一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，包括一个发送卫星和K个接收卫星，其中，K＞1，每个接收卫星接收到发送卫星的编码数据包后根据竞争反馈机制向发送卫星反馈解码出的数据包状态，发送卫星根据数据包状态调整滑动窗口的滑动步数选取下一组编码数据包发送至接收卫星。利用这个方式发送数据包，可以有效地减少重传次数，减少反馈次数，提高网络吞吐量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星数据传输
，适用于卫星编队中卫星之间的数据传输，具体涉及一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法。
技术介绍
在卫星编队网络中，由于频谱资源的局限和卫星之间的信道衰落，因此，如何提高频谱利用率、克服无线信道衰落，从而提升卫星编队的数据传输能力便成为卫星编队网络急需解决的问题。在传统卫星编队数据传输中，针对接收卫星没有收到某些数据包的情况下，发送卫星一般选择不使用网络的编码的重传和使用网络编码的重传方法。在不使用网络编码的重传方法中，发送卫星会一直重传某个数据包，直到所有的接收卫星都能够正确地接收到这个数据包，才开始下一个数据包的传输，这样的传输方法使传输效率十分低下，如果有某个卫星的信道质量很差，则会对整个通信网络的质量产生严重的影响。此外，在采用随机线性网络编码的方法时，当传输结束以后，可能会存在如果接收不到足够的编码包，就无法解出数据包的情况。因此还需要进行更多数据传输过程，这样也会导致传输效率不高。另一方面，在数据传输过程中，反馈对系统也十分重要，如果采用全反馈。随着系统的规模增大，反馈的规模也会增大，这样也会对系统中数据的传输造成影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法。利用网络编码对原始数据包进行编码发送，使得接收卫星接收到部分编码包也可以解码出一些原始数据包，并通过竞争反馈机制减少反馈复杂度，自适应滑动窗口来提高卫星编队的数据传输吞吐量。本专利技术采用以下技术方案：一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，包括一个发送卫星和K个接收卫星，其中，K＞1，每个所述接收卫星接收到发送卫星的编码数据包后根据竞争反馈机制向发送卫星反馈解码出的数据包状态，发送卫星根据所述数据包状态调整滑动窗口的滑动步数选取下一组编码数据包发送至接收卫星。优选的，所述编码数据包采用下三角随机线性网络编码。优选的，接收卫星解码所述编码数据包后放入1行和L列的网络矩阵中，得到接收卫星解出的原始数据包数目。优选的，所述竞争反馈机制以获得最小Timek的接收卫星赢得竞争反馈机制，进行反馈，Timek具体为：其中，k为接收卫星，C为系统的延迟控制参数，决定系统的延迟时间，为原始数据包数目，δk是一个随机的干扰，避免有相同的的接收节点互相干扰。优选的，所述反馈信息为即时无误信息。优选的，赢得所述竞争反馈机制进行反馈的数据包状态即为原始数据包数目具体为：其中，n为滑动窗口第n次滑动，为1行和L列的网络矩阵，b为赢得竞争反馈的接收卫星。优选的，所述反馈的数据包状态为解码出最少数据包的原始数据包数目，滑动窗口根据解码出最少数据包的原始数据包数目滑动选取可以解码最多的原始数据包数目。优选的，所述滑动窗口根据对原始数据包进行滑动选择，其中，为最优滑动事件，s*为滑动的具体值，L为滑动窗口选取的原始数据包个数，为网络矩阵下解码出的原始数据包个数，αi+s为滑动s个数据包长度的第i个原始数据包。优选的，每个所述编码数据包分别占用一个时隙进行广播，每个所述时隙的长度一致。优选的，所述方法包括以下步骤：S1：发送节点从M个原始数据包中选取滑动窗口里的L个原始数据包，进行下三角随机线性网络编码，得到L个编码包，L个原始数据包为从编号i到编号i+L-1的数据包，用表示，其中n代表这是第n次滑动；S2：发送节点将步骤S1中的L个编码包广播给K个接收节点，接收节点解码后，得到一个有1行和L列的网络矩阵得到接收节点解出的原始数据包数目S3：每一轮编码包发送完毕以后，K个接收节点通过竞争反馈机制向发送节点发送自己的反馈，解码出原始数据包最少的节点通过发聩信息(ACK/NACK)报告给发送节点，竞争反馈机制遵循获得最小的Timek的接收节点赢得竞争反馈机制，进行反馈；S4：发送卫星接收步骤S3发送的反馈信息，发送节点处的滑动窗口发生滑动,滑动了多少个数据包遵循赢得所述竞争反馈机制进行反馈的数据包状态即为原始数据包数目S5：当步骤S4中滑动窗口根据反馈发生相应的移动，如果i＞M，即L个数据传输完毕，否则滑动窗口继续滑动重复以上步骤。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：网络中的信道存在不可靠性，但是这种不可靠性只对发送卫星传输给接收卫星的编码包有影响，而对接收卫星对发送卫星的反馈信息没有影响。本专利技术采用竞争反馈机制，通过滑动窗口选取编码数据包的传输机制，减少了重传已经成功传输的数据包的次数，提高网络吞吐量并减少反馈次数，自适应滑动窗口避免对已经成功发送的数据报重复编码，减少了冗余。反馈采取竞争反馈机制避免随着接收卫星数目上升，复杂度也随之上升的问题。