融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法及装置，方法包括：根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成卫星网络的分域架构；基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在卫星网络中传输的最优多路径；采用针对分域架构的传输控制机制，控制目标数据以最优多路径在分域架构中进行网络编码传输。本申请能够改善网络拓扑高动态性带来的网络管理复杂性，提高网络控制的灵活性及网络的可扩展性，能够高效、完整地实现分域架构下的信息交互，提高融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输的可靠性、效率及完整性，大幅降低卫星网络中数据传输的开销。网络中数据传输的开销。网络中数据传输的开销。

【技术实现步骤摘要】
融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法及装置


[0001]本申请涉及卫星网络
，尤其涉及融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法及装置。

技术介绍

[0002]低轨卫星的巨大规模和高动态性对网络灵活性和可扩展性提出了挑战。因此，引入分域卫星网络结构是进一步提高卫星网络能力的有效途径。卫星节点可以划分为多个域来协同支持服务，这需要可靠的域内连接。同时，融合多路径与网络编码NC能够改善网络性能。但是多路径机制在网络中的管理和控制非常复杂，对资源分配和业务切换有更高的要求。
[0003]目前，多路径传输协议应用在低轨卫星网络中至少存在以下挑战：1)低轨卫星网络中卫星节点是分布式的，卫星星座规模的扩张，如果仍然采用分布式的控制，不可避免地会在数据传输和编码中引入大量的额外开销，消耗星上宝贵的计算和存储资源；2)如果只有单纯的星间通信，信息交互时间过长，业务服务质量和用户体验差，当前多路径协议采用粗粒度控制的效果无法满足日益增长的对网络性能的高要求。另外，现有的路由工作主要集中在多路径路由传输的具体包格式、路径管理模块上。虽然这些路由解决方案考虑了卫星网络的时变拓扑结构的特殊性，但这些方案主要关注如何减少端到端延迟，他们忽略了低轨卫星网络复杂环境造成的链路不稳定和高速运动造成的网络不确定性，也没有结合链路和业务特点，考虑采用什么样的路径集去进行传输。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请实施例提供了融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0005]本申请的一个方面提供了一种融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，包括：
[0006]根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成所述卫星网络的分域架构；
[0007]基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径；
[0008]采用传输层与网络层结合的思路，针对所述分域架构的传输控制机制，控制所述目标数据以所述最优多路径在所述分域架构中进行网络编码传输。
[0009]在本申请的一些实施例中，在所述根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成所述卫星网络的分域架构之前，还包括：
[0010]构建集中分级式融合控制模型；
[0011]其中，所述集中分级式融合控制模型包括：主控制器、域控制器和卫星节点；
[0012]所述主控制器分别与各个所述域控制器之间通信连接，各个所述域控制器各自分
布在不同的域中，且每个域中均包含有多个卫星节点，同一个域中的各个卫星节点均与该域中的所述域控制器之间通信连接。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述卫星节点中的用于自所述卫星网络之外接收目标数据的源节点所在的域为S域，所述卫星节点中的所述目标数据的目的节点所在的域为D域，除S域和D域外的其他域均为中间域；
[0014]两个相邻的卫星节点之间的ISL类型包括：平面内ISL、平面间ISL和交叉接缝ISL；
[0015]每个域中均包含有边界节点；所述S域中的源节点和各个域的边界节点执行网络编码操作，各个域的边界节点和所述D域的目的节点执行网络解码操作。
[0016]在本申请的一些实施例中，在所述基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径之前，还包括：
[0017]将所述分域架构下的多路径选择和网络编码问题构造为多项式约束下的优化问题，并将所述卫星网络的多路径建模为斯坦纳Steiner树问题，构建得到以所述卫星网络数据传输成本最小化为目标的目标函数；
[0018]构建所述目标函数对应的多项式约束条件，以形成所述多路径选择算法。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述多项式约束条件包括：流量守恒约束、Steiner树约束、各条路径均连接到Steiner树的约束、Steiner树无环约束和状态编码约束。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径，包括：
