一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法技术

本发明专利技术提供一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法。首先对卫星节点的编码缓存队列进行建模，根据不同时间敏感业务对时延的要求计算出可容忍时延，然后提出一种面向业务的流间网络编码策略，当需要等待其他数据流进行编码时根据业务对时延的要求决定是否等待，自动判断能否对该业务寻求网络编码的机会。同时，考虑到空间信息网的链路时延较大，为了减少重传次数，将流内网络编码也应用于数据传输中，与流间网络编码相结合，进一步提升传输效率以及提高网络的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法
本专利技术涉及空间信息网数据传输领域，具体涉及一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法。
技术介绍
空间信息网是以空天平台为载体，实时获取、传输和处理空天信息的网络系统。该系统通过将不同轨道卫星、承担不同种类业务的卫星、卫星之外的其余各种空间通信设备与地面通信网络相联系，从而完成不同的业务。空间信息网与地面网络对比下有下列特点：网络的拓扑结构复杂、链路误码率高以及空间资源有限的特点。2000年网络编码概念的提出，主要是用于提升网络的吞吐量，将其应用于空间信息网中不仅可以提高网络的吞吐量，而且由于减少了数据传输的次数，从而减少了传输时延，进一步提升了网络的有效性。此外，网络编码采用存储、携带(编码)、转发的工作机制，接收节点可以根据不同的失效情况及对数据的需求，进行不同的解码即可，有效地避免重传，适合空天通信链路高误码、断续连通的特点，可提高空间信息网的可靠性；并且，利用网络编码进行数据传输时由于将不同数据流编码在一起，对于其中一条数据流而言相当于进行了加密，网络中的窃听节点无法窃听到原始的数据，将网络编码与防窃听方案相结合，可以提高空间信息网的安全性。因此采用网络编码提高空天信息传输的安全性与可靠性、有效性不存在矛盾，且可实现多个指标的共同提升。多样化的业务里，时间敏感业务(简称时敏业务)所代表的新服务正在兴起。针对时间敏感的流量，YangH首先提出了时间敏感的空间信息网络的技术架构。在此基础上，分析了服务，网络，资源三个方面的关键技术(YangH,BaiW,ZhangJ.ResearchonKeyTechnologiesofTimeSensitiveSpaceInformationNetwork[J].RadioCommunicationsTechnology,2017,43(3):08-12.)。最后，总结了时间敏感空间信息网络技术及未来发展前景。目前大部分基于网络编码的数据传输方案仅仅考虑如何提升网络可靠性和吞吐量，虽然有效地保障业务的可靠性但增加业务时延。并且现有的业务模型主要在延时需求和带宽需求两方面对网络服务提出要求。因此设计一种能提升网络性能同时，降低业务时延等的数据传输算法来满足多样化业务的需求是如今研究趋势。
技术实现思路
针对现有技术的不足，设计一种大时空尺度约束下、高动态断续条件下空间信息的传输方法，本专利技术提出一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法，包括：步骤1：发送数据包时，源节点首先将时敏业务所需要发送的数据分为消息向量，然后将每个消息向量分为线性无关的数据包；步骤2：根据不同时敏业务对时延的要求计算出在节点的可容忍时延T′wait；式中，T为时敏业务在节点的可容忍的时延，Tlink为链路时延，d为两通信节点之间的距离，signal_speed为信号的传播速率；步骤3：根据编码缓存队列中的数据分组的长度计算出每个数据分组在节点的等待时延Twait；步骤4：判断时敏业务在源节点的可容忍时延T′wait是否大于在源节点的等待时延Twait，如果T′wait>Twait，则源节点利用流内网络编码策略将数据包进行网络编码，否则直接转发数据包到下一跳节点，直到收到下一跳节点收到这些数据包的确认信息后继续发送下一段数据；所述流内网络编码策略利用中间节点将所有数据包进行随机线性组合，组合时所使用的编码系数随机选取；步骤5：当中间节点收到来自上一跳节点的数据包后，如果缓存队列数据包来源于不同用户则该节点为流间编码节点，否则不是流间编码节点，如果该节点是流间编码节点，则利用流间网络编码策略进行编码转发，如果该节点不是流间编码节点，则利用流内网络编码策略进行数据传输；步骤6：对于所有的中间节点，重复执行步骤5直到转发到目的节点，当目的节点收到所有线性无关的数据包后向上一跳节点发送ACK确认信息，然后对数据包进行解码，解码时通过高斯消元求解线性方程组即可解码出原始数据包，并准备接收下一段编码包，直到接收完并解码出所有的数据段。所述步骤3具体表述为：步骤3.1：根据每个编码节点的链路条数h将所述编码节点等价为h个独立缓存队列，根据马尔科夫过程，计算所有独立缓存队列中的数据分组数H(L)；式中，πi,j表示第i个独立缓存队列中第j个数据包的稳态概率，L表示每个独立缓存队列的长度；步骤3.2：利用公式(3)计算出所有数据分组在节点的等待时延Twait：Twait＝H(L)t(3)式中，t表示每个编码节点中所有数据包从进入缓存队列到成功发送出去所用时间。所述步骤5中的流间编码策略，具体表述为：步骤5.1：接收到数据包后，中间节点根据数据包属不属于同个用户来判断是否为流间编码包，如果属于不同用户，则是流间编码包，进入步骤5.2；否则，进入步骤5.3；步骤5.2：判断该数据包是否是已经编码的数据包，如果能进行解码则解码出需要的原始流内编码包，进入步骤5.3，若不能解码直接丢弃该数据包；步骤5.3：判断该节点缓存队列的数据包是否来源于不同用户，如果是则该节点是流间编码节点，进入步骤5.4，如果不是进行流内编码，进入步骤5.6；步骤5.4：判断该节点缓存队列中是否有其他数据流的数据包到达，如果有则进行编码后进入步骤5.6，如果没有则进入步骤5.5；步骤5.5：将数据包放入缓存队列中，并根据不同时敏业务对时延的要求计算出在中间节点可容忍时延T′wait，然后根据编码缓存队列中的数据分组的长度计算出每个数据分组在中间节点的时机等待时延Twait，如果T′wait>Twait，则在缓存队列中等待其他数据流的到来进行网络编码；如果T′wait小于或等于Twait，进入步骤5.6；步骤5.6：直接将数据包转发到下一跳节点。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法，首先对卫星节点的编码缓存队列进行建模，然后提出一种面向业务的流间网络编码策略，当需要等待其他数据流进行编码时根据业务对时延的要求决定是否等待，考虑到空间信息网的链路时延较大，为了减少重传次数，将流内网络编码也应用于数据传输中，与流间网络编码相结合，进一步提升传输效率以及提高网络的可靠性。附图说明图1为本专利技术中的面向时敏业务的空间信息网数据传输方法流程图；图2为本专利技术中的编码缓存队列模型图，其中(a)为实际缓存队列，(b)为等价后的缓存队列；图3为本专利技术中的流间网络编码策略流程图；图4为本专利技术中的流内网络编码的数据传输示意图；图5为本专利技术中的仿真编码结构图；图6为本专利技术方法与传统COPE传输算法平均端到端时延比较图；图7为本专利技术方法与传统COPE传输算法编码率比较图；图8为本专利技术方法与传统COPE传输算法平均端到端吞吐量比较图；图9为本专利技术方法与传统COPE传输算法丢包率比较图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法，其特征在于，包括：/n步骤1：发送数据包时，源节点首先将时敏业务所需要发送的数据分为消息向量，然后将每个消息向量分为线性无关的数据包；/n步骤2：根据不同时敏业务对时延的要求计算出在节点的可容忍时延T′

