專利名稱：基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的深空通信文件傳輸協(xié)議根據(jù)重傳機(jī)制的不同，主要有兩類I) TCP/IP 協(xié)議在因特網(wǎng)(Internet)背景下，以帶寬無限大、低延遲、低誤碼率、連續(xù)通信等假設(shè)條件下建立的，TCP連接的建立需要發(fā)送雙方先通過握手協(xié)商，即正式開始文件數(shù)據(jù)傳輸至少需要進(jìn)行一次往返傳播，TCP協(xié)議使用基于實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算的分級(jí)路由協(xié)議，自治系統(tǒng)進(jìn)行尋■址需要通過邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP),而在系統(tǒng)內(nèi)部則通過IS2IS (Intermediate System toIntermediate System)、OSPF (Open ShortestPath First)以及 EIGRP (Enhanced InteriorGateway Routing Protocol)等路由協(xié)議尋■址。特點(diǎn)是能無縫兼容地面因特網(wǎng)。2)空間數(shù)據(jù)咨詢委員會(huì)的文件傳輸協(xié)議(CFD P,CCSDS File DeliveryProtocol)CFDP最初是在TCP/IP在空間網(wǎng)絡(luò)通信中使用效率較低的背景下產(chǎn)生的。相比于TCP/IP，CFDP克服了 TCP/IP應(yīng)用層協(xié)議FTP協(xié)議無法支持多連接傳輸、傳輸暫停和續(xù)傳、容忍錯(cuò)序包的不足以及TCP/IP協(xié)議“握手機(jī)制”在空間通信中效率低的缺點(diǎn)，部分解決了空間通信端到端的文件可靠傳輸問題，被廣泛應(yīng)用于月球、火星探測(cè)計(jì)劃等空間科學(xué)任務(wù)中。CCSDS為CFDP協(xié)議定義了四種模式立即NAK CFDP協(xié)議，異步NAK CFDP協(xié)議，觸發(fā)NAKCFDP協(xié)議和延時(shí)NAK CFDP協(xié)議。CFDP協(xié)議的特點(diǎn)是采用ACK和NAK混合應(yīng)答機(jī)制。在協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU :Protocol Data Unit)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),接收端反饋否定確認(rèn)應(yīng)答信息(NAK)。而確認(rèn)應(yīng)答信息(ACK)只用于控制數(shù)據(jù)包在收發(fā)兩端的交互，一般在文件尾部和傳輸過程結(jié)束時(shí)出現(xiàn)。深空通信與傳統(tǒng)地面通信有巨大的差別，它所特有的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)延時(shí)、高誤碼率、間斷可用鏈路、不對(duì)稱信道等特點(diǎn)，使得TCP/IP協(xié)議直接應(yīng)用到深空通信系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)很多問題。首先，深空通信中傳播延時(shí)巨大，例如火星到地球的往返延遲根據(jù)星體的軌道位置不同通常在8. 5到40分鐘之間，如果往返延遲大于通信持續(xù)時(shí)間，那么應(yīng)用數(shù)據(jù)根本沒有傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)。其次，上行與下行鏈路的信息速率不對(duì)稱對(duì)TCP的吞吐量影響非常大。2015年預(yù)計(jì)可達(dá)到的地月通信上行速率為4kb/s,下行速率為10Mb/s,而火星通信上行速率為4kb/s，下行速率為4 6Mb/s。由于信道速率的不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致較大的線速率突發(fā)錯(cuò)誤，加重下行緩存擁塞，呑吐量隨非對(duì)稱性成指數(shù)衰減。再次，TCP協(xié)議分辨擁塞和數(shù)據(jù)丟失的策略決定其吞吐量隨往返傳播時(shí)延及信息丟失概率的增加而迅速惡化。TCP協(xié)議通過ARQ機(jī)制保證按順序發(fā)送文件信息，任一丟失的數(shù)據(jù)包將引起該數(shù)據(jù)包之后的所有數(shù)據(jù)重新發(fā)送。深空信道的誤碼率(BER)通常比地面信道的誤碼率大，典型的深空通信誤碼率為10_5，且由于 星體軌道運(yùn)行對(duì)探測(cè)器的遮擋，深空通信鏈路會(huì)產(chǎn)生周期性中斷。另外，TCP協(xié)議的差錯(cuò)檢測(cè)和恢復(fù)策略不適合深空高誤碼率環(huán)境首先，TCP協(xié)議通過重傳定時(shí)器計(jì)時(shí)溢出對(duì)數(shù)據(jù)包的丟失進(jìn)行判斷；其次，TCP協(xié)議無法區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包丟失的原因是網(wǎng)絡(luò)擁塞還是信道誤碼，TCP協(xié)議主要通過降低報(bào)文發(fā)送速率以避免擁塞的策略來處理誤碼。