[0021]根据所述目标数据的源节点和目的节点，基于贝尔曼
‑
福特算法及所述多项式约束条件求解所述目标函数，得到对应的最短路径解，以基于该最短路径解确定针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径。
[0022]在本申请的一些实施例中，所述针对所述分域架构的传输控制机制，包括：
[0023]所述源节点所在S域的域控制器接收目标数据的数据包，获取数据包的信息参数，并将所述信息参数发送给主控制器；
[0024]所述主控制器获取目的节点所在的D域，并基于从S域到D域的所述最优多路径将与域相关的边界信息发送给相应的域控制器；
[0025]所述域控制器根据已知的边界节点，选择从该域控制器所在域入口的边界节点到域中进行编码和/或解码的节点的最佳多路径集，并执行对应的解码和重新编码操作；
[0026]所述目的节点在数据包被发送到本地后，解码所述数据包并恢复所述目标数据；
[0027]若所述目的节点重建所述目标数据，则所述目的节点将对应的传输完成信息发送至D域中的域控制器，以使该域控制器将该传输完成信息转发给所述主控制器，所述主控制器将该传输完成信息广播给所有域控制器。
[0028]本申请的另一个方面提供了一种融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输装置，包括：
[0029]网络分域模块，用于根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成所述卫星网络的分域架构；
[0030]多路径选择模块，用于基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径；
[0031]传输控制模块，用于采用针对所述分域架构的传输控制机制，控制所述目标数据
以所述最优多路径在所述分域架构中进行网络编码传输。
[0032]本申请的另一个方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法。
[0033]本申请的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法。
[0034]本申请提供的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成所述卫星网络的分域架构；基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径；采用针对所述分域架构的传输控制机制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，其特征在于，包括：根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成所述卫星网络的分域架构；基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径；采用针对所述分域架构的传输控制机制，控制所述目标数据以所述最优多路径在所述分域架构中进行网络编码传输。2.根据权利要求1所述的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，其特征在于，在所述根据集中分级式融合控制模型对融合多路径和网络编码的卫星网络进行分域处理，以形成所述卫星网络的分域架构之前，还包括：构建集中分级式融合控制模型；其中，所述集中分级式融合控制模型包括：主控制器、域控制器和卫星节点；所述主控制器分别与各个所述域控制器之间通信连接，各个所述域控制器各自分布在不同的域中，且每个域中均包含有多个卫星节点，同一个域中的各个卫星节点均与该域中的所述域控制器之间通信连接。3.根据权利要求2所述的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，其特征在于，所述卫星节点中的用于自所述卫星网络之外接收目标数据的源节点所在的域为S域，所述卫星节点中的所述目标数据的目的节点所在的域为D域，除S域和D域外的其他域均为中间域；两个相邻的卫星节点之间的ISL类型包括：平面内ISL、平面间ISL和交叉接缝ISL；每个域中均包含有边界节点；所述S域中的源节点和各个域的边界节点执行网络编码操作，各个域的边界节点和所述D域的目的节点执行网络解码操作。4.根据权利要求2所述的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，其特征在于，在所述基于以卫星网络的数据传输成本最小化为目标的多路径选择算法，生成针对目标数据在所述卫星网络中传输的最优多路径之前，还包括：将所述分域架构下的多路径选择和网络编码问题构造为多项式约束下的优化问题，并将所述卫星网络的多路径建模为斯坦纳Steiner树问题，构建得到以所述卫星网络数据传输成本最小化为目标的目标函数；构建所述目标函数对应的多项式约束条件，以形成所述多路径选择算法。5.根据权利要求4所述的融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法，其特征在于，所述多项式约束条件包括：流量守恒约束、Steiner树约束、各条路径均连接到Steiner树的约束、Steiner树无环约束和状态编码...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江，欧阳曼，王冰清，张然，黄韬，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：