[发明专利]一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法

权利要求书

1.一种基于时分多址接入空间动态网络的可靠数据传输方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，构建一个基于时分多址接入空间动态网络的数据传输环境：数据传输环境中有两类节点，一类是管理节点，一类是数据传输节点，管理节点通过管理控制链路和各数据传输节点相连，各数据传输节点之间通过数据传输链路相连，各数据传输节点的地位平等，数据传输链路每时隙最大传输帧数为M；数据传输环境有1个管理节点，N个数据传输节点，N为正整数且N≥2；两类节点均是带有计算机的时分多址接入空间动态网络节点，管理节点中的计算机上安装有链路规划软件，各数据传输节点中的计算机上安装有数据传输软件；链路规划软件为每个数据传输节点生成一张建链规划表和一张路由表，每张建链规划表和每张路由表不相同，用以确定数据传输节点的建链目标节点和数据传输路径，数据传输软件完成数据发送和数据接收工作；

数据传输节点上均设置有发送数据缓冲区、接收数据缓冲区、重传数据缓冲区和数据准备缓冲区；发送数据缓冲区按照发送时隙顺序存贮需要发送的数据帧；接收数据缓冲区按照接收目标节点分类，每一个节点缓冲区有四个数据域，ACK，ACK_Num，Sequence_Num，接收数据帧；重传数据缓冲区只在数据需要应答时才使用，存贮已经发送但还未得到有效应答的发送数据帧信息，按照发送目标节点分类，每一个重传数据缓冲区有三个数据域，发送时刻，发送帧序列号，发送数据帧；数据准备缓冲区按照重传数据、转发数据、本节点发送数据分为3个分区；所有缓冲区在初始状态均为空；

第二步，针对时分多址接入空间动态网络的特点，设计针对该网络的传输数据帧，每个传输数据帧由12个域组成，分别为：

1)SCID：节点标识，传输节点在数据传输环境中的唯一编号；

2)VCF COUNT：虚拟信道计数，为每个虚拟信道上产生的传送帧按顺序编号；

3)Dest Addr：目的地址8位；

4)HOP：传播跳数，规定数据转发的最大次数；

5)用户数据：用户自已定义的数据，是星间传输数据帧的内容；

6)Sequence_Num：发送序列号；

7)ACK_Num：确认序列号；

8)PRI数据优先级；0-15之间的数，15优先级最高；

9)PSH：发送序号有效标志1位，发送序号有效标志为“1”时，表示接收方应该尽快将这一数据帧提交应用层处理，发送序号有效标志为“0”时，表示该数据为空帧数据或无效数据，接收方可抛弃；

10)ACK：确认序号有效标志1位：为“1”时表示该数据帧的确认序列号字段ACK_Num有效，否则无效；初始状态为0；

11)TP-ID：传输协议类别，0011表示不需要应答；0100表示需要应答；

12)CRC校验：数据传输帧的CRC校验值；

第三步：管理节点根据卫星星历确定数据传输节点之间的连接关系和数据传输路径，得到建链规划表和路由表，并将建链规划表和路由表发送至每个数据传输节点，方法是：

3.1管理节点中的计算机上运行链路规划软件，链路规划软件根据存储的卫星星历计算出各卫星之间的可见关系，确定在特定的时段内数据传输节点之间的连接关系和数据传输路径，每个数据传输节点与其它数据传输节点的连接关系采用建链规划表表示，数据传输路径采用路由表表示，管理节点为每个数据传输节点生成1个建链规划表和1个路由表，并发送到对应的数据传输节点，每个数据传输节点将接收到的与该传输节点对应的建链规划表和路由表保存；在固定时间间隔后，管理节点根据网络拓扑变化产生新的建链规划表和路由表并发送至对应的数据传输节点，建链规划表和路由表均带有起始时刻和终止时刻，每个建链规划表和路由表的有效时间段在时间上为顺序关系，没有重叠，特定时间段只有一组建链规划表和路由表生效；

建链规划表以时间序列的方式规定每个数据传输节点在特定时刻和特定数据传输节点的连接关系，此连接关系以时隙为单位，一个时隙内连接关系不变；

建链规划表有2项，分别为表头和表体：

表头由起始时刻和终止时刻两个域组成，起始时刻指所属建链规划表生效的时刻，终止时刻指所属建链规划表失效的时刻；

表体有P项，P＝(终止时刻-起始时刻)/时隙，即建链规划表有效时间长度为P个时隙；表体由3个域组成，3个域分别为时隙编号、当前时隙的连接目标结点、当前时隙的收发状态；时隙指起始时刻与终止时刻之间的时间段；表体形如：

