基于中继存储-转发的深空文件传输方法技术

技术编号:7810450 阅读:196 留言:0更新日期:2012-09-27 18:36
本发明专利技术提供一种基于中继存储-转发的深空文件传输方法,用于将文件由发送端经中继星发送至接收端,所述基于中继存储-转发的深空文件传输方法包括发送端至中继星阶段及中继星至接收端阶段。本发明专利技术的基于中继存储-转发的深空文件传输方法在高误码率的深空环境下,基于中继存储转发的延时否定确认型CFDP协议在传输时延指标上较传统的点到点直接传输协议方案、中继放大转发协议方案和中继译码转发协议方案获得了几十到几百a.u.增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
现有的深空通信文件传输协议根据重传机制的不同,主要有两类I) TCP/IP 协议在因特网(Internet)背景下,以带宽无限大、低延迟、低误码率、连续通信等假设条件下建立的,TCP连接的建立需要发送双方先通过握手协商,即正式开始文件数据传输至少需要进行一次往返传播,TCP协议使用基于实时状态计算的分级路由协议,自治系统进行寻■址需要通过边界网关协议(BGP),而在系统内部则通过IS2IS (Intermediate System toIntermediate System)、OSPF (Open ShortestPath First)以及 EIGRP (Enhanced InteriorGateway Routing Protocol)等路由协议寻■址。特点是能无缝兼容地面因特网。2)空间数据咨询委员会的文件传输协议(CFD P,CCSDS File DeliveryProtocol)CFDP最初是在TCP/IP在空间网络通信中使用效率较低的背景下产生的。相比于TCP/IP,CFDP克服了 TCP/IP应用层协议FTP协议无法支持多连接传输、传输暂停和续传、容忍错序包的不足以及TCP/IP协议“握手机制”在空间通信中效率低的缺点,部分解决了空间通信端到端的文件可靠传输问题,被广泛应用于月球、火星探测计划等空间科学任务中。CCSDS为CFDP协议定义了四种模式立即NAK CFDP协议,异步NAK CFDP协议,触发NAKCFDP协议和延时NAK CFDP协议。CFDP协议的特点是采用ACK和NAK混合应答机制。在协议数据单元(PDU :Protocol Data Unit)传输发生错误时,接收端反馈否定确认应答信息(NAK)。而确认应答信息(ACK)只用于控制数据包在收发两端的交互,一般在文件尾部和传输过程结束时出现。深空通信与传统地面通信有巨大的差别,它所特有的动态长延时、高误码率、间断可用链路、不对称信道等特点,使得TCP/IP协议直接应用到深空通信系统中会出现很多问题。首先,深空通信中传播延时巨大,例如火星到地球的往返延迟根据星体的轨道位置不同通常在8. 5到40分钟之间,如果往返延迟大于通信持续时间,那么应用数据根本没有传输的机会。其次,上行与下行链路的信息速率不对称对TCP的吞吐量影响非常大。2015年预计可达到的地月通信上行速率为4kb/s,下行速率为10Mb/s,而火星通信上行速率为4kb/s,下行速率为4 6Mb/s。由于信道速率的不对称会导致较大的线速率突发错误,加重下行缓存拥塞,呑吐量随非对称性成指数衰减。再次,TCP协议分辨拥塞和数据丢失的策略决定其吞吐量随往返传播时延及信息丢失概率的增加而迅速恶化。TCP协议通过ARQ机制保证按顺序发送文件信息,任一丢失的数据包将引起该数据包之后的所有数据重新发送。深空信道的误码率(BER)通常比地面信道的误码率大,典型的深空通信误码率为10_5,且由于 星体轨道运行对探测器的遮挡,深空通信链路会产生周期性中断。另外,TCP协议的差错检测和恢复策略不适合深空高误码率环境首先,TCP协议通过重传定时器计时溢出对数据包的丢失进行判断;其次,TCP协议无法区分数据包丢失的原因是网络拥塞还是信道误码,TCP协议主要通过降低报文发送速率以避免拥塞的策略来处理误码。此外,呑吐量会随着确认应答信息(ACK, Acknowledgement Character)的丢失进一步恶化。由于TCP协议是基于端到端重传的协议,缓存只有在接收端向发送端确认正确接收所有信息后才会释放用于重传的通信资源;传输过程丢失的信息需要重传,进一歩延长资源占用缓存的时间,不适用于对于缓存空间和处理能力有限的深空探測器。而且TCP/IP的路由协议对于深空通信操作环境未来的可能路由缺乏预见性。另外,深空通信环境很难对时间间隔做出准确预測,因此对状态信息更新时间间隔的预测准确性很敏感的分布式路由算法不适合。