深空容延迟网络LTP协议性能的研究

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深空通信是以航天器为对象的在深空环境中进行的无线电通信。深空环境是指太阳系以内的空间部分,深空环境的特点与地面陆地环境相差很大,因此深空通信有其独特的特点。深空通信是继卫星通信之后发展的又一空间科学技术领域任务,深空通信其独特的特点使地面的TCP/IP协议在深空环境中不能应用。容延迟网络(Delay Tolerant Network,DTN)的概念被提出后引起了很大的关注,近年来在深空探测活动中研究比较深入并且获得了一定的研究成果。本文主要研究了容延迟网络中Licklider传输协议(Licklider Transmission Protocol, LTP)的性能。本文首先介绍了深空探测的通信理论和关键技术,分析了深空通信链路传输时延大、可变性和断续的特点。重点分析了深空容延迟网络中的包裹层协议和Licklider传输协议不同于地面TCP/IP协议的特殊优越性,从理论上阐述了LTP在深空架构中的运行机理,在行星际覆盖网络(Interplanetary Overlay Network,ION)平台上仿真并测试了LTP协议的性能。利用拉格朗日点的特殊性能,选取地球和火星的拉格朗日点作为中继点构建深空骨干网,从而搭建深空网络架构模型;在地面采用大天线接收技术直接发送和接收深空的命令和数据;在火星端采用火星卫星网络解决火星自转引起的链路中断难题。在地火通信链路中采用中继方式,利用一个或两个中继点组成了地火通信系统。在地火通信系统中,利用STK仿真得出了地火通信环境中的有效通信链路以及链路的延迟时间和中断时间。将这些参数加载到ION仿真平台上,仿真得出了所构建的通信系统的数据吞吐量和重传数据包与中断时间的关系。基于拥塞控制的LTP协议分为五个阶段:被转移信息束选择阶段,依据ERS规则的目标节点选择策略,目标节点选择的度量值,目标节点选择和被转移信息束取回阶段等五部分内容,在链路中断和端点的存储器满的情况下,选择先将信息束转移到临近的符合条件的节点,待链路恢复或者存储器释放出空间以后再将信息束转移回来的方法减少链路拥塞的情况,降低丢包率。
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