编码数据包采用下三角随机线性网络编码，一定条件下保证了即使接收到部分编码包也可以解码出一定的数据包，采用分时隙广播能够有效避免数据包传输的互相干扰，反馈的信息是即时且无误的，有效提升了传输性能，传输步骤简单，有效提高系统通信效率。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】图1为本专利技术的系统模型图；图2为本专利技术滑动窗口的滑动示意图；图3为本专利技术滑动窗口不同次数滑动传输阶段的传输数据包示意图；图4为本专利技术滑动窗口滑动后编码包的变化示意图。【具体实施方式】本专利技术所述的重传方法采用的是基于随机线性组合的方法，其中给要组合的数据包随机的分配一个系数，这样可以使这些系数都是不相等的，因此根据线性代数理论，所有的这些编码包的系数形成的矩阵是满秩的，因此可以解出全部的丢失的数据包。本专利技术一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，在卫星编队中，有一个发送卫星和K个接收卫星，其中，K＞1，每个接收卫星接收到发送卫星采用下三角随机线性网络编码的编码数据包后，根据竞争反馈机制向发送卫星反馈解码出的数据包状态，发送卫星根据所述数据包状态调整滑动窗口的滑动步数选取下一组编码数据包发送至接收卫星。其中，反馈信息优选即时且无误的信息，反馈的数据包状态为解码出最少数据包的原始数据包数目，滑动窗口根据解码出最少数据包的原始数据包数目滑动选取可以解码最多的原始数据包数目，每个编码数据包分别占用一个时隙进行广播，每个时隙的长度一致。在数据发送过程中，发送卫星设置数据发送缓存滑动窗口，当数据包发送时，先将这些处于滑动窗口里的原始数据包按照下三角网络编码模式编码后得到编码包进行发送。由于无线信道的不可靠性，有些接收卫星将不会接收到足够的编码包来解码出原始数据包。为了使所有的接收节点都能解码出相应的数据包，就需要发送卫星重传编码包。在这个重传过程中，发送卫星根据最差接收卫星的接收状态反馈以及滑动窗口的位置，仍旧采用下三角网络编码模式编码出相应的数据包，发送出去。然后继续根据最差性能接收卫星的状态反馈，滑动窗口会进行相应的移动，对窗口中的原始数据包进行编码再传输。请参阅图1所示，图1是本专利技术的系统模型，其中S是发送节点(发送卫星)，R1,R2,...,RK是K个接收节点(接收卫星)。发送节点S要发送M个数据包α1,α2,...αM，然后K个接收节点都能够接收到。由于信道的不可靠性，发送的数据可能会有丢失。具体步骤如下：(1)在多播网络中只有一个发送节点，有K个(K＞1)个接收节点。发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，包括一个发送卫星和K个接收卫星，其中，K＞1，每个所述接收卫星接收到发送卫星的编码数据包后根据竞争反馈机制向发送卫星反馈解码出的数据包状态，发送卫星根据所述数据包状态调整滑动窗口的滑动步数选取下一组编码数据包发送至接收卫星。

【技术特征摘要】
1.一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，包括一个发送卫星和K个接收卫星，其中，K＞1，每个所述接收卫星接收到发送卫星的编码数据包后根据竞争反馈机制向发送卫星反馈解码出的数据包状态，发送卫星根据所述数据包状态调整滑动窗口的滑动步数选取下一组编码数据包发送至接收卫星。2.根据权利要求1所述的一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，所述编码数据包采用下三角随机线性网络编码。3.根据权利要求2所述的一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，接收卫星解码所述编码数据包后放入1行和L列的网络矩阵中，得到接收卫星解出的原始数据包数目。4.根据权利要求1所述的一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，所述竞争反馈机制以获得最小Timek的接收卫星赢得竞争反馈机制，进行反馈，Timek具体为：Timek=C·r(skn)+δk,]]>其中，k为接收卫星，C为系统的延迟控制参数，决定系统的延迟时间，为原始数据包数目，δk是一个随机的干扰，避免有相同的的接收节点互相干扰。5.根据权利要求4所述的一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，所述反馈信息为即时无误信息。6.根据权利要求1所述的一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队数据传输方法，其特征在于，赢得所述竞争反馈机制进行反馈的数据包状态即为原始数据包数目具体为：r(sbn)=min(r(s1n),r(s2n),...,r(skn),...,r(sKn)),]]>其中，n为滑动窗口第n次滑动，为1行和L列的网络矩阵，b为赢得竞争反馈的接收卫星。7.根据权利要求6所述的一种基于网络编码的高吞吐量卫星编队...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建平，张若南，李彬，毕思颖，罗建军，王姣，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61