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一种适用于空间DTN网络的可靠传输方法技术

技术编号:18259571 阅读:38 留言:0更新日期:2018-06-20 10:18
适用于空间DTN网络的高效可靠传输方法,1)在DTN网络中,发送端通过编码应用程序接口读入文件,按照当前网络的设置将文件切割为多个文件分片,再将每个分片分割为多个信息包,在DTN网络应用层利用纠删码对这些信息包进行编码,产生待传输的数据包,数据包头部包括该包的序列号、编码种类以及编码率等信息;2)纠删码编码后的数据包按序送往BP协议层,在BP层进行封装,添加包头,生成数据束,接着送入信道传输,并在所有数据束之后,发送一个FIN束,告知接收端本次发送结束;3)在接收端进行数据包的接收、解封、解码操作;通过在传输过程中添加传输控制束的方式来实现基于BP层的ARQ机制,通过对部分数据包进行重传的方式,实现数据的可靠传输。

A reliable transmission method for space DTN networks

The efficient and reliable transmission method suitable for space DTN network, 1) in the DTN network, the sender reads the file through the code application interface, cuts the file into multiple file segments according to the current network setting, then divides each slice into multiple packets, and uses erasure code to carry out these packets in the DTN network application layer. Coding, producing data packets to be transmitted, data Baotou including the sequence number, coding type and coding rate of the packet; 2) the data packets encoded by erasure code are sent to the BP protocol layer in sequence, encapsulated in the BP layer, added to the BP, generated data bundles, then sent to channel transmission, and sent after all data bundles, sent after all data bundles. A FIN beam tells the receiver to send the end of this transmission; 3) receive, unseal and decode the packets at the receiving end. By adding a transmission control beam in the transmission process, the ARQ mechanism based on the BP layer is realized, and a reliable transmission of the data is realized by retransmitting a part of the packet.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于空间DTN网络的可靠传输方法
本专利技术属于空间高效可靠数据传输方案,具体涉及一种空间DTN网络应用层信道编码与ARQ机制相结合的可靠数据传输方法。
技术介绍
容迟容断网络(Delay/DisruptionTolerantNetwork,DTN)是一种通用的面向消息的覆盖层网络体系结构,DTN虽然起源于星际互联网中的深空通信,但其可工作于传播长延时、链路易中断及信道高误码的运行机制和特点,能够匹配卫星等空间节点的通信传输要求。改良后的DTN协议,可以满足卫星等空间节点在网络间歇式连通条件下数据可靠传输的要求,并适应近地空间信息系统组网。DTN网络作为一种典型覆盖网络的好处在于能够很好的兼容各类协议,实现异构网络的互联互通;同时针对空间传播环境中普遍存在的长延时和中断现象,通过区别于传统TCP/IP网络的存储-转发技术实现容迟容断功能。DTN协议架构中,通过叠加在普通传输层之上、应用层之下的Bundle协议(BP,BundleProtocol)层实现以上两大功能。BP协议是DTN网络协议簇中最为重要的一个协议,能够运行于不同的底层协议之上,通过汇聚层适配器提供对不同传输层/链路层的兼容性,目前支持LTP、TCP、UDP、Saratoga等多种协议。