平流层通信系统IPv6报头压缩算法研究

摘要

平流层通信系统具有覆盖范围大、传播延迟小、快速部署和提供多种业务等优点，在国防、交通监控与指挥、自然灾害监控等领域具有广阔的应用前景和发展空间。目前，平流层通信信息技术的研究越来越多地引起了世界诸国的高度重视。
　　 IPv6报头压缩是平流层通信系统中需要解决的关键技术之一。平流层通信系统采用IPv6协议为用户提供为语音、视频和数据库访问等业务。由于平流层通信传输协议框架中各层协议的报头含有太多的冗余信息，导致了无线信道带宽的利用率较低。同时由于分组过长也会引起误码率的增加。因此，有必要在平流层通信系统采用报头压缩技术，将固定业务流报头的重复部分进行压缩，提高信道中业务信息比例。
　　 本文首先分析了平流层通信系统报头压缩的必要性，并对当前几种典型的压缩算法进行了阐述，分析了它们的工作原理和性能，接下来在ROHC(Robust HeaderCompression)的基础上提出了自适应健壮性报头压缩算法(Adaptive-Robust HeaderCompression，A-ROHC)，并给出了A-ROHC在平流层通信系统中的设计方案。针对平流层通信系统媒体接入层的特性，本文也给出了一种简单易于实现的净荷报头压缩(Payload Header Suppress，PHS)方案。最后，本文通过OPNET搭建平流层通信系统仿真模型，对这两种压缩方案的可行性进行仿真验证。仿真结果表明：平流层通信系统中使用IPv6报头压缩技术可以将60个字节的RTP/UDP/IPv6报头压缩到1～3个字节；A-ROHC方案压缩性能要好于PHS压缩方案；A-ROHC可以根据信道中差错率的变化采用一种更为灵活的压缩策略，可以适应平流层通信系统链路特性经常变化的无线信道，能够在报头压缩率和抗差错鲁棒性之间获得较好的平衡性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略词表

声明

第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 研究现状和任务

1.4 论文内容安排

第二章 报头压缩方案现状

2.1 VJHC压缩方案

2.2 IPHC压缩方案

2.2.1 压缩和解压缩流程

2.2.2 报头请求机制

2.2.3 IPHC方案的缺点

2.3 CRTP压缩方案

2.4 ROHC方案

2.4.1 报头域的分类

2.4.2 分流器和上下文

2.4.3 ROHC报文类型

2.4.4 状态机及工作模式

2.4.5 基于滑动窗口最低有效位算法

2.4.6 ROHC研究现状

第三章 自适应健壮性报头压缩

3.1 A-ROHC基本原理

3.2 A-ROHC压缩算法

3.2.1 改进的W-LSB压缩算法

3.2.2 改进的时间戳字段压缩算法

3.3 自适应工作模式转移

3.3.1 乐观模式到可靠模式的转移

3.3.2 可靠模式到乐观模式的转移

3.4 状态可靠转移机制

3.5 信道状态的估计

3.6 有效性和健壮性

第四章 平流层通信系统IPv6报头压缩方案设计

4.1 平流层通信系统介绍

4.1.1 体系结构

4.1.2 MAC层特性

4.2 净荷报头压缩方案

4.2.1 PHS报文格式

4.2.2 分类器

4.2.3 PHS方案设计

4.2.4 PHS的缺点

4.3 自适应健壮性报头压缩方案

4.3.1 报头域的分类

4.3.2 压缩报文格式设计

4.3.3 压缩和解压缩流程

4.3.4 压缩器和解压器的设计

4.3.5 解压缩保证机制

第五章 平流层通信平台下的仿真设计与分析

5.1 仿真系统设计

5.1.1 系统仿真模型

5.1.2 用户节点模块

5.1.3 HAPS_mac进程模型

5.1.4 仿真条件和仿真参数

5.2 仿真结果及分析

5.2.1 相同最低有效位下的仿真比较

5.2.2 不同最低有效位下的仿真比较

5.2.3 不同节点间的仿真比较

5.2.4 不同工作模式下的仿真比较

5.3 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间研究成果