[发明专利]一种远距离区域间地面站信源节点经卫星中继交换数据的安全性网络编码方法

摘要

本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种远距离区域间地面站信源节点经卫星中继交换数据的安全性网络编码方法。本发明包括：对于任何一个包含N个地面站信源节点以及1个卫星中继节点的网络，采用TDMA技术，并且在一个时隙周期内，卫星中继节点的时隙位于N个地面站信源节点时隙之后，N为偶数；地面站信源节点将待交换的二进制数据信息按照上行链路数据包格式封装后存放到数据队列。本发明提出的安全性网络编码方法，不仅能够实现同一待交换数据组别中两个远距离区域间地面站信源节点的数据交换，而且能够更有效地做到对其它待交换数据组别中远距离区域内地面站信源节点信息的屏蔽，从而使得网络信息的安全性得到显著提高。

主权项

1.一种远距离区域间地面站信源节点经卫星中继交换数据的安全性网络编码方法，其特征在于：(1)对于任何一个包含N个地面站信源节点以及1个卫星中继节点的网络，采用TDMA技术，并且在一个时隙周期内，卫星中继节点的时隙位于N个地面站信源节点时隙之后，N为偶数；节点1‑节点N为N个地面站信源节点，节点2i‑1位于一个通信覆盖范围内,其中i＝1,2....N/2；节点2i位于另一个通信覆盖范围内；节点2i‑1和节点2i为同一待交换数据组别；(2)地面站信源节点将待交换二进制数据信息按照上行链路数据包格式封装后存放到数据队列；N个地面站信源节点将待交换二进制数据信息按照上行链路数据包格式进行封装，封装后的上行链路数据包包括信源节点地址标识位、待交换数据组别标识位、数据长度标识位以及待交换二进制数据信息，每个字段占用的比特数按具体网络规模以及通信负载情况决定，要求一个时隙周期内的上行链路数据包中的待交换二进制数据信息线性无关，且数据长度的最大值要大于地面站信源节点总数‑2；(3)地面站信源节点在自身时隙内向卫星中继节点发送上行链路数据包；(4)卫星中继节点根据接收到的上行链路数据包信息，构建原始信息矩阵；卫星中继节点首先提取所有接收到的上行链路数据包的数据长度标识位信息，然后以最大的数据长度为基准，小于该基准的其它上行链路数据包的待交换二进制数据信息要用‑1补齐到该基准数据长度，接着按照待交换数据组别标识位信息的大小对所有上行链路数据包进行排序，同一待交换数据组别中的两个上行链路数据包不分先后，提取所有上行链路数据包的待交换二进制数据信息，组成原始信息矩阵；(5)卫星中继节点根据原始信息矩阵及奇异值分解原理，生成每个待交换数据组别中待交换二进制数据信息的预处理向量；卫星中继节点依次将原始信息矩阵D中第2i‑1列和第2i列数据用全零代替，分别得到第i个剩余信息矩阵Mi，将剩余信息矩阵Mi分别进行奇异值分解得到Ui,Si和Vi分解矩阵，选取Ui中的与Si中零奇异值对应的左奇异向量作为第2i‑1列和第2i列的待交换二进制数据信息的预处理向量；(6)卫星中继节点根据原始信息矩阵，在保留正负号的前提下利用按位异或逻辑运算，生成每个待交换数据组别的编码数据；卫星中继节点分别将原始信息矩阵D的第2i‑1列和第2i列的数据在保留正负号的前提下进行按位异或逻辑运算，分别得到每个待交换数据组别的编码数据Ri；(7)利用步骤(5)所得的预处理向量以及步骤(6)所得的编码数据，构建卫星中继节点的发送信息矩阵；卫星中继节点按照下式将所得的编码数据Ri乘以与之对应的预处理向量Bi的转置后求和，得到发送信息矩阵E：(8)卫星中继节点将发送信息矩阵信息按照下行链路数据包格式封装后存放到数据队列；(9)卫星中继节点在自身时隙内将下行链路数据包广播发送给各个地面站信源节点；(10)地面站信源节点提取接收到的下行链路数据包信息，并将其还原成发送信息矩阵形式；(11)地面站信源节点将还原后的发送信息矩阵与自身的待交换二进制数据信息进行相乘处理，所乘结果经归一化，得到自身待交换数据组别的编码数据估计值；地面站信源节点将还原后的发送信息矩阵与自己发送的上行链路数据包中的待交换二进制数据信息相乘，若自身的待交换二进制数据信息的数据长度小于发送信息矩阵的行数，不足的位数用‑1补齐，将地面站信源节点将还原后的发送信息矩阵与自己发送的上行链路数据包中的待交换二进制数据信息相乘所得的数据进行归一化处理，即如果所得的数据信息中第一个数据为负，则将所有数据乘以‑1后，在保留正负号的前提下将非零数据当1，为零数据当0；如果所得的数据信息中第一个数据为正，则在保留正负号的前提下将非零数据当1，为零数据当0，从而地面站信源节点得到自身待交换数据组别的编码数据估计值；(12)将步骤(11)所得的编码数据估计值与自身的待交换二进制数据信息进行异或处理，得到该待交换数据组别中另一个地面站信源节点的数据信息，数据交换过程结束；地面站信源节点将所得的编码数据估计值与自己发送的上行链路数据包中的待交换二进制数据信息在保留正负号的前提下进行按位异或逻辑运算，若自身的待交换二进制数据信息的数据长度小于编码数据估计值的位数，不足的位数用‑1补齐，再去掉异或结果中的‑1，得到自身待交换数据组别中的另一个地面站信源节点发送的待交换二进制数据信息，从而实现同一待交换数据组别中两个远距离区域间地面站信源节点的数据交换。