[发明专利]一种面向深空通信的跨层联合文件传输方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于深空通信领域，尤其涉及一种图像数据传输方法。

背景技术

深空通信具有距离远、延时大、链路具有间歇性等特点，这使得深空通信的可靠性与有效性之间的矛盾关系更为凸显。对于这一问题，传统的应对方式有增加接收/发射天线尺寸、提高载波频率、增加发射功率、控制接收系统的噪声水平等，但基于物理量增益的方式终究难以为继。高效的信道编码与合理的传输机制在深空通信过程中起着重要的作用。

在信道编码中，现有的高性能编码技术如Turbo码、LDPC码等在中等信噪比条件下表现良好，但在低信噪比条件下仍不尽如人意，而且这一类固定速率码通常难以适应具有复杂时变特性的动态信道。无速率编码技术具有前向递增冗余特性，因而可以无需反馈即可自动适应于信道变化，成为动态信道条件下充分利用信道传输能力的理想手段。IRA码及基于其的研究是无速率码研究领域一类很有意义的工作，但理论上未证明其能否近容量限传输，极低信噪比条件下，此类码得性能表现不足。Luby提出的LT码、以及Shokrollahi在其基础上提出的Raptor码是第一类实用的逼近容量传输的无速率编码。但这类码本质上是针对删除信道(如BEC信道)，所以应用环节多为下层具有检错机制的分组交换信道，如传输层。如图3所示，不足之处是由于需要下层检错机制的配合，致使结构冗余，实现较复杂。如何寻找一种高效的信道编码技术成为深空通信中一个重要的议题。

在地面传输机制中，采用TCP/IP协议，但是其在深空中还是有一定的限制。由于地面通信距离较小，所以反馈延时和误码率所带来的影响并不大。但是在深空信道延时极大的情况下是不能考虑的。为了适应深空通信的特点，CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)针对TCP/IP协议的不足之处进行了改进，S CP S(Space Communication Protocol Specification，SCPS)协议以及后来的CFDP(CCSDS File Delivery Protocol，CFDP)协议被相继提出。这两种协议均使得深空信道的通信制约得到很好地改善，但是SCPS并没有随通信带宽的增大作出相应改变，并且存在严重的安全问题。CFDP协议并没有彻底改进TCP/IP协议中先建立连接后进行数据传输、转发等传输机制，依旧以端到端的重传机制作为基础，不能很好地应对深空通信中巨大延时这一困难，因此在深空环境中，这两种协议的应用也具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向深空通信的跨层联合文件传输方法及系统，旨在解决上述的技术问题。

本发明是这样实现的，一种面向深空通信的跨层联合文件传输方法，在跨层联合文件传输方法中包括两个模型，分别是跨层联合优化模型和跨层联合传输模型；所述跨层联合文件传输方法包括以下步骤：

A、预设或根据上次反馈信息获取当前深空信道的状态；

B、利用优化函数对应用层的CS(压缩感知)压缩、传输层的CS纠删以及数据链路/物理层的Spinal编码进行联合优化，其函数表达式：N_spinal＝N_CB·n_Spinal，其中，n_Spinal表示Spinal各编码块发送符号数，N_CB表示M+M_o个CS压缩值对应的Spinal编码块数量，其中M为满足解码质量要求的压缩值个数，M_o为纠删冗余个数；

C、对优化函数进行优化求解得到优化结果；

D、发送端根据优化结果对对应图像数据进行编码发送；

E、接收端根据收到的Spinal符号顺序译码，并对各编码块进行CRC校验，译码的过程中对译码成功比例进行在线学习，同时记录译码出错的编码块序号；

F、接收端判断正确接收到的CS压缩值个数是否满足解压质量要求；若满足，交给集束保管，用于下一跳传递或应用层实施图像解压缩；若不是，则通过LTP反馈NAK给发送端；

G、发送端收到NAK后，暂停发送图像数据，针对译码出错的编码块追加发送足够数量的Spinal符号，同时根据译码成功概率信息，判断当前信道状态，调整自此之后的发送策略；

H、接收端收到发送端追加的Spinal符号后，与之前收到的n_Spinal个符号一起实现对原译码出错编码块的译码。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中将深空信道的状态建模为Markov过程。