[发明专利]面向空间差错信道的DTN网络数据聚合传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及深空通信技术领域，尤其涉及一种面向空间差错信道的DTN网络数据聚合传输方法。

背景技术

容迟/容断网络(DTN,Delay/Disrupt-TolerantNetworking)由Fall等于2003年提出，为空间互联网的实现提供了一种可能的解决方案，目前主要公开的研究机构是DTN研究小组(DTNRG,DTNResearchGroup)。由于星际互联网包含多种不同的通信场景，其传播时延、信道状况存在差异，深空骨干网络和临近网络等局部网络所采用的底层协议也不尽相同。DTN通过在应用层和局部底层网络之间引入覆盖层——bundlelayer为不同应用提供数据传输服务，实现局部网络间互通互联，并支持在局部网络中采取各自性能最优协议。图1-2为DTN异构互连示意图。同时由于深空链路传播延迟长且不固定，依赖于协商、查询/响应等会话交互难以实现，DTN应用层将消息打包成覆盖层数据单元bundle，采用异步传输模式进行虚消息转发。为了保障数据在频繁中断网络中可靠传输，DTN采取存储-转发模式，bundle在节点中存储于永久存储设备中直到下一次传输机会到来时发送。

DTN协议体系主要包括BP协议(bundleprotocol)、LTP协议(LickliderTransmissionProtocol)、Saratoga协议、LTP-T协议(LTPTransport)和DTTP协议(Delay-TolerantTransportProtocol)等。DTN协议借鉴了前两种协议体系相关思想，对其不足之处做了相应修改，成为未来互联网重要发展方向。2008年，美国NASA实施了名为深度撞击网络试验(DINET,DeepImpactNetworkExperiment)，通过深度撞击航天器(DI,DeepImpact)完成了第一次基于BP和LTP协议的数据传输，验证了DTN协议在空间网络中的应用。然而，DTN协议体系提出时间较短，在某些协议细节方面例如拥塞控制、优化传输、路由、时间同步等不够完善，具有广阔的研究前景。

深空通信一个很突出的特点是上下行链路不对称，下行链路的传输速率比较快，上行链路的传输速率比较慢。这样会导致单位时间内下行链路传输的数据包的个数，比单位时间内上行链路传输的反馈包的个数多。这样会导致部分数据包必须等待它的反馈包到达发送节点时，它才能进行下一步的传输，增加的数据传输的等待时间，降低了吞吐量。

深空通信还有一个很突出的特点是数据传输误码率非常高。在这样的情况下，数据包(bundle)聚合必然导致数据包的增大。数据包的增大使得数据包丢包和出错的概率增大，因此反馈包(RS)的个数也增大，那么反馈包RS出错和丢包的概率也增大。再加上反馈链路的速率比较低，必然导致更大的延迟。

由于空间数据传输信道不对称且误码率高的特性，数据传输一直都面临着各种困难：

空间DTN网络中上下行的传输速率是不对称的，传输速率的比率可能从1:1到1:400不等。在对称的情况下，传输一个bundle返回一个RS是没有问题的，不会产生时延和拥塞等情况。但是在不对称的情况下，如果仍然采用传统的传输策略的话，比较大的时延就是无法避免的。由于误码率高，可能导致数据的重传这样会产生一定的延迟，这是无法避免的。但是由于信道传输速率不对称，下行传输速率比较快，上行传输速率比较慢。在单位时间内传输bundle的个数，比单位时间内反馈的RS的要多，使得bundle必须等待RS传输完之后再进行后续的传输，使得时延增大。

于是研究者提出了bundle聚合的传输方式。在信道速率对称的情况下，bundle聚合在理想条件和低误码率条件下的实际吞吐量的提升还是比较明显的，但是在高误码率的条件下，性能的提升较小。而在信道不对称的情况下，理想条件和低误码率条件下，实际吞吐量的提升比对称信道的提升还要明显，但是在低误码率的条件下，实际吞吐量几乎为0。由前面的分析可以知道，RS的丢包率和RS的大小时有很大关系的。在高误码率的条件下，再加上由于bundle的聚合，block的大小也大大增加了。所以LTP层segments的丢失个数也大大增加。RS的大小与LTP层中segments的丢失个数是成正比的。所以RS的大小也随着block和误码率的增大而增大。在不聚合的情况下，虽然bundle传输的实际吞吐量比较低，但是不至于为0。

因此，可以得出在深空传输中，误码率较高的情况下，bundle的聚合不能带来实际吞吐量的提升，反而会将实际吞吐量降到最低。

发明内容