基于排隊(duì)模型的時(shí)延容忍網(wǎng)絡(luò)性能分析與優(yōu)化.pdf

1、人類對未知空間的探索越來越頻繁，深空探索是人類擴(kuò)展自身認(rèn)知的重要項(xiàng)目。在空間探索中，通信系統(tǒng)扮演著不可或缺的角色。相比于地面，深空通信環(huán)境更為復(fù)雜和苛刻。端到端路徑不存在、較低的信噪比、鏈路連接中斷頻繁等都對通信系統(tǒng)提出了重大的挑戰(zhàn)。時(shí)延容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network，DTN)就是在為了解決極端環(huán)境下的通信問題而提出。不同于傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，DTN采用逐跳保管的傳輸策略。數(shù)據(jù)在傳輸過程中會被保管在節(jié)點(diǎn)自身的

2、存儲空間中。當(dāng)數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)较乱惶鴷r(shí)，才將其從存儲空間中刪除。由于DTN采取了不同的數(shù)據(jù)傳輸方式，DTN在架構(gòu)上也有別于其他傳統(tǒng)協(xié)網(wǎng)絡(luò)。主要的區(qū)別在于DTN在應(yīng)用層下面加入了Bundle協(xié)議。DTN的保管傳輸?shù)墓δ苤饕搮f(xié)議層來實(shí)現(xiàn)。保管傳輸為DTN提供了克服極端環(huán)境挑戰(zhàn)的能力，但同時(shí)也帶來了其他性能方面的挑戰(zhàn)。分析和優(yōu)化DTN架構(gòu)的性能是進(jìn)一步提高DTN通信性能的關(guān)鍵。
　　LTP(Licklider Transmission

3、Protocol)協(xié)議的提出是為了解決DTN網(wǎng)絡(luò)在長延時(shí)和頻繁中斷的情況下數(shù)據(jù)的有效傳輸問題。該協(xié)議運(yùn)行在Bundle層協(xié)議之下。Bundle協(xié)議與LTP協(xié)議構(gòu)成了常在空間網(wǎng)絡(luò)中使用的DTN架構(gòu)——BP/LTP架構(gòu)。該架構(gòu)已經(jīng)在空間網(wǎng)絡(luò)中部署和使用。本論文的第一個(gè)研究點(diǎn)將從排隊(duì)的角度分析BP/LTP協(xié)議架構(gòu)的性能。不同于其他的研究工作，我們將在排隊(duì)模型中考慮鏈路隨機(jī)中斷，并分析中斷對于數(shù)據(jù)傳輸性能的影響。在空間DTN網(wǎng)絡(luò)中，鏈路的隨機(jī)中

4、斷不可避免，而鏈路中斷會對DTN架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸性能有很大的影響?？紤]到鏈路的中斷而引起的數(shù)據(jù)傳輸凍結(jié)，數(shù)據(jù)單元的傳輸時(shí)間具有一般性，我們將數(shù)據(jù)傳輸單元bundle的到達(dá)排隊(duì)傳輸過程建立為M/G/1排隊(duì)模型。我們首先基于LTP傳輸協(xié)議推導(dǎo)了bundle在鏈路隨機(jī)中斷的情況下服務(wù)時(shí)間的概率分布，然后推導(dǎo)出隊(duì)列在鏈路隨機(jī)中斷情況下的穩(wěn)定條件以及分析鏈路隨機(jī)中斷對于bundle排隊(duì)延時(shí)的影響。最后，利用仿真分析來證明我們的理論結(jié)果。對比結(jié)果顯示

5、我們的模型較好的反映了隨機(jī)中斷對于DTN架構(gòu)的影響。
　　在研究點(diǎn)二中，考慮到以下原因:1）在空間網(wǎng)絡(luò)中存儲空間代價(jià)較高且有限。2）空間網(wǎng)絡(luò)中大量的圖像及其他數(shù)據(jù)需要傳輸，DTN保管傳輸?shù)姆绞綍诠?jié)點(diǎn)中保留大量的數(shù)據(jù)，存儲空間消耗較大。3）處于特殊位置的中繼節(jié)點(diǎn)要承擔(dān)數(shù)據(jù)的中繼傳輸，大量的數(shù)據(jù)會經(jīng)過中繼節(jié)點(diǎn)。保管這些數(shù)據(jù)會造成較大的存儲壓力?；谏鲜鲈颍瑢Σ渴鹆薆P/LTP架構(gòu)的空間網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲優(yōu)化十分必要。我們根據(jù)