1)时隙编号：以1为起始，顺序增加，最大值为P；

2)目标节点号：本数据传输节点在本时隙的连接数据传输节点；

3)收发状态：目标节点号所对应的目标节点在本时隙的状态，有接收和发送两个状态；

路由表规定了数据从发送节点传送到接收节点的传输路径；路由表指定了全部数据传输节点作为数据传输最终目标节点时的转发节点，按照数据传输节点的编号顺序进行排列；

3.2管理节点通过管理控制链路将建链规划表和路由表发送至每个数据传输节点；

3.3设定数据重传时限为T，T≥N×时隙；

第四步，各数据传输节点中的计算机运行数据传输软件完成数据发送和数据接收，所有数据传输节点的数据传输步骤相同，编号为ii的数据传输节点上的数据传输软件流程如下，ii＝1，2，…，N：

4.1数据传输软件读取建链规划表起始时刻、终止时刻并和本地时间比对，判断本地时间是否等于终止时刻，若等于则本次建链规划结束，转步骤4.5；若不等于则说明本次建链规划没有结束，则从建链规划表读取时隙编号，确定当前时隙，执行步骤4.2；

4.2根据步骤4.1确定的当前时隙，数据传输软件读取建链规划表的目标节点号和收发状态，确定数据传输节点ii在当前时隙下的建链对象和收发状态，如果是数据发送状态，则执行步骤4.3，如果是数据接收状态，则执行步骤4.4；

4.3数据传输软件进行数据发送：

4.3.1确定本时隙需要发送的数据帧；

4.3.2发送初始化，i＝1；

4.3.3判断i是否大于M，如果没有大于M，则进行步骤4.3.4，否则跳转至步骤4.3.13；

4.3.4数据传输软件首先对发送数据缓冲区的数据帧的帧头进行修改，遍历当前数据传输节点发送数据缓冲区，将数据帧中字段SCID值置为当前本节点的节点号；

4.3.5将数据帧的VCF COUNT加1；

4.3.6将数据帧的发送序列号Sequence_Num加1；

4.3.7填写捎带应答信息，如果上一时隙的接收数据帧不为空，则根据上一时隙收到的数据帧是否需要应答情况，从接收数据缓冲区中的ACK和ACK_Num取出值并赋予数据帧头对应的字段，将ACK置为1，同时将ACK_Num置为应答帧的Sequence_Num；

4.3.8计算用户数据的CRC校验值，置入该帧的CRC校验字段中；

4.3.9判断数据帧中的TP-ID是否为0100，即是否需要应答；如果不需要应答，则直接跳转至步骤4.3.11，如果需要应答，则执行步骤4.3.10；

4.3.10将当前时间写入重传数据缓冲区的发送时刻数据域，将发送数据帧帧头中的Sequence_Num、发送帧数据存入重传数据缓冲区的相应数据域，，然后跳转至步骤4.3.11；

4.3.11发送数据第i帧完成，执行步骤4.3.12；

4.3.12i加1，然后跳转至步骤4.3.3；

4.3.13本时隙数据发送完毕，跳转至步骤4.1；

4.4数据传输软件进行数据接收：

4.4.1接收初始化，i＝1；

4.4.2判断i是否大于M，如果没有大于M，则进行步骤4.4.3，否则跳转至步骤4.4.16；

4.4.3接收第i帧数据；

4.4.4用接收到的数据帧中的用户数据计算CRC校验，与接收数据帧中自带的CRC校验字段进行比对，若一致，则执行步骤4.4.5；若不一致，说明数据校验出错，跳转至步骤4.4.10；

4.4.5判断接收数据帧ACK值，若为1，则表示该帧捎带有应答信息，执行步骤4.4.6；若不为1，则直接跳转至4.4.7；

4.4.6在重传数据缓冲区中找到Sequence_Num与ACK_Num相等的数据帧，并删除相应缓冲区数据帧，跳转至步骤4.4.7；

4.4.7判断目的节点号Dest Addr与本传输节点号是否一致，若不一致，说明是转发数据，执行步骤4.4.8；若一致，则表示为本机处理数据，跳转至步骤4.4.11；

4.4.8判断数据帧的HOP值，若大于0，执行步骤4.4.9；若为0，跳转至步骤4.4.10；

4.4.9将该帧存入数据准备缓冲区的转发数据分区中，并且将HOP减1，并跳转至步骤4.4.15；

4.4.10丢弃数据帧，并跳转至步骤4.4.15；

4.4.11判断数据帧的PSH值，若不为1则跳转至步骤4.4.10；为1则判定该数据帧应为本节点处理，执行步骤4.4.12；

4.4.12判断接收数据帧的TP-ID值，如果不为0100，则直接跳转至步骤4.4.14；若为0100，执行步骤4.4.13，

4.4.13该帧需要应答，将对应的应答信息放入应答数组中，即ACK_Num赋值为Sequence_Num，待发送时用，执行步骤4.4.14；

4.4.14将接收的数据帧内的用户数据进行存贮；

4.4.15i加1，然后跳转至步骤4.4.2；

4.4.16数据接收完毕，跳转至步骤4.1；

4.5数据传输结束。