基于DiffServ over MPLS的空—地网QoS控制研究

摘要

空间通信具有距离远、环境复杂、存在可变时延、传输错误率高、空间网络异构、资源和星载设备处理能力有限等特点；而随着空间科学技术的发展，深空通信不再停留在科学数据的应用上，通信范围发展为包括语音、视频图像和静止图像等在内的多种业务结合的综合性业务。因此，随着空间通信的迅速发展，空间网络的服务质量已逐渐成为一个具有重要意义的研究课题。据此，本文提出了一种基于DiffServ over MPLS技术深空网络通信QoS控制方案。 本文首先详细讨论了空间咨询委员会(The Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS)提出的高级在轨系统(Advanced Orbiting Systems，AOS)建议书，对其八种业务类型和相应的数据单元格式进行了逐一研究。接着分析了现有的各种服务质量(Quality of Service，QoS)实现机制：综合服务(Integrated service，IntServ)模型、差分服务(Differnciated Service，DiffServ)模型和多协议标记交换(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)模型，并比较了三种模型的特点。MPLS是一种很有前途的核心网技术，属于第三层网络架构，也是新一代的IP高速骨干网络交换标准，其良好的第二层快速转发技术和第三层灵活的路由功能非常适合特殊的空间通信网络，特别是其与DiffServ技术的结合，作为一种优秀的网络服务质量模型正以迅猛的势头发展着。 本文在深入分析CCSDS提出的网络模型和业务类型的基础上，根据文献中AOS的数据传送和分路方式，提炼出lP数据包在CCSDS AOS中的封装过程。由于IP包属于网间业务，该封装过程选用AOS建议书中的网间业务、封装业务、多路复用业务和虚拟信道访问业务进行封装；并根据卫星网络的特点和未来卫星网络中的应用需求特性，提出了一种将DiffServ over MPLS技术应用于深空网络通信的QoS控制方案。在本文的方案中，基于DiffServ over MPLS的IP数据包通过CCSDS AOS封装过程，首先被封装业务包装成封装协议数据单元，并与多路复用业务数据单元一起被复用成为复用协议数据单元，然后进入虚拟信道访问子层，虚拟信道使多个数据流共享同一个物理信道进行传输。为使数据流通过空间信道时实现简单、可靠和稳定的业务需求，在该层数据流被放入长度固定的虚拟信道协议数据单元中。最后对虚拟信道协议数据单元进行差错控制后将其置入物理信道中进行传输。由于时延、时延抖动和丢包率是影响空间通信网络通信性能的关键服务质量指标，特别是在对服务质量性能要求较高的音视频业务中，故本文利用网络仿真软件NS2在这三方面对该QoS控制方案进行了仿真实验分析。仿真实验结果表明：该方法较好地满足了深空通信网络中不同空间用户在丢包率、时延、时延抖动等方面对音视频数据的QoS要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1空间通信概况

1.1.2空间通信的研究热点

1.2本文研究的内容

1.3 国内外研究现状

1.4本文的组织结构

第2章CCSDS AOS简介

2.1 CCSDS主网模型

2.2 CCSDS AOS业务类型

2.2.1端到端(end-to-end)业务

2.2.2点到点空间链路子层(SLS)结构和业务

2.2.3 AOS业务数据流模型和应用模型

2.3 CCSDS协议层次模型

2.4空间通信协议规范(SCPS)

2.4.1 SCPS概述

2.4.2 SCPS-NP

2.4.3 SCPS-SP

2.4.4 SCPS-TP

2.4.5 SCPS-FP

2.5音频、视频编码理论

2.5.1音频编码的基本理论

2.5.2视频图象编码基本理论

2.6本章小结

第3章网络的服务质量研究

3.1 服务质量QoS概述

3.2服务质量QOS模型简介

3.2.1综合服务模型

3.2.2差分服务模型

3.2.3多协议标签交换模型

3.2.4 DiffServ over MPLS模型

3.3本章小结

第4章基于DiffServ over MPLS的空间网络QoS方案

4.1 高级在轨系统数据传送和分路方式

4.1.1 高级在轨系统的数据传送方式

4.1.2 IP包在AOS中的封装传输

4.2基于空间网络的服务质量研究

4.2.1空间网络的系统概述

4.2.2空间网络QoS机制选择

4.2.3 基于DiffServ over MPLS的IP包的封装

4.2.4仿真实验结果与分析

4.3本章小结

第5章总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果