基于動態(tài)圖的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)DTN路由算法研究.pdf

1、隨著計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和發(fā)射中小型衛(wèi)星成本的降低，很多國家和團體基于民生、科技等需求，開始制定新一代的衛(wèi)星覆蓋網(wǎng)絡(luò)計劃，如中俄兩國預(yù)計開發(fā)的“幸福星”全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。與此同時，衛(wèi)星通信傳輸數(shù)據(jù)量逐漸增加、業(yè)務(wù)支持種類繁多、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模復(fù)雜化，因此衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需要能實現(xiàn)對傳輸優(yōu)化、減少不必要的網(wǎng)絡(luò)開銷、平衡網(wǎng)絡(luò)負載、并支持多種業(yè)務(wù)的協(xié)議體系。衛(wèi)星通信的非對稱鏈路以及動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和高誤碼率、時延的鏈路特性使地面IP協(xié)議無法使用。在這一

2、領(lǐng)域內(nèi)，目前主要被研究用于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議體系有三類：空間IP協(xié)議、CCSDS協(xié)議和容遲容斷網(wǎng)絡(luò)協(xié)議DTN。空間IP協(xié)議和CCSDS協(xié)議開發(fā)的較早，它們使用的是傳統(tǒng)Internet協(xié)議框架，在其上針對太空鏈路特點做出相應(yīng)修改，在目前的應(yīng)用中存在各種問題和不足。DTN（Delay/Disrupt-Tolerant Networking）從體系上借鑒了空間IP和CCSDS的設(shè)計思想，其協(xié)議主體由BP協(xié)議（Bundle Protocol）和L

3、TP協(xié)議（Licklider Transmission Protocol）構(gòu)成。DTN主要被用于實現(xiàn)子網(wǎng)間互聯(lián)和斷續(xù)鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸，其將類似于地面網(wǎng)絡(luò)的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議功能集中在BP層實現(xiàn)，使用鏈路信息的CGR（Contact Graph Routing）同態(tài)路由決策算法。
　　本文著重分析BP協(xié)議和LTP協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)中的特點與機制，探討B(tài)P的路由策略以及CGR在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的適應(yīng)性。研究結(jié)果表明在近地衛(wèi)星通信環(huán)境下，CG

4、R路由算法存在以下幾點不足：BP在網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點處采用分布式路由計算，但基于局部的優(yōu)化并不等同于全局優(yōu)化；衛(wèi)星鏈路參數(shù)為時變的非線性模型，CGR算法所用的靜態(tài)表Contact Graph以一種不精確的方式對動態(tài)網(wǎng)絡(luò)進行描述；CGR的決策過程中并沒有涉及到傳輸控制，當網(wǎng)絡(luò)存在較多的傳輸任務(wù)時，相同的算法會導(dǎo)致表現(xiàn)較好的路徑被重復(fù)選擇而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。因此本文從LTP層的segments的在衛(wèi)星信道中的傳輸過程來分析bundle在網(wǎng)絡(luò)中的可

5、能遭遇，并建立基于bundle傳輸在路徑中的整體帶寬占用和預(yù)期重傳率在內(nèi)的路徑選擇標準。從無線信道的傳播公式角度研究在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在的干擾因素，并分析鏈路距離和接收端的誤比特率BER的數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)其數(shù)學(xué)模型設(shè)計BER預(yù)判公式。將上述研究成果以模塊化方式實現(xiàn)，補充進DTN的傳輸策略中。建立帶有DTN真實數(shù)據(jù)協(xié)議功能的ION仿真平臺，并通過STK模擬衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，配置信道模型參數(shù)，進行模擬傳輸驗證。將設(shè)定的信道模型與通過機器學(xué)習(xí)的模