[發明專利]一種基于噴泉碼的深空多文件傳輸方法

有效

• 申請號: 201410467925.7
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104243096B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 趙輝;方高峰;李杰;王汝言;王琴;張鴻;梁花
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/16;H04L1/18
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明屬于深空通信技術領域，涉及一種基于噴泉碼的深空多文件傳輸方法。

背景技術

深空通信是深空探測的基礎，承載著深空探測中大量數據的可靠傳輸。深空通信環境具有完全不同于地球通信環境的特點，傳統的數據傳輸策略不再適用于深空通信。針對深空通信中傳輸距離遙遠、時延大、高誤碼率、功率受限、鏈路間歇中斷以及信道非對稱等特點，基于星際互聯網提出高效可靠的文件傳輸策略成為研究熱點。

深空文件傳輸策略主要有2個研究方向：(1)改進TCP協議使之適應深空通信環境，如TP-Planet等；(2)針對深空環境的特點專門制定的深空文件傳輸策略，諸如空間數據系統咨詢委員會(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)提出文件傳輸協議(CCSDS File Delivery Protocol,CFDP)和延時容忍網絡(Delay Tolerant Networks,DTN)中的文件傳輸策略等。基于TCP協議的改進包括壓縮頭部降低開銷、增大發送窗口提高鏈路利用率、修改定時器減少不必要的重傳、采用NACK或SNACK減少重傳、采用新的初始狀態算法盡快占用鏈路資源以及采用新的擁塞控制機制提高有效吞吐量等。針對深空環境專門制定的文件傳輸策略采用不依賴反饋的發送機制，并減少發送雙方之間的信令交互，以充分利用寶貴的鏈路資源。

基于TCP協議的改進協議在深空網絡中的性能明顯好于TCP協議，但必須保證中間節點的路由功能，并且對鏈路間斷連接的解決仍存在問題。隨著時延和誤碼率的進一步增加，這些改進協議的性能迅速下降。DTN中的傳輸策略對時延不敏感，多采用存儲—攜帶—轉發機制。深空通信節點要處理大量的數據，且存儲空間有限，這樣一來不但增大時延，還有可能因為存儲空間有限而丟失一些重要數據。目前，應用較多的是CCSDS提出的CFDP協議。它不僅提供一般的文件傳輸功能，還具有文件管理功能。CFDP協議采用四種否定確認方式來保證文件傳輸的可靠性：延遲否定確認、立即否定確認、提示否定確認和異步否定確認。下面以延遲否定確認方式為例，簡述CFDP協議的工作方式。步驟如下：

(1)發送方首先將包含文件信息和發送方標識的元協議數據單元(Metadata Protocol Data Unit,MPDU)發送給接收方，緊接著發送協議數據單元(Protocol Data Unit,PDU)，直到發送完文件結束標識(End of File,EOF)后，發送方進入等待狀態。

(2)接收方接收PDU，接收到EOF后回復發送方ACK EOF確認信息，隨后接收方統計丟失的PDU信息，并將此信息包含在NAK信息中反饋給接收方并啟動NAK定時器。發送方收到NAK信息后釋放已經確認的PDU所占的緩存，同時發送丟失的PDU。當NAK定時器到時后，接收方再次對緩存中的PDU進行檢測，如果仍未成功接收，那就重復上一過程，直到包括MPDU在內的全部PDU都被成功接收為止。

(3)接收方發送結束符FIN以通知文件傳輸成功，發送方在接收到FIN后回復確認信息ACK FIN，同時關閉鏈路連接并釋放其緩存，接收方在收到ACK FIN后也關閉鏈路連接，整個文件傳輸結束。

CFDP協議針對深空通信環境專門進行了優化，其不依賴反饋的發送機制、確認反饋與否定確認反饋結合的反饋重傳機制一方面為深空文件傳輸提供了可靠服務，另一方面提高了鏈路利用率，縮短了文件傳輸時間。

實際上，深空通信環境惡劣，傳輸距離遙遠、時延大、誤碼率高。深空通信環境中經常會達到10^-7至10^-4級別的誤碼率，這將導致一個文件可能需要多次重傳才能成功接收。對于CFDP協議延遲否定確認模式，在不同的丟包率下，傳輸1000個數據包，平均需要的重傳次數如下表所示：

表1 CFDP的傳輸次數