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研究团队
杨冠男：南京财经大学信息工程学院
王汝海：美国拉马尔大学电气与计算机工程系
赵康僆, 李文峰：南京大学电子科学与工程学院
阎冬：北京飞机总体设计部
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Yang G N, Wang R H, Zhao K L, et al. Data delivery delay and cross-layer packet size for reliable transmission of Licklider transmission protocol in space networks. Sci China Inf Sci, 2024, 67(9): 192303![]()
随着我国载人登月计划的推进，延迟/中断容忍网络（DTN）再次受到关注，NASA喷气推进实验室（JPL）指导下进行的一系列空间网络实验也证明了DTN应对挑战性通信环境的有效性。利克莱德传输协议（LTP）是DTN的关键协议技术，为空间网络提供可靠传输服务，是一种广泛使用的汇聚层协议，已标准化并部署在太空任务中。LTP的可靠传输性能受传输链路特性和跨层包尺寸的影响显著，引起了广泛关注。虽然LTP协议已经国际标准化，但性能评估上缺乏数学模型，在关键因素配置上仅提供了初步的参考值，需要进一步建模分析，为工程实践应用提供理论指导。
端到端交付时延是衡量LTP可靠传输机制面向空间应用的关键性能指标之一，为了评估LTP空间应用的传输性能，本文面向空间挑战传输环境，建立以端到端交付时延为目标函数的数学模型，以此分析跨层包尺寸对LTP可靠传输性能的影响，并通过半实物仿真平台进行验证。
Figure 1 LTP data transmission interaction process [13]
本文的创新点如下：
（1） 对LTP可靠传输机制建立严谨的数学模型，考虑了数据和控制信息传输的上限约束。根据协议机制，详细构建了数据及各控制信息交互的数学模型。
（2） 利用轮盘赌算法建立LTP可靠传输的端到端交付延迟模型，更符合空间传输链路的随机特性。
（3） 基于LTP可靠传输的端到端交付时延模型，分析了跨层数据包之间的内在约束及对LTP可靠传输性能的影响。
（4） 通过半物理测试平台上的真实数据传输实验验证了所提出的模型。
本文基于JPL开发的ION软件建立半实物仿真平台，利用TC命令构建信道特性，模拟地月通信场景，采用10-7、10-6和10-5三种典型的空间信道误码率，利用真实数据流进行验证，论证了跨层包尺寸之间的关系及对LTP可靠传输性能的影响。Figure 4 Impact of bundle size on delivery delay. Block aggregation size threshold of (a) 5 KB, (b) 50 KB,
(c) 500 KB, and (d) 1 MB.Figure 5 Impact of block aggregation size threshold on delivery delay. Bundle sizes of (a) 5 KB, (b) 50 KB,
(c) 500 KB, and (d) 1 MB.Figure 6 Impact of segment size on delivery delay. Bundle size and block aggregation size threshold of (a) 5 KB,
(b) 50 KB, (c) 500 KB, and (d) 1 MB
图4-6分别关注BP协议的束、LTP协议的块汇聚尺寸和段三种跨层包尺寸对LTP可靠传输性能的影响。研究结果表明，相比于LTP协议的段，BP协议的束和LTP协议的块汇聚尺寸对传输性能影响更大，且LTP层输出的块大小取决于上层的束尺寸和块汇聚阈值。束和块汇聚尺寸对交付延迟的影响相似，只要其中之一增大，交付延迟就会得到优化。当束尺寸小于或等于块汇聚阈值时，束尺寸不会对协议传输性能产生影响。关于段尺寸的影响，当信道质量较好时，选择与底层最大传输单元相当的段大小更利于传输性能的提升，反之应减少LTP的段尺寸。
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