[发明专利]一种适用于空间通信系统的容失文件传输控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于长距离空间通信系统的文件传输协议技术，尤 其是一种容失文件传输控制方法。

背景技术

深空通信与地面通信差异很大，深空通信典型特点是：长变时延、 链路易中断、上下行链路非对称、信噪比极低。星际互联网络(IPN： InterPlaNetary Internet)中的星际主干链路(如火星到地球的深空链路) 上，这些特点尤为明显。TCP(Transmission control protocol)协议以 Internet为背景设计，以可忽略的时延、上下行链路带宽对称、链路持 续有效和低误码率为特点，TCP协议在时延带宽积较大的网络中(如 IPN)性能很差、无法正常工作。

空间数据传输系统的国际标准组织CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)提出了能够支持空间和地面网络的 文件传输协议(CFDP：CCSDS File Delivery Protocol)，其主要目标是解 决各种协议在空间链路环境应用的各种传输问题，保证数据在长延时、 多跳环境中的可靠传输。CFDP协议具有如下特点：在单工、半双工 和双工链路都能有效工作；在多个地球站之间切换时，以及链路时断 时需时仍能正常工作；上下行链路带宽非对称情况下能有效使用；链 路信息量最小化、通过缓存共享技术对星上存储器资源占用最小化； 在多跳链路上正常工作、自动的存储-传输操作和端到端的特性等。

Baek和Gao等就延迟否定确认型和立即否定确认型CFDP协议进 行了性能仿真，但对CFDP协议的其它两种类型：提示否定确认型和 异步否定确认型没有分析，CCSDS对这两种模式也未做详细规定，未 进行协议性能比较。在火星-地球和月球-地球场景下，本文对后两种 确认模式的CFDP协议性能进行了仿真，对CFDP与TCP协议进行了 仿真比较。本文提出了一种容失协议，在时延较长、误码率较高的链 路上进行单向传输，不需要反馈确认信息并保证传输的可靠性。

以Internet为背景的TCP协议假定传输时延可以忽略，而且链路误 码很小、上下行链路带宽对称。TCP协议要求发送双方先进行协商建 立TCP连接，经过三次握手之后才开始传输数据。TCP协议采用自 动重传过程来保证所传信息按照顺序传输，因此任意一段数据的丢失 都意味着之后所有的数据都要重新发送，这在传输延时很大、误码率 较高的深空环境中大大降低文件传输效率。发送与接收信息速率的不 对称会影响了TCP协议的吞吐量。TCP协议处理数据丢失和网络拥 塞的策略决定其吞吐量随着往返延迟、信息丢失概率的增加而降低。 由于TCP协议是基于端到端重传的协议，只有信息正确到达接收端 后，发送端才能释放用于重传的通信资源，因此当传输不可靠而导致 重传后，资源占用的时间会进一步延长，这种要求对存储容量、处理 能力有限的航天器极为不合理。

在不同的仿真背景下，TCP协议文件传输时延随传输速率R变化 有差异：月球-地球通信中，由于单向传播时延较短，为秒量级，传输 速率的提高有利于缩短PDU在发送端和接收端的处理和传输时延，因 而文件的传输时延减少。而在火星-地球通信中，传播延时巨大，传输 速率的提高对缩短文件传输时延贡献很小。

在深空通信中，距离过长是造成文件传输时延大的主要原因，而 信噪比低、丢包率大也对时延、吞吐量产生影响。TCP协议提出的背 景与深空通信的特点差别巨大，因而其不适合应用于深空通信中来。 随着深空通信距离的增加，TCP协议的性能会恶化，直至无法正常工 作。

根据CFDP协议各个模式的特点，将这四种可靠传输方式分为两 类：第一类只包括延迟否定确认(DNM：Deferred NAK Model)CFDP； 第二类包括立即否定确认(INM：Immediate NAK Model)CFDP、提示否 定确认(PNM：Prompted NAK Model)CFDP和异步否定确认(ANM： Asynchronous NAK Model)CFDP。