專利名稱：基于否定應(yīng)答的深空文件傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及深空文件傳輸方法，用于解決在深 空網(wǎng)絡(luò)中由于通信時(shí)延和鏈路切換所導(dǎo)致的文件傳輸性能的下降。
背景技術(shù)：
隨著各國(guó)對(duì)外層空間資源的探索、開發(fā)和利用，深空通信技術(shù)及其 互聯(lián)技術(shù)的研究和開發(fā)受到越來越多的重視，大量的數(shù)據(jù)文件需要在深 空網(wǎng)絡(luò)中向地面站進(jìn)行傳輸。由于深空鏈路具有大傳輸時(shí)延，高鏈路切
換率的特點(diǎn)，現(xiàn)有運(yùn)輸層協(xié)議TCP以及UDP在深空網(wǎng)絡(luò)中性能低下，鏈 路吞吐量大幅下降。
為了解決深空網(wǎng)絡(luò)中由于大時(shí)延以及高切換率帶來的性能下降，深 空數(shù)據(jù)傳輸委員會(huì)CCSDS提出了CCSDS文件傳輸協(xié)議CFDP ，來解決 深空網(wǎng)絡(luò)中的文件傳輸問題。該方案將文件分割為協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU并 進(jìn)行傳送，其提供可靠傳輸模式及不可靠傳輸模式。不可靠傳輸模式僅 適用于信令的傳輸，數(shù)據(jù)文件的傳輸采用可靠傳輸模式。在可靠傳輸模 式下，通信對(duì)端省略了握手過程，探測(cè)端首先向接收端發(fā)送一個(gè)控制信 息協(xié)議單元MPDU,該單元包含本次傳送文件名稱、大小、源和目的ID 等信息，通知接收端文件傳輸開始，緊接著，探測(cè)端進(jìn)行文件傳送，傳 送固定數(shù)目的PDU后，探測(cè)端發(fā)送發(fā)送文件結(jié)束標(biāo)志EOF停止傳輸，等 待接收端的回應(yīng)；當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí),接收端會(huì)發(fā)送否定應(yīng)答NAK，對(duì)未收到PDU部分請(qǐng)求探測(cè)端重傳；隨后，探測(cè)端會(huì)進(jìn)行重傳，并再次 等待接收端NAK，重傳過程持續(xù)進(jìn)行，直到接收端收到文件；最后，接
收端向探測(cè)端發(fā)送接收文件結(jié)束標(biāo)志FIN，探測(cè)端再次應(yīng)答EOF，表示 本次文件傳輸結(jié)束，進(jìn)行下次文件傳輸。
CFDP通過否定應(yīng)答和延遲回執(zhí)提高了深空文件傳輸性能。但是仍然 存在一些問題。首先，該協(xié)議在等待接收端回執(zhí)時(shí)依然會(huì)引入很大的傳 輸時(shí)延，這樣，深空網(wǎng)絡(luò)吞吐量會(huì)下降；同時(shí)，文件傳輸時(shí)間會(huì)增加； 其次，在深空鏈路切換時(shí)，由于通信鏈路時(shí)延的存在，文件傳輸時(shí)接收 端不能完整的接收整個(gè)文件，在切換時(shí)，會(huì)造成接收端丟棄已收到的 PDU，浪費(fèi)深空鏈路資源，降低協(xié)議的實(shí)用性。 發(fā)明內(nèi)容，
本發(fā)明的目的在于解決CFDP中由于鏈路切換以及等待應(yīng)答信息導(dǎo) 致的文件傳輸協(xié)議性能下降的問題，提供一種基于否定應(yīng)答的深空網(wǎng)絡(luò) 文件傳輸協(xié)議，以盡量減少由于等待應(yīng)答信息以及鏈路時(shí)延對(duì)深空鏈路 吞吐量及文件傳輸時(shí)間的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)深空鏈路資源的最大化利用，提' 高協(xié)議的實(shí)用性。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是充分利用每一次重傳過程來減少
