[发明专利]面向深空通信的可变滑动窗口长度的回退N帧自动重传方法及系统

说明书

本发明提供一种面向深空通信的可变滑动窗口长度的回退N帧自动重传方法及系统。本发明对通信系统中的传统的回退N帧自动请求重传策略进行改进，通过研究传输帧长、误码率及滑动窗口长度等因素对系统吞吐率的影响，找到不同误码率条件下的最佳帧长。每隔一段时间，测定误码率和码速率，通过传输帧长和传输码速率得出单向传输时延。再通过链路总时延(包括单向传输时延和重传时延，其中包括数据链路上的传播时延、数据处理时延和反馈时延)与单向传输时延之比来确定合适的滑动窗口长度取值。通过改变滑动窗长适应变化的信道参数，比传统的固定窗长更具有灵活性，提高了时间效率。

技术领域

本发明涉及通信自动请求重传领域，尤其是一种面向深空通信的可变滑动窗口长度的回退N帧自动重传方法及系统。

背景技术

深空探测任务中航天器之间传输的信息主要包括测控或图像数据和情报信息。测控或图像数据一般为周期性传输数据，数据量较大且更新速率快，要求地面能够快速、有效的接收，否则会出现数据不连贯、图像失真的情况，影响之后的数据分析；情报信息则多为突发信息，接收端不可能事先知道数据的规模和发送规律，此类传输对数据完整性的要求非常高，一旦出现部分数据出错或是丢失则会使整个情报失去价值。因此，我们急需一种专门的保障机制来确保那些损坏或是丢失的数据能够重新被传输。

现有的自动重传系统(ARQ系统)是一种数据链路层差错控制技术，可以有效的提高数据传输的有效性。发射端按顺序将数据帧发送到接收端，接收端首先对接收到的数据帧进行校验，如果数据帧没有错误则传递给接收用户，并给发送端反馈一个正确接收应答(ACK)，一旦检查到数据出错，就反馈一个否定应答信号(NACK)要求发送端重传该帧。根据系统收发端设置的不同，ARQ可分为三种基本重传机制：停等式ARQ(SW-ARQ)，回退N帧ARQ(GBN-ARQ)和选择式重传ARQ(SR-ARQ)。

停等式ARQ在信道利用率上表现较差，在等待应答反馈上浪费了太多的时间，这和深空探测任务中严格的信道带宽控制和高速的传输速率要求相违背。选择式ARQ的信道利用率和传输速率都很达标，但都是以复杂的收发端实现来换取的，对于系统的硬件架构和软件设计提出了更高的要求，不符合深空探测环境下对收发机设计的简单、稳定的要求。回退N帧ARQ与选择式ARQ具有相近的数据传输效率和信道利用率，并且不需要具备复杂的收发端设计，与深空探测具体要求相符合。

为了保障深空探测任务中航天器之间信息传输的可靠性，本发明依据国际空间数据系统咨询委员会提出的Proximity-1协议标准及回退N帧ARQ重传机制的特点，设计了基于可变滑动窗口长度的回退N帧自动请求重传策略。

发明内容

发明目的：为弥补现有技术的空白，本发明提出一种面向深空通信的可变滑动窗口长度的自动请求重传策略，能够在保证吞吐率性能的情况下提高时间效率。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：

面向深空通信的可变滑动窗口长度的回退N帧自动重传方法，该方法中的数据帧格式为Proximity-1协议标准所规定的数据帧格式；该方法包括步骤：

(1)发射端在发送数据之前，首先根据当前的误码率切换合适的传输帧帧长；

(2)发射端根据帧长、码速率计算出合适的滑动窗口长度：

先计算出单次传输的时延，继而计算出链路的总时延，将链路总时延除以单向传输时延并将所得结果向下取整，得到合适的最小窗长；

(3)根据计算出的最小窗长调整滑动窗口的参数，然后发射端将滑动窗口内的N帧数据发送出去，并等待接收方反馈；

(4)接收端在接收到数据帧后首先进行帧序号检测和CRC校验，若正确有序则反馈肯定信号给发射端，若出错则反馈否定信号给发射端；