综上,现有的TCP/IP协议体系在深空通信的传播时延长、误码率高、非対称链路、链路兼容以及异构网络等问题上面临 严峻的挑战。在链路时延或者时延带宽积较大的深空网络,各种TCP改进协议相差不大且性能很差,不能满足深空文件高效传输的任务要求。尽管相比于TCP/IP协议,CFDP的反馈机制效率有明显的提高,但为了确保可靠传输,CFDP仍需要反馈多次NAK和少量ACK信息,而传输距离的不断増大,増大了这种交互的往返时延,降低了 CFDP的传输效率。特别是,信道误码率条件恶劣会导致数据包丢失数量増加,増加了文件反馈重传的次数,从而増大了文件可靠传输所需的时间。例如当误码率接近10_4时,直传方式的CFDP文件传输时延期望的仿真曲线显示其性能已经严重恶化。深空大时延环境下的频繁重传使得往返传播时延在整个文件传输过程中总的传输时延很大,尤其是地球-火星通信中平均的单次传播时延接近20分钟。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术提供ー种深空文件传输方法,用于将文件由发送端经中继星发送至接收端,所述包括发送端至中继星阶段及中继星至接收端阶段,发送端至中继星阶段进ー步包括以下步骤步骤(a)、发送端发送包括MPDU、E0F在内的所有PDU至中继星,在发送端发送I3DU的过程中中继星不返回任何NAK或ACK信息,发送端发送出所有PDU且中继星收到EOF后进入步骤(b);步骤(b)、中继星不断返回NAK信息直到中继星收到了整个文件的所有rou,中继星收到了整个文件的所有PDU后中继星返回FIN至发送端,中继星结束传输过程并关闭链路;中继星至接收端阶段进ー步包括以下步骤步骤(C)、中继星向发送端发送所有PDU,在步骤(C)中,中继星等待发送端发送的EOF到达后,向接收端发送已收到的全部rou,即所述步骤(C)开始于发送端至中继星阶段中的步骤(a)结束的时刻;步骤(d)、接收端检测文件的完整性后向中继星返回NAK,要求中继星将缺失的PDU进行重传;步骤(e)、中继星接受接收端返回的NAK,中继星查看并确定所需重传的I3DU的重传列表;步骤(f)、中继星确认需要重传的PDU是否已由发送端重传至中继星,中继星将已经由发送端发送至中继星并在PDU的重传列表中的PDU发送至接收端;在此步骤中,中继星将不等待所有需要发送端重传的PDU全部到达后再开始重传,而是立即重传已收到且在重传列表中的rou,未收到的PDU等待下次接收端的NAK到达时再查看是否能够重传。步骤(g)、重复步骤(d)至(f),直到接收端收到文件的所有的rou ;步骤(h)、接受端返回FIN至中继星,中继星收到FIN并返回ACK(FIN)至接受端,接收端接受ACK(FIN)并关闭链路,结束文件传输。本专利技术的进ー步改进为,所述发送端至中继星阶段中采用延时否定确认型CFDP协议传输算法进行数据传输。本专利技术的进ー步改进为,所述发送端到中继星的距离小于等于中继星到接收端的距离。本专利技术的进ー步改进为,所述满足以下公式,本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.04.19 CN 201210115495.31.一种基于中继存储-转发的深空文件传输方法,用于将文件由发送端经中继星发送至接收端,其特征在干所述基于中继存储-转发的深空文件传输方法包括发送端至中继星阶段及中继星至接收端阶段, 发送端至中继星阶段进ー步包括以下步骤 步骤(a)、发送端发送包括MPDU、EOF在内的所有PDU至中继星,在发送端发送PDU的过程中中继星不返回任何NAK或ACK信息,发送端发送出所有PDU且中继星收到EOF后进入步骤(b); 步骤(b)、中继星不断返回NAK信息直到中继星收到了整个文件的所有rou,中继星收到了整个文件的所有PDU后中继星返回FIN至发送端,中继星结束传输过程并关闭链路; 中继星至接收端阶段进ー步包括以下步骤 步骤(c)、中继星向发送端发送所有H)U,在步骤(c)中,中继星等待发送端发送的EOF到达后,向接收端发送已收到的全部rou,即所述步骤(C)开始于发送端至中继星阶段中的步骤(a)结束的时刻; 步骤(d)、接收端检测文件的完整性后向中继星返回NAK,要求中继星将缺失的PDU进行重传; 步骤(e)、中继星接受接收端返回的NAK,中继星查看并确定所需重传的H)U的重传列表; 步骤(f)、中继星确认需要重传...

【专利技术属性】
技术研发人员:张钦宇杨志华焦健李红兵顾术实
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:

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