应用于空天信息网络的高可靠性传输控制算法研究

摘要

随着现代信息技术的发展，代表着高科技的空天信息网络以其大容量、实时性强的特点，能够满足未来通信和网络处理功能的要求。其可以广泛地应用在军事、空间探测等领域。
　　 在空天信息网络中，由于其特殊的空间位置，要求终端及接入设备之间的通信协议具有一定的鲁棒性。因此，为保证接入终端能够高速、可靠地进行大容量的数据收发，需要为空天信息网络设计一个能够提供一定QoS保障机制的接入控制协议。针对这一需求，本文首先对空天信息网络应用场景及传输控制特点进行了分析，进而提出了高速、高可靠性通信的解决方案，即吞吐量增强的扩展快速恢复算法（Extended Fast Recovery for Throughput Enhancement，EFRTE）。该算法采用了联合捎带及累积确认策略，并通过优化的包调度及重传机制可以实时的适应于信道条件的变化，从而达到较好的整体特性。
　　 本文通过对EFRTE算法的三阶段理论建模，给出了其定量的分析结论。同时结合具体的OPNET网络仿真分析，证明EFRTE算法可以协同高速的物理层通信机制，建立源端及目的端之间的高速数传链路，从而在空天信息网络中达到高吞吐量，低时延以及低时延抖动的良好特性。
　　 最后将理论及仿真分析的研究结论应用于实际的FPGA平台。本文首先对SFP高速接口进行了调试，确保其通信正常。然后对EFRTE算法进行模块化设计。最后通过测试结果证明该算法可以在FPGA平台上正常运行，实现点到点之间可靠的数据传输。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 空天信息网络的应用

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内外空天信息网络整体研究现状

1.3.1 空天信息网络传输控制研究现状

1.4 论文主要贡献

1.5 论文结构安排

第二章 空天信息网络传输控制概述

2.1 空天信息网络体系结构

2.2 空天信息网络的协议分层

2.3 空天信息网络传输控制的特点

2.4 空天信息网络传输控制设计的性能指标

2.5 本章小结

第三章 EXTENDED FAST RECOVERY FOR THROUGHPUT ENHANCEMENT(EFRTE)传输控制算法

3.1 EFRTE算法提出的背景

3.2 EFRTE算法概述

3.3 EFRTE算法详细描述

3.3.1 帧格式

3.3.2 正常传输

3.3.3 错误重传

3.3.4 算法总体流程图

3.4 算法总结

3.5 本章小结

第四章 EFRTE算法理论分析

4.1 理论分析概述及方法论

4.2 基本假设

4.2.1 饱和模型

4.2.2 丢包概率р

4.2.3 数据错误模型的简化

4.2.4 基于“优先级确认”的近似

4.2.5 忽略确认时延所带来的影响

4.3 只考虑“双重复”错误的情况

4.4 考虑“双重复”加“超时”错误的情况

4.4.1 Q的计算

4.4.2 E[R]的计算

4.4.3 E[DTO]的计算

4.4.4 吞吐量Th(p)

4.5 考虑发送端FCW最大值WMAX的限制

4.6 参数设置

4.7 数值结果

4.8 本章小结

第五章 仿真分析

5.1 概述

5.2 OPNET MODELER仿真软件简介

5.3 仿真的重要性及各仿真平台的比较分析

5.3.1 NS—2

5.3.2 OMNeT++

5.3.3 QualNet

5.4 OPNET MODELER仿真流程及建模机制

5.5 OPNET仿真需求

5.6 仿真建模

5.6.1 放送端

5.6.2 接收端

5.6.3 信道

5.7 仿真场景

5.8 参数选择

5.9 仿真结果及其分析

5.9.1 理论值与仿真值的对比

5.9.2 吞吐量分析

5.9.3 时延抖动分析

5.10 本章小结

第六章 基于FPGA的算法实现与评估

6.1 FPGA的特点及设计准则

6.2 软件平台

6.3 整体设计

6.3.1 高层架构设计

6.3.2 底层架构设计

6.4 接口

6.4.1 接口简介

6.4.2 SFP模块管脚

6.4.3 接口环回测试

6.5 功能模块设计

6.6 实测结果

6.7 本章小结

第七章 性能分析结论

第八章 工作展望

参考文献

致谢

附 录

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