基于LDPC编译码的空间DTN 网络Bundle前向纠错方法技术

本发明专利技术提出了一种基于LDPC编译码的空间DTN网络Bundle前向纠错方法，通过对传统的空天网络环境中端到端传输进行了研究分析，将LDPC码和DTN通信网络中的BP协议相结合，把LDPC码优良的编码译码性能运用到DTN网络中，根据重传的内容将重传机制分为：收端反馈重传一切丢失的数据包，既包括原始包也包括冗余包；收端只反馈重传迭代译码恢复失败的原始数据包。采用上述两种重传模式，整个传输的轮数在同样的参数配置下，会大大的降低，往返时间减低。对于空天通信网络来说，链路资源十分有限宝贵，这样就可以节省出更多的空间供其他信息的传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空天通信传输
，尤其涉及一种基于LDPC编译码的空间DTN网络Bundle前向纠错方法。
技术介绍
DTN（DelayTolerantNetwork）最初提出是应用于行星际网络，以解决可预测性的中断问题以及长距离通信中的长延时等问题。后来又扩展到了其他的网络中，包括地面无线网络。空天DTN网络就是其中的一种，在常见的卫星通信中，源端和目的端之间的链路时断时连。从链路的特性上来说，空天DTN网络主要有长延时、链路中断频繁以及误码率高等三个特点。长延时主要指的是长的传播延时和长的排队时间。卫星通信，尤其是在中轨卫星和同步卫星中，传播时间比较长。而在某些网络的多跳路径中，与传播延时相比，排队时间起主导作用。空天网络另一个特点链路中断频繁。在许多DTN网络中，端到端断开可能比端到端连接更加普遍。空天DTN网络链路易受差错影响，误码率较高。卫星通信线路上无线电波经过长距离的空间传播后，信号功率衰减很大，同时在传播过程中还会引入各种噪声。随着空天网络要求越来越复杂，对互操作性的需求越强烈。空间数据系统咨询委员会（CCSDS）以及一些其他的研究组织正致力于提供一个通信领域的互操作平台，这样能够开发更多的地球数据中继系统，提供更多的通信机会，增加数据传输量，减少任务的操控开销。而DTN体系结构则是作为一种异构网络区域互联的方式提出的，用于解决长延迟和链路间断导致的问题，本质上是将底层协议面临的问题隐藏以实现数据的交互。空天通信的资源是有限的，为了有效的利用宝贵的资源，空天通信的一个重要目标是实现数据的可靠传输。BP（BundleProtocol）协议是DTN协议中的最为重要的一个协议，能够运行于不同的协议之上。BP层协议中数据包的最小单位叫束（Bundle）。BP协议包含两个功能：存储-转发和托管传输。存储—携带—转发机制用于克服链路的中断。托管传输（CustodyTransfer）是DTN网络协议中可选的一个机制，它让DTN网络中的节点充当数据的保管，作用保证了数据传输的可靠性。BP协议运行于应用层之下传输层之上，可以使用在传感网络、空天网络和ad-hoc网络中。由于每种网络的特点不一样，因此很难找到一个普遍都适用的网络结构。DTN结构中的BP协议提出了一种通用的消息格式。BP协议层包括应用代理（ApplicationAgent）、BP协议代理（BundleProtocolAgent）和汇聚层适配器（ConvergenceLayerAdapter）这三个组件。应用代理组件包括管理和应用两个。管理元素用于发出传输管理记录的请求、接收交付以及处理节点接收到的托管信号。应用元素可以提供传输请求、接收数据角度以及处理与应用相关的数据单位的功能。BP协议提供两种可选的服务来保证数据的可靠传输：基于存储转发的托管传输机制与端到端的确认。当发生链路中断时，托管传输机制可以加强端到端可靠性传输。有效应对受限网络的频繁中断、长延时问题。端到端的确认保证了发送与收端之间的相互通信，实现了可靠性传输。BP层主要解决的是一种端到端可靠传输的问题。但是，在端到端BP协议中，可靠性传输导致传输时延太长。BP协议具有存储-携带-转发、托管传输和端到端确认机制，空天网络环境中的信道误码率可能会随时变化，当误码率变大时，同一个尺寸的数据包丢包率增大。要想让发送端的数据包全部可靠传输到接收端，势必发送端和接收端之间的交互往返次数会增多。发送端重传的次数增大，需要的传输轮数增加，这样传输时延太大。这样整个数据传输的传输性能较低。在国外，已经尝试将LEC（LongErasureCode）引入到CCSDS（ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystems）遥测链路有关协议，分别研究了LEC与SPP（SimplifiedParallelProcess）和CFDP（CCSDSFileDeliveryProtocol）结合的方案，同时给出了所用的LEC码的编码译码算法。也有提出将LEC与BP协议结合的方法，提出了将LDPC（LowDensityParityCheckCode）码应用到BP协议中的可行性，分析了优点和一些缺点。提出了端到端传输，传输时延大的一种解决方法。在国内的相关研究工作中，有提出LTP（LickliderTransmissionProtocol）协议与信道编码如RS、LDPC码结合的方案，也有提出将喷泉码与CFDP协议相结合的方案。将信道编码合理应用到协议中，使得在保证可靠传输的同时，减少重传的轮数，减小重传数据包个数，最终传输时延降低，提高传输性能。