[發(fā)明專利]深空通信中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的接觸圖路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810758604.0
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109041154B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁花;徐鑫;朱珠;李洋;韓世海;晏堯;雷娟;張森;戴豪礽;張偉;景鈺文;於艦;徐瑞林;陳濤;宮林;胡曉銳;籍勇亮
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學研究院;國網(wǎng)重慶市電力公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/12;H04W40/24;H04L1/00;H04L1/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 文芳

本發(fā)明公開了一種深空通信中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的接觸圖路由算法，它包括：源節(jié)點對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包采用隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼進行處理；源節(jié)點根據(jù)預知的接觸圖選擇多條鏈路不相交路徑，并將編碼包在多條路徑上傳輸；在中間節(jié)點處對接收的數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)，并進行重編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)；目的節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包后進行解碼預判，將不能成功解碼的數(shù)據(jù)包反饋給上一跳節(jié)點集，上一跳節(jié)點集發(fā)送有助于目的節(jié)點解碼的編碼包，使目的節(jié)點能快速解碼，降低傳輸時延。本發(fā)明將原始數(shù)據(jù)采用隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼后再發(fā)送，并通過鏈路狀態(tài)控制網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)包數(shù)，保證目的節(jié)點可譯碼的同時減少網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，降低節(jié)點的解碼等待時延。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種深空通信中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的接觸圖路由方法。

背景技術(shù)

在世界無線電管理大會制定的《無線電規(guī)則》中，把距離地球2×10⁶km之內(nèi)的空間稱為近空，該距離以外稱為深空。我國航天界則直接將地球至月球以外的廣袤空間定義為深空。深空通信涵蓋了宇宙空間中探測器之間以及行星之間的所有通信，與地面通信相比，深空通信的特點主要包括：

(1)節(jié)點間距離遙遠，傳播時延巨大且時變。衛(wèi)星周期性地運動使得節(jié)點間傳播時延時變，鏈路間歇性中斷。除月球外，地球至其他天體的單向傳播時延在2.2min至7h不等，相比于地面通信幾毫秒至幾秒的傳播時延來說，如此巨大的時延給深空通信數(shù)據(jù)的可靠傳輸帶來巨大的挑戰(zhàn)。

(2)鏈路間歇性中斷。深空中的鏈路中斷分為可預測的中斷和不可預測的中斷。其中，由行星遮蔽、節(jié)點運動至通信范圍之外等規(guī)律性的因素造成的中斷為可預測的鏈路中斷，而由太陽風暴、節(jié)點功率受限及時間失步等突發(fā)情況造成的鏈路中斷是不可預測的。受這些中斷的影響，深空中節(jié)點可通信機會較少，通信持續(xù)時間甚至小于單向傳播時延，節(jié)點間不存在端到端的實時路徑。因此，在路徑計算過程中有效利用可預測的鏈路中斷信息，降低不可預測的鏈路中斷情況對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀ＷC數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

(3)深空中前向與反向鏈路的傳輸速率嚴重不對稱。前向鏈路主要傳輸行星探測器節(jié)點所采集的科學數(shù)據(jù)和圖像，而反向鏈路主要傳輸?shù)孛嬷笓]站對各探測器節(jié)點的遙控、遙測、跟蹤等控制指令。前向和反向鏈路傳輸速率的不對稱比例有時高達1000：1，甚至只有單向信道。這種不對稱鏈路使得節(jié)點之間的可靠交互非常困難，難以實時獲得網(wǎng)絡(luò)拓撲變化信息。

(4)節(jié)點資源受限。深空中節(jié)點稀疏，可通信機會少，衛(wèi)星節(jié)點受重量、尺寸、供電設(shè)施以及造價等因素的影響，節(jié)點的數(shù)目、存儲空間及處理能力均嚴重受限。

(5)路徑損耗嚴重，接收端信噪比極低，誤碼率高。遙遠的傳播距離造成的路徑損耗是深空通信信號衰減的主要原因，其衰減強度與傳輸距離呈正相關(guān)，嚴重的信號衰減導致信號誤碼率急劇增大，有時甚至高達10^-1。

綜上所述，深空通信環(huán)境極其惡劣，不利于數(shù)據(jù)的可靠傳輸。因此，為了完成深空探測任務(wù)，研究并提出降低長傳播時延、鏈路間歇性中斷以及高誤碼率影響的路由方法勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的就是提供一種深空通信中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的接觸圖路由方法，基于節(jié)點的接觸圖選出多條鏈路不相交的最早到達路徑，將原始數(shù)據(jù)采用隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼后再發(fā)送，并通過鏈路狀態(tài)控制網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)包數(shù)，保證目的節(jié)點可譯碼的同時減少網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，通過部分中間節(jié)點重編碼機制降低中間節(jié)點的數(shù)據(jù)處理量，以及目的端解碼預判機制降低節(jié)點的解碼等待時延。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種深空通信中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的接觸圖路由方法，它包括有：

S1：源節(jié)點對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包采用隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼進行處理，并根據(jù)鏈路狀態(tài)信息限制發(fā)送的編碼包個數(shù)；

S2：源節(jié)點根據(jù)預知的接觸圖選擇多條鏈路不相交路徑，并將編碼包在多條路徑上傳輸；