BP协议层中的数据包的最小单位是束(Bundle)。BP协议运行在普通传输层之上、应用层之下,实际上如果与TCP/IP协议架构分层模型对比的话,BP协议层也可以看做是应用层的一部分。DTN网络中,可通过多种方式对传输可靠性提供保障,如BP协议层的托管传输模式,传输层的可靠传输服务,物理层的差错编码机制等。其中BP协议层提供的数据可靠传输服务有:基于存储转发的托管传输机制与端到端确认;而传输层的可靠传输服务有LTP红色传输模式、TCP协议基于ARQ机制的可靠数据传输等;ARQ机制指一种协议,在协议中发送方在准备下一个数据项目之前先等待一个肯定的确认,则这样的协议称为PAR(PositiveAcknowledgementwithRetransmission,支持重传的肯定确认协议)或者ARQ(AutomaticRepeatRequest,自动重复请求协议)。自动重传请求(AutomaticRepeatRequest),通过接收方请求发送方重传出错的数据报文来恢复出错的报文,是通信中用于处理信道所带来差错的方法之一,有时也被称为后向纠错(BackwardErrorCorrection,BEC);另外一个方法是信道纠错编码。但上述这些方式,在空间传输条件恶劣,出现大量丢包或误码现象时,发送端和接收端之间的交互往返次数势必增多,数据文件交付时间延长,整个传输性能和传输效率受到极大限制。而物理层的差错编码机制是在发送端所要传输的信息序列上附加一些监督码元,这些监督码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联。接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系,一旦传输过程中发生差错,则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏,从而可以发现错误,乃至纠正错误。但由于空间通信信道长衰减甚至链路中断的情况时有发生,会导致数十甚至数千突发性的数据帧丢失,若这些数据帧恢复失败,反映到网络上层将是数据包级的丢失。物理层基于码元的差错编码机制无法很好满足空间通信信道的特点,并提供高效可靠的数据传输。遵循DTN覆盖层网络体系结构的设计思想,并针对DTN网络体系结构中,现有的数据可靠传输方式在空间传输条件恶劣时,传输效率显著下降。空间传输条件恶劣,大量丢包或误码现象时有发生。空间信道高误码的特性会导致接收端接收到大量错误数据包。对于传输过程中由于各种因素导致的丢包,常采用ARQ机制来对每一个丢失的数据包进行重新传输来保障数据传输的可靠性。但空间传输长时延、常中断的特性,使得单纯基于ARQ机制来提高数据可靠传输的传输效率受到极大限制。
技术实现思路
本专利技术目的是,提出适用于空间DTN网络的可靠传输方法,在应用层加入编码并结合ARQ机制的混合传输方法,该方法可以兼容DTN覆盖层网络协议架构。同时,结合ARQ机制,可保障在信道条件恶劣、丢包或错包现象严重时,接收端接收到足够数据包完成解码,实现数据高效可靠传输。解决针对误码情况通常会在空间信息网络的物理层引入纠错编码来提供比特级或码元级的纠错方法,但当误码过多时,物理层的纠错码可能仍无法纠正这些错误,包含过多错误的数据包将直接被丢弃的问题。同时,空间传输链路易中断的特性也会导致传输过程中产生大量的丢包。针对上述问题,本专利技术提供的是一种适用于DTN网络中的数据包级纠错并结合ARQ机制的混合传输方法,来保证恶劣空间传输条件下的高效可靠传输。技术方案:一种适用于空间DTN网络的高效可靠传输方法,所述方法在DTN网络的应用层引入纠删码,减少由于丢包所需的重传次数;并基于BP层提供ARQ机制服务,提供数据可靠传输保障。DTN网络作为一种典型覆盖网络的好处在于能够很好的兼容各类协议,实现异构网络的互联互通;同时针对空间传播环境中普遍存在的长延时和中断现象,通过区别于传统TCP/IP网络的存储-转发技术实现容迟容断功能。DTN协议架构中,通过叠加在普通传输层之上、应用层之下的Bundle协议(BP,BundleProtocol)层实现以上两大功能。BP协议是DTN网络协议簇中最为重要的一个协议,能够运行于不同的底层协议之上,通过汇聚层适配器提供对不同传输层/物理层的兼容性,目前支持LTP、TCP、UDP、Saratoga等多种协议。BP协议层中的数据包的最小单位是束(Bundle)。