基于窗口和速率的IPN主干网传输协议研究

论文摘要

随着人类深空探测的逐步深入,深空探测过程中大量的科学数据和遥感、遥测、遥控数据的可靠传输直接关系到深空探测任务的成败。传统的点对点的深空通信方式已经不能满足当前深空数据通信的需求,深空通信中具有远距离通信能力的节点组成一种综合性的星际互联网势在必行星际主干网是星际互联网的核心部分。星际主干网的通信节点频繁的移动导致整个主干网拓扑结构的动态变化,已经严重影响了传输协议的网络性能。此外,星际主干网节点之间通信距离远,链路误码率高、前向和反向链路带宽严重不对称、链路易中断等特点同样导致传统的传输协议在其中的性能严重下降,甚至不能使用。本文通过深入分析拉格朗日点的稳定性和当前传输协议中适合深空环境的传输机制,提出了一种新的星际主干网络模型和一种新的适合于主干网传输层的传输协议。研究的主要工作如下：提出了一种基于地球拉格朗日L4和L5点中继的星际主干网场景模型,能保持火星探测器与地球之间通信的最大连续性。提出了一种基于窗口和速率混合控制的星际主干网络的协议,采用基于窗口和细分往返时间的机制以一种受控、快速的方式占领链路,并能根据反馈信息统计出链路的传输速率和链路包错误率,为基于速率的两次主动传输机制提供初始参数；采用基于速率的两次主动传输的机制来实现传输过程中的可靠性保证。利用STK建立了火星-地球通信网络模型,同时利用Matlab对IPNBN-TP协议仿真,通过分析实验数据已验证IPNBN-TP协议性能,为我国的深空探测计划提供一定的理论和数据支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 星际互联网及主干网背景概述
• 1.2.1 星际互联网
• 1.2.2 星际主干网及其特点
• 1.3 国内外研究现状及其发展趋势
• 1.3.1 基于TCP的传输协议研究现状
• 1.3.2 基于CCSDS的传输协议研究现状
• 1.3.3 星际主干网传输协议发展趋势
• 1.4 论文主要内容
• 1.5 论文结构
• 第2章 可用于IPN主干网传输协议研究
• 2.1 TCP及改进协议关键技术研究
• 2.1.1 慢启动算法
• 2.1.2 拥塞避免算法
• 2.1.3 快速重传和快速恢复算法
• 2.1.4 TCP及其改进协议在IPN主干网中的性能分析
• 2.2 SCPS-TP及其关键技术
• 2.2.1 SCPS-TP处理丢包的策略
• 2.2.2 SCPS-TP处理上下行链路带宽失衡的策略
• 2.2.3 SCPS-TP处理有限链路容量的策略
• 2.3 CFDP及其关键技术
• 2.3.1 CFDP内部协议结构
• 2.3.2 CFDP协议流程
• 2.3.3 CFDP否定确认传输方式原理
• 2.4 小结
• 第3章 基于拉格朗日点中继的主干网节点轨道模型
• 3.1 拉格朗日点
• 3.2 基于拉格朗日点中继的IPN主干网节点轨道模型
• 3.3 仿真工具
• 3.4 基于拉格朗日点中继的主干网节点卫星轨道模型
• 3.5 小结
• 第4章 一种基于窗口和速率混合控制的IPN主干网传输协议
• 4.1 IPNBN-TP协议描述
• 4.2 IPNBN-TP协议原理及其关键技术
• 4.2.1 立即启动算法
• 4.2.2 调整算法
• 4.2.3 时间间隔T的计算
• 4.2.4 稳态算法
• 4.3 IPNBN-TP协议理论分析
• 4.3.1 IPN主干网传输协议性能
• 4.3.2 IPNBN-TP协议理论分析
• 4.4 小结
• 第5章 IPNBN-TP协议仿真分析
• 5.1 Matlab介绍
• 5.2 IPNBN-TP协议仿真结果分析
• 5.2.1 仿真实验平台
• 5.2.2 IPNBN-TP仿真结果分析
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B （攻读硕士学位期间所参与的科研活动）