本文關鍵詞：深空網(wǎng)絡DTN路由協(xié)議研究　出處：《中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：星際互聯(lián)網(wǎng)絡IPN(Interplanetary Networking)被設想由太空飛船、軌道衛(wèi)星、著陸器互聯(lián)組成,該種網(wǎng)絡具有鏈路頻繁中斷、時延長且可變、網(wǎng)絡異構的特點,而地面網(wǎng)絡中廣泛使用的TCP/IP協(xié)議將不能夠適用于深空網(wǎng)絡。DTN(Delay Tolerant Networking)網(wǎng)絡針對上述問題,在不同網(wǎng)絡協(xié)議棧之上引入了捆綁層(bundle layer),使之成為一種覆蓋層網(wǎng)絡。并且在路由方面,提出了一種基于“存儲-攜帶-轉發(fā)”的路由策略,CGR(Contact Graph Routing)路由協(xié)議利用該種路由策略,結合IPN網(wǎng)絡中節(jié)點的周期性,實現(xiàn)了網(wǎng)絡中各節(jié)點之間的可靠通信。本課題正是基于CGR路由協(xié)議在DTN網(wǎng)絡中的應用情況進行研究,針對算法在長時延、頻繁中斷等場景下的適應性和效率問題,提出改進思路,并對改進算法的性能和實用情況進行了驗證及對比分析。主要內容包括:首先分析介紹了DTN網(wǎng)絡的特點及路由所面臨的問題。由于DTN網(wǎng)絡拓撲頻繁變化、通信鏈路頻繁中斷、鏈路時延長且可變,并且在深空IPN網(wǎng)絡中,衛(wèi)星節(jié)點存儲空間和能量有限,導致數(shù)據(jù)的傳遞率低、平均時延較長等問題,現(xiàn)有的基于復制策略路由算法和轉發(fā)策略路由算法并不能完全適用于深空IPN環(huán)境下的DTN網(wǎng)絡。其次,重點對CGR路由協(xié)議進行了研究。雖然CGR路由協(xié)議在IPN網(wǎng)絡中得到了廣泛應用,但是通過對該算法的原理分析和仿真實驗發(fā)現(xiàn),由于CGR算法中使用了貪婪算法Dijkstra算法,其在路徑尋找過程中,僅僅考慮了下一跳節(jié)點的接觸窗口時間和剩余容量,并沒有考慮將來可能到達目的節(jié)點的其它接觸的剩余容量,所以可能會導致數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥持欣^節(jié)點后,如果此時的剩余容量不足或者超過了bundle生存時間,就會丟棄該bundle,導致bundle無法傳輸?shù)侥康墓?jié)點的問題。再次,基于深空IPN環(huán)境下DTN網(wǎng)絡的特點,針對CGR路由協(xié)議中,bundle被丟棄的問題,提出了基于MTG模型的CGR路由算法CGR-MTG(Contact Graph Routing Based on MTG)。該算法檢測所有路徑的剩余容量來進行路由,在算法設計過程中,采用了MTG(Modified Time-varying Graph)模型,該模型融合了DTN網(wǎng)絡的特點,優(yōu)化了時變圖的存儲空間,并且其所使用的表示Contact Plan的方法要比CGR算法中的枚舉法要更加有效。最后,本文基于地球-火星軌道器-火星的通信場景,設計了地球-火星的空間網(wǎng)絡拓撲結構,采用了DTN網(wǎng)絡協(xié)議,路由協(xié)議使用了CGR-MTG路由協(xié)議。建立了網(wǎng)絡仿真環(huán)境,設置了地球站、火星軌道器、火星著陸器共計8個節(jié)點,采用STK(Satellite Tool Kit)衛(wèi)星工具箱模擬仿真節(jié)點運動軌跡,產生空間網(wǎng)絡數(shù)據(jù),將其作為輸入,在ION(Interplanetarty Overlay Network)仿真平臺上進行仿真。通過改變傳輸bundle的大小,對CGR-MTG算法在傳輸單文件的應用場景進行仿真驗證,并與CGR進行對比。結果表明,CGR-MTG算法在消息傳遞率,平均時延和網(wǎng)絡吞吐量方面均優(yōu)于CGR算法。
[Abstract]:This paper studies the application of CGR routing protocol in DTN network . 鎻愬嚭浜嗗熀浜嶮TG妯″瀷鐨凜GR璺敱綆楁硶CGR-MTG(Contact Graph Routing Based on MTG). The algorithm detects the remaining capacity of all paths . In the process of algorithm design , the modified Time - varying Graph model is adopted , which combines the characteristics of the DTN network , optimizes the storage space of the time - varying graph , and uses the DTN network protocol to simulate the space network topology of the earth - Mars . Finally , based on the communication scenario of the Earth - Mars orbit device - Mars , the space network data is simulated . The simulation results are compared with the CGR . The results show that the CGR - based algorithm is superior to the CGR algorithm in terms of message passing rate , average delay and network throughput .

【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN927

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本文編號：1368365