所述方法包括如下步骤:第1)步:在DTN网络中,发送端通过编码应用程序接口读入文件,按照当前网络的设置将文件切割为多个文件分片,再将每个分片分割为多个信息包,在DTN网络应用层利用纠删码对这些信息包进行编码,产生待传输的数据包,数据包头部包括该包的序列号、编码种类以及编码率等信息;第2)步:纠删码编码后的数据包按序送往BP协议层,在BP层进行封装,添加包头,生成数据束,接着送入信道传输,并在所有数据束之后,发送一个FIN束,告知接收端本次发送结束;第3)步:在接收端进行数据包的接收、解封、解码等操作;从接收端接收到第一个数据包开始,启动FIN计时器,之后每收到一个数据包,该计时器被重置并重新计时,若计时器时间耗尽或接收端接收到FIN束,则接收端认为本次传输结束;应用层开始统计接收到数据包的个数;第4)步:接收端接收到的数据被解封并送往应用层,应用层统计接收到数据包的个数,根据纠删码原理,只要收到足够的数据包,就可恢复原文件分片;若收到足够的数据包可以完成解码,则发送EOT束,告知发送端文件分片接收成功,若还有后续分片,可以开始后续数据传输;若收到包的个数不足,则接收端检查所有已接收到的数据包的头部,数据包头部的两个比特记录了该数据包的序列号,从而得知哪些数据包未收到;未收到的数据包的序列号被记录在REQ束中,将REQ束回传给发送端,告知发送端需要重传的数据包;通过REQ束,请求发送端对这些数据包进行重传;EOT(endoftransmission)传输结束;ENQ(enquiry)请求,ACK(acknowledge)收到通知,BEL(bell)响铃,BS(backs本文档来自技高网
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一种适用于空间DTN网络的可靠传输方法

【技术保护点】
1.一种适用于空间DTN网络的高效可靠传输方法,其特征是所述方法包括如下步骤:第1)步:在DTN网络中,发送端通过编码应用程序接口读入文件,按照当前网络的设置将文件切割为多个文件分片,再将每个分片分割为多个信息包,在DTN网络应用层利用纠删码对这些信息包进行编码,产生待传输的数据包,数据包头部包括该包的序列号、编码种类以及编码率等信息;第2)步:纠删码编码后的数据包按序送往BP协议层,在BP层进行封装,添加包头,生成数据束,接着送入信道传输,并在所有数据束之后,发送一个FIN束,告知接收端本次发送结束;第3)步:在接收端进行数据包的接收、解封、解码等操作;从接收端接收到第一个数据包开始,启动FIN计时器,之后每收到一个数据包,该计时器被重置并重新计时,若计时器时间耗尽或接收端接收到FIN束,则接收端认为本次传输结束,应用层开始统计接收到数据包的个数;第4)步:接收端接收到的数据被解封并送往应用层,应用层统计接收到数据包的个数,根据纠删码原理,只要收到足够的数据包,就可恢复原文件分片;若收到足够的数据包可以完成解码,则发送EOT束,告知发送端文件分片接收成功,若还有后续分片,可以开始后续数据传输;若收到包的个数不足,则接收端检查所有已接收到的数据包的头部,数据包头部的两个比特记录了该数据包的序列号,从而得知哪些数据包未收到;未收到的数据包的序列号被记录在REQ束中,将REQ束回传给发送端,告知发送端需要重传的数据包;通过REQ束,请求发送端对这些数据包进行重传;其中FIN束用以告知接收端本次发送结束;REQ束用以告知发送端所需重传的数据包;EOT束用以告知发送端文件分片接收成功;第5)步:根据REQ束中的相关信息,发送端对数据包进行重传;发送端根据REQ束(请求)中所记录的数据包的序列号,对数据包进行重传;接收到重传的数据包后,接收端根据接收到的总数据包数,向发送端发送EOT束或再次请求重传;检查所有已收到的数据包的序列号后发送REQ束;上述过程一直重复,直至完成解码,文件分片接收成功。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于空间DTN网络的高效可靠传输方法,其特征是所述方法包括如下步骤:第1)步:在DTN网络中,发送端通过编码应用程序接口读入文件,按照当前网络的设置将文件切割为多个文件分片,再将每个分片分割为多个信息包,在DTN网络应用层利用纠删码对这些信息包进行编码,产生待传输的数据包,数据包头部包括该包的序列号、编码种类以及编码率等信息;第2)步:纠删码编码后的数据包按序送往BP协议层,在BP层进行封装,添加包头,生成数据束,接着送入信道传输,并在所有数据束之后,发送一个FIN束,告知接收端本次发送结束;第3)步:在接收端进行数据包的接收、解封、解码等操作;从接收端接收到第一个数据包开始,启动FIN计时器,之后每收到一个数据包,该计时器被重置并重新计时,若计时器时间耗尽或接收端接收到FIN束,则接收端认为本次传输结束,应用层开始统计接收到数据包的个数;第4)步:接收端接收到的数据被解封并送往应用层,应用层统计接收到数据包的个数,根据纠删码原理,只要收到足够的数据包,就可恢复原文件分片;若收到足够的数据包可以完成解码,则发送EOT束,告知发送端文件分片接收成功,若还有后续分片,可以开始后续数据传输;若收到包的个数不足,则接收端检查所有已接收到的数据包的头部,数据包头部的两个比特记录了该数据包的序列号,从而得知哪些数据包未收到;未收到的数据包的序列号被记录在REQ束中,将REQ...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵康僆侯冬旭李文峰
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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