【技术特征摘要】
1.一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法，其特征在于，包括：
步骤1：发送数据包时，源节点首先将时敏业务所需要发送的数据分为消息向量，然后将每个消息向量分为线性无关的数据包；
步骤2：根据不同时敏业务对时延的要求计算出在节点的可容忍时延T′wait；



式中，T为时敏业务可容忍的时延，Tlink为链路时延，d为两通信节点之间的距离，signal_speed为信号的传播速率；
步骤3：根据编码缓存队列中的数据分组的长度计算出每个数据分组在节点的等待时延Twait；
步骤4：判断时敏业务在源节点的可容忍时延T′wait是否大于在源节点的等待时延Twait，如果T′wait>Twait，则源节点利用流内网络编码策略将数据包进行网络编码，否则直接转发数据包到下一跳节点，直到收到下一跳节点收到这些数据包的确认信息后继续发送下一段数据；所述流内网络编码策略利用中间节点将所有数据包进行随机线性组合，组合时所使用的编码系数随机选取；
步骤5：当中间节点收到来自上一跳节点的数据包后，如果缓存队列数据包来源于不同用户则该节点为流间编码节点，否则不是流间编码节点，如果该节点是流间编码节点，则利用流间网络编码策略进行编码转发，如果该节点不是流间编码节点，则利用流内网络编码策略进行数据传输；
步骤6：对于所有的中间节点，重复执行步骤5直到转发到目的节点，当目的节点收到所有线性无关的数据包后向上一跳节点发送ACK确认信息，然后对数据包进行解码，解码时通过高斯消元求解线性方程组即可解码出原始数据包，并准备接收下一段编码包，直到接收完并解码出所有的数据段。


2.根据权利要求1所述的一种面向时敏业务的空间信息网数据传输方法，其特征在于，所述步骤3具体表述为：
步骤3.1：根据每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟瀚波，董晓，付生源，刘军，孙政国，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21