[發(fā)明專利]一種面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基于UDP的可靠數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011145034.1
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112165355B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭黎;文軍;陳志輝;鄭平;陳儒俠;閆石;古毅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 徐靜

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基于UDP的可靠數(shù)據(jù)傳輸方法，包括ACK超時(shí)重傳機(jī)制、NAK精確重傳機(jī)制和擁塞控制機(jī)制，數(shù)據(jù)發(fā)送方每隔一個(gè)ACK時(shí)間周期會收到接收方反饋的ACK包，當(dāng)超過設(shè)定時(shí)間間隔后，仍未收到ACK包，則觸發(fā)ACK超時(shí)重傳機(jī)制；接收方在接收數(shù)據(jù)包時(shí)，會檢測是否有丟包事件發(fā)生，當(dāng)丟包檢測成功時(shí)，會向發(fā)送方傳輸帶有丟包序號的NAK包，發(fā)送方會根據(jù)NAK包精確重傳丟失的數(shù)據(jù)包；利用丟包及往返時(shí)延變化情況，準(zhǔn)確判斷隨機(jī)性丟包與鏈路擁塞丟包，僅當(dāng)判斷為擁塞時(shí)進(jìn)行降速處理。本發(fā)明可解決高時(shí)延、帶寬資源有限及高誤碼率的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可靠傳輸效率低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基于UDP的可靠數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其提供的可用帶寬也越來越高，且由于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、通信方式靈活等特點(diǎn)，使其成為目前地面通信網(wǎng)絡(luò)的一種重要補(bǔ)充手段。而與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)及4G無線網(wǎng)絡(luò)相比，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)也存在著一些進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要克服的限制：(1)傳播時(shí)延長，其單向傳播時(shí)延便達(dá)到250ms到600ms，同時(shí)由于衛(wèi)星高速運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致其傳輸路徑隨時(shí)間動態(tài)變化，也會引起較大的時(shí)延抖動；(2)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的上、下行鏈路存在不對稱的情況，容易影響信令的正確交互，且?guī)捹Y源非常有限。(3)由于空間環(huán)境的各種大氣效應(yīng)和較大的鏈路距離，衛(wèi)星鏈路的質(zhì)量會出現(xiàn)快速惡化導(dǎo)致較高的誤碼情況出現(xiàn)，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)包丟失，整體吞吐量降低，降低網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

在傳統(tǒng)地面通信網(wǎng)絡(luò)中通常提供TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。TCP協(xié)議可以提供可靠的、面向連接的數(shù)據(jù)傳輸功能，但是在復(fù)雜的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，隨機(jī)性丟包不可避免，而TCP協(xié)議的速率控制和擁塞控制是以丟包作為控制的信號，進(jìn)而導(dǎo)致基于TCP的高速傳輸協(xié)議無法充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，其次，TCP的可靠傳輸是以復(fù)雜的傳輸控制和較大的網(wǎng)絡(luò)開銷為代價(jià)，對于帶寬資源有限的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)開銷過大，故傳統(tǒng)TCP協(xié)議不能提供較好的QoS保障。而UDP協(xié)議提供面向無連接的服務(wù)，具有小的開銷和發(fā)送時(shí)延，但UDP協(xié)議沒有擁塞控制，及不提供可靠傳輸，對于文件傳輸?shù)刃枰煽啃员Ｕ系膽?yīng)用來說將導(dǎo)致其無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基于UDP的可靠數(shù)據(jù)傳輸方法，可解決高時(shí)延、帶寬資源有限及高誤碼率的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可靠傳輸效率低的問題。

本發(fā)明的一種面向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的基于UDP的可靠數(shù)據(jù)傳輸方法，將傳輸過程中的包分類為數(shù)據(jù)包和控制包，控制包包括ACK包和NAK包，其中ACK包表明該包之前的所有數(shù)據(jù)包均已收到，NAK包用于精確指明需要重傳的數(shù)據(jù)包，該方法包括以下機(jī)制：

ACK超時(shí)重傳機(jī)制：數(shù)據(jù)發(fā)送方每隔一個(gè)ACK時(shí)間周期會收到接收方反饋的ACK包，當(dāng)超過設(shè)定時(shí)間間隔后，仍未收到ACK包，則觸發(fā)ACK超時(shí)重傳機(jī)制，即重新發(fā)送未被確認(rèn)的擁塞窗口大小的數(shù)據(jù)包，其中擁塞窗口表示發(fā)送方能夠發(fā)送出去的但還未收到ACK包的最大數(shù)據(jù)包數(shù)量；ACK包帶有用于擁塞控制的參數(shù)，包括帶寬估計(jì)、往返時(shí)延和擁塞窗口大小；

NAK精確重傳機(jī)制：接收方在接收數(shù)據(jù)包時(shí)，會檢測是否有丟包事件發(fā)生，當(dāng)丟包檢測成功時(shí)，會向發(fā)送方傳輸帶有丟包序號的NAK包，發(fā)送方會根據(jù)NAK包精確重傳丟失的數(shù)據(jù)包，避免重復(fù)發(fā)送接收方已收到的數(shù)據(jù)包；

擁塞控制機(jī)制：每收到一個(gè)NAK包，發(fā)送方會根據(jù)是否連續(xù)丟包來判斷是隨機(jī)性丟包，還是鏈路擁塞，當(dāng)判斷為擁塞時(shí)則進(jìn)行降速處理；發(fā)送方會利用往返時(shí)延的變化情況來進(jìn)一步判斷網(wǎng)絡(luò)是否擁塞，增加擁塞判定的準(zhǔn)確性，并以此動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)送速率，以避免隨機(jī)性丟包引起的降速處理；若判定為擁塞，則動態(tài)調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)包的發(fā)包間隔T_SND和/或擁塞窗口大小。