[发明专利]一种面向卫星网络的基于UDP的可靠数据传输方法

说明书

本发明涉及卫星通信技术领域，公开了一种面向卫星网络的基于UDP的可靠数据传输方法，包括ACK超时重传机制、NAK精确重传机制和拥塞控制机制，数据发送方每隔一个ACK时间周期会收到接收方反馈的ACK包，当超过设定时间间隔后，仍未收到ACK包，则触发ACK超时重传机制；接收方在接收数据包时，会检测是否有丢包事件发生，当丢包检测成功时，会向发送方传输带有丢包序号的NAK包，发送方会根据NAK包精确重传丢失的数据包；利用丢包及往返时延变化情况，准确判断随机性丢包与链路拥塞丢包，仅当判断为拥塞时进行降速处理。本发明可解决高时延、带宽资源有限及高误码率的卫星网络环境下可靠传输效率低的问题。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种面向卫星网络的基于UDP的可靠数据传输方法。

背景技术

随着卫星通信技术的不断发展，其提供的可用带宽也越来越高，且由于卫星通信网络具有通信距离远、覆盖范围广、通信方式灵活等特点，使其成为目前地面通信网络的一种重要补充手段。而与传统的有线网络及4G无线网络相比，卫星通信网络也存在着一些进行数据传输时需要克服的限制：(1)传播时延长，其单向传播时延便达到250ms到600ms，同时由于卫星高速运转导致其传输路径随时间动态变化，也会引起较大的时延抖动；(2)卫星网络的上、下行链路存在不对称的情况，容易影响信令的正确交互，且带宽资源非常有限。(3)由于空间环境的各种大气效应和较大的链路距离，卫星链路的质量会出现快速恶化导致较高的误码情况出现，进而造成数据包丢失，整体吞吐量降低，降低网络资源利用率。

在传统地面通信网络中通常提供TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)两种数据传输方式。TCP协议可以提供可靠的、面向连接的数据传输功能，但是在复杂的卫星网络环境中，随机性丢包不可避免，而TCP协议的速率控制和拥塞控制是以丢包作为控制的信号，进而导致基于TCP的高速传输协议无法充分利用网络带宽，其次，TCP的可靠传输是以复杂的传输控制和较大的网络开销为代价，对于带宽资源有限的卫星网络开销过大，故传统TCP协议不能提供较好的QoS保障。而UDP协议提供面向无连接的服务，具有小的开销和发送时延，但UDP协议没有拥塞控制，及不提供可靠传输，对于文件传输等需要可靠性保障的应用来说将导致其无法正常工作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种面向卫星网络的基于UDP的可靠数据传输方法，可解决高时延、带宽资源有限及高误码率的卫星网络环境下可靠传输效率低的问题。

本发明的一种面向卫星网络的基于UDP的可靠数据传输方法，将传输过程中的包分类为数据包和控制包，控制包包括ACK包和NAK包，其中ACK包表明该包之前的所有数据包均已收到，NAK包用于精确指明需要重传的数据包，该方法包括以下机制：

ACK超时重传机制：数据发送方每隔一个ACK时间周期会收到接收方反馈的ACK包，当超过设定时间间隔后，仍未收到ACK包，则触发ACK超时重传机制，即重新发送未被确认的拥塞窗口大小的数据包，其中拥塞窗口表示发送方能够发送出去的但还未收到ACK包的最大数据包数量；ACK包带有用于拥塞控制的参数，包括带宽估计、往返时延和拥塞窗口大小；

NAK精确重传机制：接收方在接收数据包时，会检测是否有丢包事件发生，当丢包检测成功时，会向发送方传输带有丢包序号的NAK包，发送方会根据NAK包精确重传丢失的数据包，避免重复发送接收方已收到的数据包；

拥塞控制机制：每收到一个NAK包，发送方会根据是否连续丢包来判断是随机性丢包，还是链路拥塞，当判断为拥塞时则进行降速处理；发送方会利用往返时延的变化情况来进一步判断网络是否拥塞，增加拥塞判定的准确性，并以此动态调节发送速率，以避免随机性丢包引起的降速处理；若判定为拥塞，则动态调整发送数据包的发包间隔T_SND和/或拥塞窗口大小。