现有国内优化方法中大部分是解决点到点传输性能不高的问题。对于端到端之间传输性能提高的解决方案也需要提出和实现。此外之前提出的解决方案偏向于传输距离极远、光程很大的情况。对于光程比较小的空天网络环境，考虑的比较少。另外之前提出的优化方法中，关于信道编码和协议结合后的传输模型研究的比较小。综上所述，本专利技术提出的在端到端传输过程中，将LDPC结合到BP协议中，来研究光程比较短时（ms）传输情况将是十分有意义的，并且还推导出了结合后的数据包传输模型。这对于理论分析是是十分有帮助的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过对传统的空天网络环境中端到端传输进行了研究分析，提供一种将长纠删码LDPC和DTN通信网络中的BP协议相结合的方法，把LDPC码优良的编码译码性能运用到DTN网络中，使得整个传输的轮数在同样的参数配置下，会大大的降低，往返时间减低。对于空天通信网络来说，链路资源十分有限宝贵，这样就可以节省出更多的空间供其他信息的传输。为达上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于LDPC编译码的空间DTN网络Bundle前向纠错方法，所述方法将长纠删码LDPC应用到BP协议中去，所述方法包括：通过接口读入高层数据单元，按照当前网络的设置将数据单元ADU划分为多个Bundle，对于每个Bundle的前端都会携带有一个包头，里面包含着相关的控制信息；将这些Bundle送到LDPC编码器中，所述编码器按照码率R得到待发送的一批数据包；给每个数据包封装包头，接着送入信道进行传输；在接收端进行数据包的接收、译码，对于未丢失的数据包，在接收端通过LDPC译码器恢复回原来的数据包，并且发送反馈信号给发送端；对于丢失的数据包，在迭代次数上限之内通过LDPC迭代译码恢复功能恢复，如果丢失的数据包恢复出了原始的数据包，则此数据包无需下一轮发送端重传，并将相应的反馈信息传输给发送端；如果丢失的数据包，超过迭代次数上限通过LDPC迭代译码恢复未能恢复出原数据包，或者是恢复出的数据包是错误的，则这个数据包就被认为是丢失的数据包，发送端在下一轮传输时，需要重传，此时托管传输未释放；根据重传的内容将重传机制分为：收端反馈重传一切丢失的数据包，既包括原始包也包括冗余包；收端只反馈重传迭代译码恢复失败的原始数据包。进一步地，所述方法还包括：根据传输时延来选择是否采用BP与LDPC结合的传输方式，具体地，当传输时延T＜T”时，采用传统的BP层传输方式；当T＞T”时，采用BP与LDPC结合的传输方式，所述T”为临界时延。进一步地，所述LDPC码为度数32、码率7/8、编码后的码长8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LDPC编译码的空间DTN网络Bundle前向纠错方法，其特征在于：所述方法将长纠删码LDPC应用到BP协议中去，所述方法包括：通过接口读入高层数据单元，按照当前网络的设置将数据单元ADU划分为多个Bundle，对于每个Bundle的前端都会携带有一个包头，里面包含着相关的控制信息；将这些Bundle送到LDPC编码器中，所述编码器按照码率R得到待发送的一批数据包；给每个数据包封装包头，接着送入信道进行传输；在接收端进行数据包的接收、译码，对于未丢失的数据包，在接收端通过LDPC译码器恢复回原来的数据包，并且发送反馈信号给发送端；对于丢失的数据包，在迭代次数上限之内通过LDPC迭代译码恢复功能恢复，如果丢失的数据包恢复出了原始的数据包，则此数据包无需下一轮发送端重传，并将相应的反馈信息传输给发送端；如果丢失的数据包，超过迭代次数上限通过LDPC迭代译码恢复未能恢复出原数据包，或者是恢复出的数据包是错误的，则这个数据包就被认为是丢失的数据包，发送端在下一轮传输时，需要重传，此时托管传输未释放；根据重传的内容将重传机制分为：收端反馈重传一切丢失的数据包，既包括原始包也包括冗余包；收端只反馈重传迭代译码恢复失败的原始数据包。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LDPC编译码的空间DTN网络Bundle前向纠错方法，其特征在于：所述方法将长纠删码LDPC应用到BP协议中去，所述方法包括：通过接口读入高层数据单元，按照当前网络的设置将数据单元ADU划分为多个Bundle，对于每个Bundle的前端都会携带有一个包头，里面包含着相关的控制信息；将这些Bundle送到LDPC编码器中，所述编码器按照码率R得到待发送的一批数据包；给每个数据包封装包头，接着送入信道进行传输；在接收端进行数据包的接收、译码，对于未丢失的数据包，在接收端通过LDPC译码器恢复回原来的数据包，并且发送反馈信号给发送端；对于丢失的数据包，在迭代次数上限之内通过LDPC迭代译码恢复功能恢复，如果丢失的数据包恢复出了原始的数据包，则此数据包无需下一轮发送端重传，并将相应的反馈信息传输给发...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，薄海伟，苏敏，
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：广东;44