此外，呑吐量會(huì)隨著確認(rèn)應(yīng)答信息(ACK, Acknowledgement Character)的丟失進(jìn)一步惡化。由于TCP協(xié)議是基于端到端重傳的協(xié)議，緩存只有在接收端向發(fā)送端確認(rèn)正確接收所有信息后才會(huì)釋放用于重傳的通信資源；傳輸過程丟失的信息需要重傳，進(jìn)一歩延長(zhǎng)資源占用緩存的時(shí)間，不適用于對(duì)于緩存空間和處理能力有限的深空探測(cè)器。而且TCP/IP的路由協(xié)議對(duì)于深空通信操作環(huán)境未來的可能路由缺乏預(yù)見性。另外，深空通信環(huán)境很難對(duì)時(shí)間間隔做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因此對(duì)狀態(tài)信息更新時(shí)間間隔的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性很敏感的分布式路由算法不適合。綜上，現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議體系在深空通信的傳播時(shí)延長(zhǎng)、誤碼率高、非対稱鏈路、鏈路兼容以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等問題上面臨 嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在鏈路時(shí)延或者時(shí)延帶寬積較大的深空網(wǎng)絡(luò)，各種TCP改進(jìn)協(xié)議相差不大且性能很差，不能滿足深空文件高效傳輸?shù)娜蝿?wù)要求。盡管相比于TCP/IP協(xié)議，CFDP的反饋機(jī)制效率有明顯的提高，但為了確?？煽總鬏敚珻FDP仍需要反饋多次NAK和少量ACK信息，而傳輸距離的不斷増大，増大了這種交互的往返時(shí)延，降低了 CFDP的傳輸效率。特別是，信道誤碼率條件惡劣會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失數(shù)量増加，増加了文件反饋重傳的次數(shù)，從而増大了文件可靠傳輸所需的時(shí)間。例如當(dāng)誤碼率接近10_4時(shí)，直傳方式的CFDP文件傳輸時(shí)延期望的仿真曲線顯示其性能已經(jīng)嚴(yán)重惡化。深空大時(shí)延環(huán)境下的頻繁重傳使得往返傳播時(shí)延在整個(gè)文件傳輸過程中總的傳輸時(shí)延很大，尤其是地球-火星通信中平均的單次傳播時(shí)延接近20分鐘。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供ー種深空文件傳輸方法，用于將文件由發(fā)送端經(jīng)中繼星發(fā)送至接收端，所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法包括發(fā)送端至中繼星階段及中繼星至接收端階段，發(fā)送端至中繼星階段進(jìn)ー步包括以下步驟步驟(a)、發(fā)送端發(fā)送包括MPDU、E0F在內(nèi)的所有PDU至中繼星，在發(fā)送端發(fā)送I3DU的過程中中繼星不返回任何NAK或ACK信息，發(fā)送端發(fā)送出所有PDU且中繼星收到EOF后進(jìn)入步驟(b)；步驟(b)、中繼星不斷返回NAK信息直到中繼星收到了整個(gè)文件的所有rou，中繼星收到了整個(gè)文件的所有PDU后中繼星返回FIN至發(fā)送端，中繼星結(jié)束傳輸過程并關(guān)閉鏈路；中繼星至接收端階段進(jìn)ー步包括以下步驟步驟(C)、中繼星向發(fā)送端發(fā)送所有PDU，在步驟(C)中，中繼星等待發(fā)送端發(fā)送的EOF到達(dá)后，向接收端發(fā)送已收到的全部rou，即所述步驟(C)開始于發(fā)送端至中繼星階段中的步驟(a)結(jié)束的時(shí)刻；步驟(d)、接收端檢測(cè)文件的完整性后向中繼星返回NAK，要求中繼星將缺失的PDU進(jìn)行重傳；步驟(e)、中繼星接受接收端返回的NAK，中繼星查看并確定所需重傳的I3DU的重傳列表；步驟(f)、中繼星確認(rèn)需要重傳的PDU是否已由發(fā)送端重傳至中繼星，中繼星將已經(jīng)由發(fā)送端發(fā)送至中繼星并在PDU的重傳列表中的PDU發(fā)送至接收端；在此步驟中，中繼星將不等待所有需要發(fā)送端重傳的PDU全部到達(dá)后再開始重傳，而是立即重傳已收到且在重傳列表中的rou，未收到的PDU等待下次接收端的NAK到達(dá)時(shí)再查看是否能夠重傳。步驟(g)、重復(fù)步驟(d)至(f)，直到接收端收到文件的所有的rou ；步驟(h)、接受端返回FIN至中繼星，中繼星收到FIN并返回ACK(FIN)至接受端，接收端接受ACK(FIN)并關(guān)閉鏈路，結(jié)束文件傳輸。本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)為，所述發(fā)送端至中繼星階段中采用延時(shí)否定確認(rèn)型CFDP協(xié)議傳輸算法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)為，所述發(fā)送端到中繼星的距離小于等于中繼星到接收端的
距離。