鏈路時(shí)延對(duì)深空網(wǎng)絡(luò)吞吐量及文件發(fā)送時(shí)間的影響，具體步驟如下
(1) 探測(cè)端向地球傳輸數(shù)據(jù)文件，接收方接收到文件后進(jìn)行應(yīng)答，
為探測(cè)端提供未收到文件單元部分的信息；
(2) 接收端接收到應(yīng)答后，若此時(shí)有新文件等待傳輸，探測(cè)端將前 一個(gè)文件中未收到的文件數(shù)據(jù)單元與當(dāng)前等待傳輸文件聯(lián)合發(fā)送至接收端，并在存儲(chǔ)空間中刪除前一文件，進(jìn)入步驟(3);
若此時(shí)沒有新文件等待傳輸，探測(cè)端根據(jù)應(yīng)答進(jìn)行重傳，接收端接 收到重傳文件單元后發(fā)送文件結(jié)束標(biāo)志，探測(cè)端收到該結(jié)束標(biāo)志后回復(fù) 應(yīng)答標(biāo)志，結(jié)束文件傳輸過程；
(3) 接收端收到聯(lián)合發(fā)送的文件后，向探測(cè)端發(fā)送應(yīng)答，探測(cè)端 收到應(yīng)答后，將探測(cè)端與接收端之間的深空鏈路進(jìn)行更新切換，切換時(shí)， 探測(cè)端保留前一個(gè)文件的應(yīng)答信息，并等待新的鏈路建立成功；
(4) 在深空鏈路切換成功后，探測(cè)端根據(jù)其保留的應(yīng)答信息，將 出錯(cuò)文件單元與新的待傳文件單元組合在一起，并向接收端進(jìn)行連續(xù)發(fā) 送，發(fā)送完畢后，將重傳文件從存儲(chǔ)單元中刪除；
(5) 接收端接收到新的待傳文件后，向探測(cè)端發(fā)送應(yīng)答，探測(cè)端與 接收端返回步驟(2)。
上述所涉及的數(shù)據(jù)文件，包括至少兩個(gè)文件，每個(gè)文件設(shè)有文件號(hào)， 每個(gè)文件分為等長(zhǎng)的文件單元，每一個(gè)文件單元設(shè)有單元號(hào)。
上述所涉及的接收方接收到文件后進(jìn)行應(yīng)答，是接收端將文件傳 輸過程中由于鏈路差錯(cuò)而導(dǎo)致未正常接收的文件單元信息向探測(cè)端發(fā) 送，其內(nèi)容包括出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的文件單元的文件號(hào)和單元號(hào)。
上述所涉及的聯(lián)合發(fā)送，是探測(cè)端檢測(cè)到此時(shí)有新文件等待傳輸 時(shí)，先將其拆分為文件單元，并為其分配文件號(hào)和單元號(hào)，對(duì)文件進(jìn)行 標(biāo)識(shí)；再將需要重傳的文件單元與待傳輸?shù)男挛募卧M合在一起，向 接收端連續(xù)發(fā)送。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明由于在接收端進(jìn)行否定應(yīng)答的基礎(chǔ)上，采用將重傳文件與待 傳的新數(shù)據(jù)文件聯(lián)合發(fā)送的方法，使得深空網(wǎng)絡(luò)文件傳輸更緊湊，減 小了深空網(wǎng)絡(luò)文件傳輸時(shí)間，并有效的改善了深空網(wǎng)絡(luò)的鏈路利用率， 極大的提高了深空網(wǎng)絡(luò)文件傳輸?shù)男阅?；同時(shí)由于本發(fā)明采用了探測(cè) 端保留應(yīng)答以及延遲重傳的方法，使得深空鏈路切換過程對(duì)上層透明， 解決了深空網(wǎng)絡(luò)文件傳輸過程中頻繁鏈路切換帶來的深空鏈路利用率 急劇下降的問題，提高了深空文件傳輸協(xié)議的實(shí)際通信性能。仿真結(jié) 果表明，本發(fā)明在深空鏈路時(shí)延為1秒，發(fā)送十個(gè)數(shù)據(jù)文件時(shí)，比現(xiàn) 有深空文件傳輸方法減少了深空文件傳輸時(shí)間約15秒，深空鏈路利用 率提高了約70%。


