之前传输的数据包的线性编码,一个编码包可以通过解码补偿编码区间内丢失的任何一个包(只补偿一个),在没有收到丢包信息反馈的情况下,尽可能的主动补偿丢包,增加了传输可靠性。此外,该机制使用了SNACK作为反馈信息以降低反向链路资源占用。
最后,对本文的研究工作和成果进行总结,并就未来可能的探索方法展开讨论和分析。