本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)為，所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法滿足以下公式，
權(quán)利要求
1.一種基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，用于將文件由發(fā)送端經(jīng)中繼星發(fā)送至接收端，其特征在干所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法包括發(fā)送端至中繼星階段及中繼星至接收端階段， 發(fā)送端至中繼星階段進(jìn)ー步包括以下步驟 步驟(a)、發(fā)送端發(fā)送包括MPDU、EOF在內(nèi)的所有PDU至中繼星，在發(fā)送端發(fā)送PDU的過程中中繼星不返回任何NAK或ACK信息，發(fā)送端發(fā)送出所有PDU且中繼星收到EOF后進(jìn)入步驟(b)； 步驟(b)、中繼星不斷返回NAK信息直到中繼星收到了整個(gè)文件的所有rou，中繼星收到了整個(gè)文件的所有PDU后中繼星返回FIN至發(fā)送端，中繼星結(jié)束傳輸過程并關(guān)閉鏈路； 中繼星至接收端階段進(jìn)ー步包括以下步驟 步驟(c)、中繼星向發(fā)送端發(fā)送所有H)U，在步驟(c)中，中繼星等待發(fā)送端發(fā)送的EOF到達(dá)后，向接收端發(fā)送已收到的全部rou，即所述步驟(C)開始于發(fā)送端至中繼星階段中的步驟(a)結(jié)束的時(shí)刻； 步驟(d)、接收端檢測(cè)文件的完整性后向中繼星返回NAK，要求中繼星將缺失的PDU進(jìn)行重傳； 步驟(e)、中繼星接受接收端返回的NAK，中繼星查看并確定所需重傳的H)U的重傳列表; 步驟(f)、中繼星確認(rèn)需要重傳的PDU是否已由發(fā)送端重傳至中繼星，中繼星將已經(jīng)由發(fā)送端發(fā)送至中繼星并在PDU的重傳列表中的PDU發(fā)送至接收端；在此步驟中，中繼星將不等待所有需要發(fā)送端重傳的PDU全部到達(dá)后再開始重傳，而是立即重傳已收到且在重傳列表中的rou，未收到的PDU等待下次接收端的NAK到達(dá)時(shí)再查看是否能夠重傳； 步驟(g)、重復(fù)步驟(d)至(f)，直到接收端收到文件的所有的rou; 步驟(h)、接受端返回FIN至中繼星，中繼星收到FIN并返回ACK(FIN)至接受端，接收端接受ACK (FIN)并關(guān)閉鏈路，結(jié)束文件傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，其特征在于所述發(fā)送端至中繼星階段中采用延時(shí)否定確認(rèn)型CFDP協(xié)議傳輸算法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，其特征在于所述發(fā)送端到中繼星的距離小于等于中繼星到接收端的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，其特征在于所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法滿足以下公式，
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，其特征在于所述發(fā)送端到中繼星的距離大于中繼星到接收端的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，其特征在于所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法滿足以下公式，
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法，用于將文件由發(fā)送端經(jīng)中繼星發(fā)送至接收端，所述基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法包括發(fā)送端至中繼星階段及中繼星至接收端階段。本發(fā)明的基于中繼存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的深空文件傳輸方法在高誤碼率的深空環(huán)境下，基于中繼存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)否定確認(rèn)型CFDP協(xié)議在傳輸時(shí)延指標(biāo)上較傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)直接傳輸協(xié)議方案、中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議方案和中繼譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議方案獲得了幾十到幾百a.u.增益。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102694632SQ20121018466
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者張欽宇, 李紅兵, 楊志華, 焦健, 顧術(shù)實(shí) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院