圖1是本發(fā)明的工作流程圖2是本發(fā)明的基本應(yīng)用場(chǎng)景圖3是采用現(xiàn)有CFDP進(jìn)行文件傳輸?shù)膫鬏敃r(shí)間結(jié)果仿真圖； 圖4是采用現(xiàn)有CFDP進(jìn)行文件傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)吞吐量結(jié)果仿真圖； 圖5是采用本發(fā)明進(jìn)行文件傳輸?shù)膫鬏敃r(shí)間結(jié)果仿真圖； 圖6是采用本發(fā)明進(jìn)行文件傳輸?shù)牡木W(wǎng)絡(luò)吞吐量結(jié)果仿真圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的實(shí)施步驟如下
步驟l，探測(cè)端發(fā)送數(shù)據(jù)文件，接收端否定應(yīng)答。
探測(cè)端要發(fā)送至少兩個(gè)文件，每個(gè)文件設(shè)有文件號(hào)，首先，探測(cè)端 將本次要發(fā)送的文件F1分成多個(gè)等長(zhǎng)的傳輸協(xié)議單元PDU,并為每個(gè)PDU分配文件單元號(hào)，然后向接收端發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送完后，探測(cè)端發(fā)送 傳輸結(jié)束標(biāo)志EOF至接收端；隨后，接收端收到EOF，根據(jù)已收到的PDU 信息，向探測(cè)端發(fā)送否定應(yīng)答NAK，為探測(cè)端提供未收到PDU的信息。 步驟2,接收端應(yīng)答。
首先，探測(cè)端檢査是否有新文件等待傳輸，若此時(shí)有新文件F2等待 傳輸，探測(cè)端將F2拆分為等長(zhǎng)的PDU，并為每一個(gè)PDU分配文件單元 號(hào)；隨后，探測(cè)端根據(jù)NAK信息，將需重傳的PDU，與待傳文件F2 進(jìn)行組合，連續(xù)發(fā)送至接收端，如圖1中線段所示的RT1+F2;然后在 存儲(chǔ)空間中刪除文件F1，進(jìn)入步驟(3);
若此時(shí)沒有新文件等待傳輸，探測(cè)端根據(jù)NAK進(jìn)行重傳，接收端 接收到重傳文件單元RT1后發(fā)送文件結(jié)束標(biāo)志FIN，探測(cè)端收到該結(jié)束 標(biāo)志后回復(fù)應(yīng)答標(biāo)志EOF(FIN)，結(jié)束文件傳輸過程；
步驟3，鏈路切換。
首先，接收端收到聯(lián)合發(fā)送的文件后，將文件F1完整的組合，并向 接收端上層成功交付，然后向探測(cè)端發(fā)送否定應(yīng)答NAK;隨后，接收端 收到NAK后，探測(cè)端與接收端之間的深空鏈路進(jìn)行更新切換，切換時(shí)， 探測(cè)端保留數(shù)據(jù)文件F2的應(yīng)答NAK，并等待新的鏈路建立成功。 步驟4，探測(cè)端續(xù)傳。
-深空鏈路切換成功后，探測(cè)端根據(jù)其保留的應(yīng)答信息NAK，將出 錯(cuò)文件單元RT2與新的待傳文件F3組合在一起，向接收端進(jìn)行連續(xù)發(fā) 送，發(fā)送完畢后，將重傳文件F2從存儲(chǔ)單元中刪除；接收端接收到新 的待傳文件后，向探測(cè)端發(fā)送NAK，探測(cè)端與接收端返回步驟(2)，檢査是否有新文件等待傳輸，并進(jìn)行必要的重傳。 本發(fā)明的效果可以通過以下仿真進(jìn)一步說明
圖2所示為基本深空網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，探測(cè)端與接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的交
