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基于链路数据包错误率的空间网络自动重传技术研究

作　者: 丁皓
导　师: 时向泉
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 空间网络链路数据包错误率自动重传
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着电子和无线通讯技术的突飞猛进,网络深入到了人类社会生产生活的方方面面,网络技术由固定有线传输向移动无线传输转变,由传统地面网络结构向空天地一体化网络结构拓展,由静态节点向高速动态节点发展。特别是近几年世界各国对空间资源的关注和开发,航空航天技术的快速发展,为空间网络体系的建立和发展提供了很好的物质和技术支持,空间网络系统必将成为未来网络世界的重要组成部分。但是,空间网络面临着网络拓扑变化频率高、节点运动速度快、节点间传播时延长、空间环境干扰大误码率高、空间资源有限等挑战,影响了空间网络数据传输的可靠性,成为制约空间网络开发和运用的一个重要技术障碍。本文概述了空间信息网络技术的发展状况,简要介绍了空间DTN网络的特点、研发历程及面临的挑战,研究了相关传输协议的性能特点。针对空间DTN网络数据可靠性传输的问题,我们提出了一种“基于错误率的空间网络自动重传文件传输协议”,简称BEAR-TP协议。该协议在空间链路的文件传输过程中,在节点运动导致链路传播时延不稳定的情况下,能够根据链路数据包错误率的变化,采取不同的传输机制,确保文件传输的可靠性和链路资源利用的有效性。BERA-TP协议关注空间网络的文件传输和重传策略,实现节点之间高效的可靠通信。BEAR-TP协议是在Saratoga协议基础上建立起来的,是针对Saratoga协议在链路时延长错误率高的情况下文件传输效能下降而提出来的,能够适应空间网络不同链路环境的文件传输。BEAR-TP协议提出了基于错误率变化调整重传策略的设想,在错误率较低或者时延较小时使用LEARQ机制,而在时延较长、错误率较高的情况下则启动HEARQ机制进行数据传输。根据链路环境的变化对传输策略进行灵活的调整,使该协议更能适应恶劣的空间网络环境,而HEARQ机制的使用也是BEAR-TP与Saratoga、DTTP协议的差别所在。在ONE仿真平台,我们根据空间DTN网络的特点,建立了网络结构模型,使用MapRouteMovement模块对节点的运行轨迹进行规定,并建立了节点之间的连接。在模拟器中设置了传输速率、传播距离、文件大小、分组大小、分组错误率、重传率等相关参数,运行了简化的HEARQ和Saratoga协议,对比分析了两个协议之间的性能差异,验证了HEARQ在高错误率长时延情况下的传输效能。实验结果表明,HEARQ的传输性能优于Saratoga,特别是在时延增长或链路错误率上升时,HEARQ的增益更加明显,传输相同文件所用的时间更少,数据传输的可靠性更高。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-26
  1.1 空间信息网络技术发展简介  11-19
    1.1.1 卫星信息网络  12-16
    1.1.2 其它空间信息通信载体概述  16-19
  1.2 空间DTN 网络概述  19-23
    1.2.1 空间DTN 网络特点  19-21
    1.2.2 空间DTN 网络有关试验和研发  21-22
    1.2.3 空间DTN 网络面临的挑战  22-23
  1.3 主要研究内容及创新点  23-24
  1.4 论文组织结构  24-26
第二章空间DTN 网络相关传输协议研究  26-37
  2.1 互联网TCP/IP 协议  26-30
    2.1.1 TCP/IP 原理  26-28
    2.1.2 TCP 控制机制  28-29
    2.1.3 UDP 协议的空间应用特征  29-30
  2.2 空间DTN 网络传输协议概述  30-31
    2.2.1 空间DTN 网络传输协议与TCP/IP 协议的性能差别  30-31
    2.2.2 空间DTN 网络传输协议的发展和要求  31
  2.3 空间DTN 网络相关传输协议功能  31-36
    2.3.1 Saratoga 协议  31-33
    2.3.2 DTTP 协议  33-34
    2.3.3 其它协议  34-36
  2.4 小结  36-37
第三章 BEAR-TP 文件传输协议描述  37-57
  3.1 基本思想  37-45
    3.1.1 结构体系  38
    3.1.2 运行机制  38-40
    3.1.3 基本特征  40-41
    3.1.4 主要数据类型及功能  41-44
    3.1.5 链路数据包错误率测量  44-45
  3.2 LEARQ 自动重传机制描述  45-48
    3.2.1 LEARQ 的GET 操作  45-46
    3.2.2 LEARQ 的PUT 操作  46-47
    3.2.3 LEARQ 的GETDIR 操作  47-48
    3.2.4 LEARQ 的DELETE 操作  48
  3.3 HEARQ 自动重传机制描述  48-55
    3.3.1 数据传输描述  49-52
    3.3.2 原传、重传序列算法  52-53
    3.3.3 根据重传时延和链路传播时延的变化调整重传策略  53-55
  3.4 小结  55-57
第四章模拟测试与性能分析  57-73
  4.1 模拟平台介绍  57-61
    4.1.1 网络模拟器概述  57-58
    4.1.2 ONE 模拟器的结构组成  58-59
    4.1.3 ONE 模拟器的功能特点  59-61
  4.2 模块改进及环境设置  61-64
    4.2.1 程序模块实现  61-62
    4.2.2 评估构架  62
    4.2.3 场景及参数设置  62-64
  4.3 实验设计及性能评估  64-71
    4.3.1 实验设计  64-66
    4.3.2 模拟结果及性能分析  66-71
    4.3.3 结论  71
  4.4 小结  71-73
第五章总结与展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
作者在学期间取得的学术成果  78

基于链路数据包错误率的空间网络自动重传技术研究

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