近年來,對(duì)宇宙空間的探索過程不斷幫助人類認(rèn)識(shí)宇宙的本質(zhì),推動(dòng)科技的發(fā)展。現(xiàn)有的深空通信傳輸層功能由LTP協(xié)議承載,而隨著人類的空間探索向深空發(fā)展,LTP協(xié)議已無法良好地解決深空通信環(huán)境面臨的長(zhǎng)延時(shí),高丟包率,中斷頻繁等諸多挑戰(zhàn)。近些年學(xué)者們通過對(duì)編碼技術(shù)的不斷創(chuàng)新,提出了很多適用于深空數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方案,其中LT碼由于其無固定碼率,低反饋的特性,得到了學(xué)者們的青睞,而BATS碼在LT碼的基礎(chǔ)上,結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)編碼的特性,在面對(duì)對(duì)深空通信的網(wǎng)絡(luò)特性時(shí),展現(xiàn)出了比LT碼更高的傳輸效率。LT碼和BATS碼雖然在編譯碼算法上趨于成熟,但在實(shí)際協(xié)議中的應(yīng)用方案相對(duì)匱乏,因此如何將這些編碼技術(shù)結(jié)合到深空通信的傳輸協(xié)議中是學(xué)術(shù)界也是本文的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。本文通過對(duì)LTP協(xié)議以及LT碼和BATS碼的研究分析,提出了兩種基于編碼算法的LTP協(xié)議優(yōu)化方案,命名為L(zhǎng)TP-LT協(xié)議及LTP-BATS協(xié)議。其中LTP-LT協(xié)議通過將LT碼的編譯碼算法結(jié)合到LTP協(xié)議的塊數(shù)據(jù)的傳輸過程中,最大限度的減少了LTP協(xié)議的反饋重傳次數(shù),極大的減少了深空通信中數(shù)據(jù)的可靠傳輸時(shí)延。而LTP-BATS協(xié)議則以LTP-LT協(xié)議為基礎(chǔ),將BATS碼融入到協(xié)議中,克服了LT碼在多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸中所面臨的累積丟包問題,相比LTP-LT協(xié)議而言,極大的提升了數(shù)據(jù)的傳輸效率。本文基于NASA開源的軟件協(xié)議棧ION實(shí)現(xiàn)了上述兩種協(xié)議,并以此為基礎(chǔ)搭建了地月通信仿真場(chǎng)景,通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了兩種協(xié)議的性能優(yōu)勢(shì)。最后,本文還基于BATS碼以及空間通信常用的滑動(dòng)窗口傳輸方案,提出了一種基于均衡保護(hù)窗口的BATS碼文件傳輸方案。方案中利用小度值Batch對(duì)滑動(dòng)窗口的非重疊區(qū)域進(jìn)行編碼傳輸,并且采用不等滑動(dòng)步長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑動(dòng)窗口的重疊部分和非重疊部分的均衡保護(hù),使傳輸既具有較高可靠性,又具有較高的傳輸效率。文中通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了方案的性能優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V443.1;V556;TN929.5
【部分圖文】：

第二章 DTN 網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵協(xié)議介紹protocol adaptor output，CLO)探測(cè)到與下一跳節(jié)點(diǎn)鏈接可用時(shí)，便會(huì)從傳輸隊(duì)列中取出 bundle 數(shù)據(jù)發(fā)送。接收方的匯聚層適配器(CLprotocol adaptor input，CLI)從遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)協(xié)議字段來判定自己是否為目的節(jié)點(diǎn)，如果自身非目的節(jié)點(diǎn)，則會(huì)按照上述發(fā)送流程轉(zhuǎn)發(fā) bundle 數(shù)據(jù)。如果自身是目的節(jié)點(diǎn)，則會(huì)將這個(gè) bundle 數(shù)據(jù)附加到交付隊(duì)列(delivery queue)中，上層應(yīng)用層就會(huì)根據(jù)交付隊(duì)列中的數(shù)據(jù)來進(jìn)行處理，在整個(gè)發(fā)送接收過程中，數(shù)據(jù)在模塊間的流動(dòng)過程如下圖：

深空通信中，常采用滑動(dòng)窗口方案來傳輸視頻等數(shù)據(jù)，基本方法可以用下圖描述：圖5-1 傳統(tǒng)滑動(dòng)窗口傳輸方案將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分為長(zhǎng)度為 L 的分段，稱為一個(gè)窗口。對(duì)窗口 W1 內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼傳輸，然后將窗口的起點(diǎn)向后移動(dòng) S 個(gè)符號(hào)，稱為滑動(dòng) S 步長(zhǎng)，然后將該起點(diǎn)以后的新窗口 W2 內(nèi)的 L 個(gè)符號(hào)進(jìn)行編碼傳輸。上圖中的 P 為前后兩個(gè)窗口的重疊部分。在基本的滑動(dòng)窗口思路下，最直觀的基于 BATS 碼的滑動(dòng)窗口方案為：根據(jù)文件特性劃分窗口長(zhǎng)度，然后每一個(gè)窗口通過 BATS 碼編碼發(fā)送。這種思路雖然簡(jiǎn)單清晰，但由于單次窗口一般都不會(huì)很長(zhǎng)，因此會(huì)和 BATS 碼一樣面臨著傳輸效率無法逼近最優(yōu)的問題。因此

在保證發(fā)送成功率的情況下，對(duì)傳輸效率有很大的提升。分析其具體原因，上述窗口滑動(dòng)方法是一種重疊滑動(dòng)，如果連續(xù)采用這種重疊滑動(dòng)，則可能出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)有三重甚至多重重疊（如圖5-3所示），不僅嚴(yán)重影響了傳輸效率，而且數(shù)據(jù)的受保護(hù)程度也不同，重疊部分的窗口實(shí)際上是以數(shù)據(jù)的冗余傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)窗口滑動(dòng)前后的重疊部分?jǐn)?shù)據(jù)的增強(qiáng)保護(hù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸可靠性高于不重疊部分的數(shù)據(jù)。如果窗口連續(xù)滑動(dòng)，則將出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)重疊，其中對(duì)不同重疊程度的數(shù)據(jù)的保護(hù)程度也是不同的。例如當(dāng)滑動(dòng)步長(zhǎng)S小于重疊部分P的長(zhǎng)度時(shí)，導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)被過度保護(hù)，而其他部分保護(hù)的程度較低或沒有保護(hù)。如果對(duì)所有數(shù)據(jù)連續(xù)采用這種方式進(jìn)行滑動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致較多的不必要的數(shù)據(jù)冗余，同時(shí)也會(huì)造成窗口滑動(dòng)太慢
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張乃通;李暉;張欽宇;;深空探測(cè)通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及思考[J];宇航學(xué)報(bào);2007年04期

本文編號(hào)：2846115