高级在轨系统中的自相似业务流队列管理算法研究

摘要

随着空间科学技术的不断发展，航天器对复杂数据处理的要求越来越高，为保证准确、高效的传输空间数据，国际空间数据系统咨询委员会（CCSDS）对常规在轨系统（COS）进行研发，于1986年开发了高级在轨系统（AOS），来满足航天器对传送数据信息复杂化和高速化的需求。自从Leland等人通过大量实验证实了以太网中业务流呈现自相似特征后，有很多学者通过工作研究证实了AOS中网络业务流量也体现了自相似性。本文将在自相似业务流下对AOS中队列管理算法、帧生成算法、虚拟信道调度策略进行研究，主要内容包括：
　　首先，对自相似业务流进行研究。通过对几种计算机模拟自相似业务流的方法的研究，利用中点位移法仿真模拟出分型布朗运动模型，利用叠加法仿真模拟出ON/OFF模型，并推导出在ON/OFF自相似业务流下，高效率帧生成算法和等时帧生成算法的帧生成时间和帧生成效率的理论公式，并对这两种帧生成算法利用Matlab进行仿真实验，验证了理论公式的正确性。
　　其次，对设计队列管理算法必须要用到的调度模块进行研究，调度模块的性能在很大程度上决定了加入队列管理之后整个系统的性能。对经典的虚拟信道调度算法和本文提出的虚拟信道调度算法的性能进行仿真对比。通过对经典调度算法的研究，本文提出一种利用信道紧迫度来选择调度的调度算法，将这两种调度算法和高效率帧生成算法联合仿真，对比新旧算法中每个信道的平均时延和系统的信道利用率，结果证明，新调度算法在性能上具有优越性。
　　最后，在分析了RED算法中的优缺点以及各种 RED改进方法的基础上，提出一种可以通过调度模块反馈的帧紧迫度来调节丢弃概率的新队列管理算法。通过建立队列管理模块、帧生成模块、虚拟信道调度模块，把三者连接成一个系统，并与没有加入队列管理模块的系统进行对比，仿真结果表明，加入队列管理之后，各虚拟信道队列长度和系统平均时延得到明显的改善。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文内容及结构安排

第2章 AOS多路复用及自相似业务流分析

2.1 CCSDS AOS协议及多路复用模型

2.2自相似特性分析

2.3 网络流量的拥塞控制

2.4 本章小结

第3章 自相似业务流下的AOS多路复用研究

3.1 源包到达模型

3.2 多路复用中的帧生成算法研究

3.3 虚拟信道调度算法原理

3.4 帧生成算法与虚拟信道调度算法的联合优化

3.5 本章小结

第4章 AOS中自相似业务流的队列管理算法研究

4.1 RED算法分析

4.2 几种改进的RED算法

4.3基于数据帧紧迫度的队列管理算法

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