深空中继网中基于CFDP的Bundle协议性能研究

摘要

目前互联网技术的快速发展以及深空探测任务的复杂性与要求的不断提高，产生了将地面互联网扩展到星际空间、建立空间信息网络的强烈需求。真实的深空通信网络中，链路会受到诸如航天器与星体的移动、通信资源有限、能量损耗和通信环境随机性大等因素的干扰，呈现出频繁中断、连接间歇、高时延、高误码率以及高丢包率等特点。为了解决在这种恶劣通信条件下的有效可靠通信，产生了延时/中断容忍网络(Delay/Disrupted Tolerant Networks，DTN)。在 DTN网络架构体系里，在各种网络的传输层与应用层之间，增加各自的集束层，并且提供Bundle Protocol，Bundle协议是在集束层上运行的主要协议，同时更是 DTN网络协议体系架构的重要部分。研究在这种受限网络与链路体系下的数据传输思想，具有重要的意义。
　　首先，本文在深入了解空间网络应用特点和需求的基础上，结合国内外的研究发展现状，针对深空通信中常出现的长延时长中断高丢包的问题，以Bundle协议为主要研究内容，通过汇聚层与传输层的 CFDP(CCSDS File Delivery Protocol)等传输协议相连接，实现较为完整协议栈。
　　之后，通过对仿真场景与理论基础的阐述，对Bundle仿真模块进行了设计、封装和模块化实现。根据对应模块，建立 DTN网络场景、节点模型及进程模型，对捆绑包进行处理，遵循Bundle协议相关规范建立点对点通信连接，通过网络架构与平台的搭建来实现数据的可靠性传输，模拟容忍延时系统。并搭建基于CFDP的Bundle协议中继文件传输平台，中继节点进行存储转发，实现了以CFDP协议为基础的Bundle协议文件传输。
　　最后，在以CFDP为传输协议的Bundle协议架构下，对传输与托管堆栈机制进行研究。在已经搭建的基于CFDP的Bundle协议中继文件传输平台进行深空通信的模拟，根据真实环境进行相应参数配置，根据Bundle的大小、链路时延、丢包率以及链路中断时间等参数对文件传输机制进行进一步的详细分析。最后，对文件托管堆栈机制进行了理论分析，对 DTN各节点的堆栈变化以及堆栈状态进行分析和建模。并对不同协议的托管机制进行了进一步比较，然后经由各节点的托管堆栈机制的仿真与建模的对比，实现了理论层面和实践层面的统一验证。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及结构

第2章 Bundle协议体系结构

2.1 基于Bundle协议的DTN网络架构的原型、概念及特点

2.2 Bundle协议体系

2.3 Bundle协议中需要考虑的问题

2.4 本章小结

第3章 基于CFDP的Bundle协议文件传输平台搭建

3.1 仿真场景与理论基础

3.2 Bundle仿真模块的实现

3.3 基于CFDP的Bundle协议仿真平台搭建

3.5 本章小结

第4章 基于CFDP的Bundle协议传输方案

4.1 基于CFDP的Bundle协议传输方案理论分析

4.2 基于CFDP的Bundle协议传输方案仿真分析

4.3 基于不同协议的Bundle协议传输方案对比

4.4 基于CFDP的Bundle协议传输方案验证

4.5 本章小结

第5章 基于CFDP的Bundle协议托管方案

5.1 基于CFDP的Bundle协议托管方案的理论分析

5.2 各节点间动态吞吐量分析

5.3 不同协议中继节点托管方案比较

5.4 各节点的托管方案的仿真分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利

声明

致谢