[發明專利]衛星網絡的高效內容分發技術

無效

• 申請號: 201010294783.0
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN101944974A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 羅明星;陳秀波;袁開國;鈕心忻;楊義先
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/18;H04L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一.技術領域

本發明涉及衛星通信領域，具體來說，本發明給出了一種在衛星信號發射端，信號中轉和智能接收端實現高效內容分發和接收的通信方案。

二.背景技術

衛星網絡提供全球覆蓋和大范圍服務，特別適合需要快速而及時的連接場景，或長距離以及有困難障礙物的情形^[1，2]。例如大規模分布式數據庫的更新，大量信息如醫療，新聞等的遠距離發布^[1，3，4]。衛星的廣播特性可以提供為多用戶傳輸信息的效率^[9]。

近來，在^[5]中作者提供了一個特殊系統--SPIDER，用來從單信源向基于Internet和私有網絡互聯的多個接收節點快速分發大規模文件。然而，其認證機制受到數據傳輸延遲的嚴重影響(在地球靜止軌道上，如果條件不好可達到500ms)。雖然LEO衛星提供短時間的單輪延遲，但是一般LEO衛星系統都要通過許多處理入口進行運作，并且IRIDIUM衛星基于有固定處理平臺，這些都會增大延遲。

然而對于基于GEO的衛星網絡上的大規模文件分發，如果采用傳統的請求-分發-重發機制，智能終端的等待時間比較長，而且提高信息下載的衛星端或中轉站點將需要重傳很多次數，特別是在天氣惡劣情況下，從而傳送魯棒性以及效率非常差。這類似于Bt下載的首尾效應。

回傳信道一般分為兩種，雙向回傳信道和單向無回傳信道。作為雙向鏈接，一個簡單的傳輸協議就是錯誤重傳協議，即當接收者收到不能糾正的錯誤數據包或沒有收到數據包時，它們將通過回歸信道告訴傳輸者重新發送。此方式易行。然而，其時延或等待時間將隨接收者的增加而迅速增加。

如果僅能接收數據的中轉站被用于衛星數據傳輸，那么必須采用單向衛星通信技術以提供有效的數據傳輸。由于在單向衛星數據網絡中沒有可逆信道，數據傳輸是無線的，它需要采用UDP傳輸層協議。單向衛星網絡主要應用于多播和廣播UDP/IP數據包。對于這種情況，前向糾錯(FEC)技術可以用來解決傳輸位錯問題，當然必將引入一些傳輸冗余。此外，系統碼，分組碼或卷積碼也是不錯的選擇。

當然，在各種應用中，可以利用地面通道來認證，或者利用衛星上的不同信道，或利用發送器劃分同一信道技術來認證，作為替代措施。但在本文設計中，主要涉及文件分發，而不考慮這些替代技術。

確認機制

肯定和否定確認被用于各種通信網絡。為最小化確認次數，只傳輸否定確認或與多幀的肯定確認結合傳輸，此策略對多個接收者非常有效。

重傳機制受到傳輸時延的強烈影響。為適應流控制和錯誤控制，各種重發機制被廣泛用于點對點通信，例如停止-等待(Stop?and?Wait)，回退-重發(Go?Back?to?N)，選擇重發等。

對于非常大的文件(大于100Mbits，1Mbit/s的信道)，可以設計了一些停止-等待(在每幀之后等待確認)來最小化等待時間。對于回退-重發機制，當接收到否定確認時，此丟失幀和它之后的數據幀都將被重傳。這樣對于一個否定確認而產生的長時間延遲將導致重傳大量數據幀，從而降低傳輸效率。進而，為減少重傳幀數，Gopal和Jaffe^[6]設計了全內存的回退-重發協議。此協議進一步被^[7]改進，提高了30％的效率。與回退-重發機制相比，此機制假設接收者具有一定內存，并給定時限或僅對否定確認選擇重傳。因此它只需傳輸單個數據幀。此改進協議被用于Nadir計劃^[8，9]，并且具有較高的傳輸效率。

所有這些都適合于帶有回執信道的衛星通信。而對于單向衛星通信，一些必要的技術如前向糾錯或重復傳輸機制可以用來提高可靠性。然而，它們也將降低信息傳輸效率。

網絡編碼最早見于^[10]中，它作為一種新技術通過允許傳輸者對輸入的信息進行編碼操作以提高網絡吞吐量，傳輸魯棒性和傳輸效率。隨機線性網絡編碼^[11]和線性網絡編碼^[12]，是實現網絡編碼的比較實際的編碼方式。此技術已經被應用到各種通信中。

正是在這樣的背景下，我們提出本發明。旨在利用網絡編碼新技術來實現衛星網絡上的高效內容分發，提高單向網絡通信的魯棒性和傳輸效率。

三.發明內容

本發明提供了幾種基于網絡編碼新技術的衛星網絡的內容分發技術。所述技術方案如下：