互，以圖1所示的本發(fā)明工作流程對(duì)其分析，n表示一個(gè)文件中的pdu 數(shù)目，；^與；。p分別代表pdu傳輸時(shí)間和深空鏈路時(shí)延，av表示在 特定ber下需要重傳的pdu數(shù)目，x代表傳輸文件數(shù)目，由圖1可得
產(chǎn)/7
77 =27"
傳輸x個(gè)文件共需時(shí)間為
^DP 二^Lta 十^c/e參C^-1)+《toe +^ 深空鏈路利用率為
丄"=
尸D〃
傳統(tǒng)cfdp協(xié)議中，傳輸x個(gè)數(shù)據(jù)文件，其文件傳輸時(shí)間與鏈路利
用率計(jì)算如下
' =1
此時(shí)應(yīng)用cfdp協(xié)議的深空文件傳輸時(shí)間為
鏈路利用率lu為丄yJV 7，
r
依照深空網(wǎng)絡(luò)特征對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，N=1000， PDU大小為1KB, 深空鏈路傳輸速率為2Mbps，可得7^u為0.0016s，通信對(duì)端 ;^為ls，
按照這些參數(shù)，得出用現(xiàn)有CFDP方法進(jìn)行深空文件傳輸時(shí)，深空文件 傳輸時(shí)間如圖3所示，用現(xiàn)有CFDP方法進(jìn)行深空文件傳輸時(shí)，深空網(wǎng) 絡(luò)鏈路利用率如圖4所示；用本發(fā)明進(jìn)行深空文件傳輸時(shí)，深空文件傳 輸時(shí)間如圖5所示，用本發(fā)明進(jìn)行深空文件傳輸時(shí)，深空網(wǎng)絡(luò)鏈路利用 率如圖6所示
從圖3和圖4可見，在采用現(xiàn)有CFDP協(xié)議進(jìn)行深空文件傳輸時(shí)， 深空文件傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，鏈路利用率較低。協(xié)議性能較差
從圖5和圖6可見，采用本發(fā)明在深空網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行文件傳輸，傳輸 時(shí)間明顯減少，深空網(wǎng)絡(luò)吞吐量明顯上升，并且隨著文件數(shù)目的增多， 深空鏈路利用率仍有提高，文件傳輸性能有明顯的改善
符號(hào)說明
PDU:協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 MPDU:控制信息協(xié)議單元。 EOF:文件結(jié)束標(biāo)志。
NAK:否定應(yīng)答。
FIN:文件結(jié)束標(biāo)志。
EOF (FIN)文件結(jié)束應(yīng)答標(biāo)志。 Fh傳輸文件。RT1:重傳文件單元。
N: —個(gè)文件中的PDU數(shù)目。
r， PDU傳輸時(shí)間。
;。,深空鏈路傳輸時(shí)延。
重傳的PDU數(shù)目。 X:傳輸文件數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種基于否定應(yīng)答的深空文件傳輸方法，包括(1)探測(cè)端向地球傳輸數(shù)據(jù)文件，接收端接收到文件后進(jìn)行應(yīng)答，為探測(cè)端提供未收到文件單元部分的信息；(2)接收端接收到應(yīng)答后，若此時(shí)有新文件等待傳輸，探測(cè)端將前一個(gè)文件中未收到的文件數(shù)據(jù)單元與當(dāng)前等待傳輸文件聯(lián)合發(fā)送至接收端，并在存儲(chǔ)空間中刪除前一文件，進(jìn)入步驟(3)；若此時(shí)沒有新文件等待傳輸，探測(cè)端根據(jù)應(yīng)答進(jìn)行重傳，接收端接收到重傳文件單元后發(fā)送文件結(jié)束標(biāo)志，探測(cè)端收到該結(jié)束標(biāo)志后回復(fù)應(yīng)答標(biāo)志，結(jié)束文件傳輸過程；(3)接收端收到聯(lián)合發(fā)送的文件后，向探測(cè)端發(fā)送應(yīng)答，探測(cè)端收到應(yīng)答后，將探測(cè)端與接收端之間的深空鏈路進(jìn)行更新切換，切換時(shí)，探測(cè)端保留前一個(gè)文件的應(yīng)答信息，并等待新的鏈路建立成功；(4)在深空鏈路切換成功后，探測(cè)端根據(jù)其保留的應(yīng)答信息，將出錯(cuò)文件單元與新的待傳文件單元組合在一起，并向接收端進(jìn)行連續(xù)發(fā)送，發(fā)送完畢后，將重傳文件從存儲(chǔ)單元中刪除；(5)接收端接收到新的待傳文件后，向探測(cè)端發(fā)送應(yīng)答，探測(cè)端與接收端返回步驟(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深空文件傳輸方法，其中步驟(1)所述的 數(shù)據(jù)文件，包括至少兩個(gè)文件，每個(gè)文件設(shè)有文件號(hào)，每個(gè)文件分為等長(zhǎng) 的文件單元，每一個(gè)文件單元設(shè)有單元號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深空文件傳輸方法，其中步驟(1)所述 的接收端接收到文件后進(jìn)行應(yīng)答，是接收端將文件傳輸過程中由于鏈路差 錯(cuò)而導(dǎo)致未正常接收的文件單元信息向探測(cè)端發(fā)送，其內(nèi)容包括出現(xiàn)傳輸 錯(cuò)誤的文件單元的文件號(hào)和單元號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深空文件傳輸方法，其中步驟(2)所述的 聯(lián)合發(fā)送，是探測(cè)端檢測(cè)到此時(shí)有新文件等待傳輸時(shí)，先將其拆分為文件 單元，并為其分配文件號(hào)和單元號(hào)，對(duì)文件進(jìn)行標(biāo)識(shí)；再將需要重傳的文 件單元與待傳輸?shù)男挛募卧M合在一起，向接收端連續(xù)發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于否定應(yīng)答的深空文件傳輸方法，涉及深空通信技術(shù)領(lǐng)域，用于提高深空網(wǎng)絡(luò)中文件傳輸性能。其傳輸步驟為探測(cè)器向接收端傳輸數(shù)據(jù)文件，接收端接收到文件后進(jìn)行否定應(yīng)答，為探測(cè)器提供未收到文件單元的應(yīng)答；隨后，探測(cè)器將前一個(gè)文件中未收到的數(shù)據(jù)單元與當(dāng)前傳輸文件聯(lián)合發(fā)送至接收端，接收端向探測(cè)器發(fā)送應(yīng)答；此時(shí)，深空鏈路進(jìn)行切換，探測(cè)器保留上一個(gè)文件的應(yīng)答信息，深空鏈路切換成功后根據(jù)應(yīng)答信息對(duì)出錯(cuò)文件單元進(jìn)行重傳，并聯(lián)合發(fā)送新的數(shù)據(jù)文件，直至成功結(jié)束傳輸。本發(fā)明具有深空鏈路利用率高以及深空文件傳輸時(shí)間小的優(yōu)點(diǎn)，可真正實(shí)現(xiàn)對(duì)深空鏈路資源的有效利用，用于深空網(wǎng)絡(luò)文件傳輸業(yè)務(wù)。
文檔編號(hào)H04L1/16GK101577613SQ20091002287
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者勤 劉, 吳成柯, 張文柱, 李建東, 李紅艷, 李維英, 敏 盛, 蔣嘯天, 趙林靖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)