專利名稱：一種深空dtn網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法。
背景技術(shù)：
作為未來(lái)空間數(shù)據(jù)通信協(xié)議架構(gòu)的演進(jìn)方案，CCSDS建議的容遲/斷網(wǎng)絡(luò)(DTN，Delay/Disruption Tolerant Networking)架構(gòu)由于其在處理多路徑通信，間斷傳輸，大時(shí)延，高誤碼率和資源共享等方面具有很強(qiáng)的能力，被越來(lái)越多的空間組織和機(jī)構(gòu)接受并作為未來(lái)星際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(IPN, Interplanetary Internet)的最具前景的協(xié)議架構(gòu)。DTN協(xié)議架構(gòu)采用BP(Bundle Protocol)層作為覆蓋層的方式，為解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)可靠傳輸問(wèn)題提供的一個(gè)途徑。保管傳輸機(jī)制作為BP層的顯著特點(diǎn)之一，它允許當(dāng)前節(jié)點(diǎn)將保證bundle數(shù)據(jù)塊向下完整傳輸?shù)娜蝿?wù)移交給下一個(gè)可見(jiàn)節(jié)點(diǎn)。但這一特性也為空間DTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的中間節(jié)點(diǎn)帶來(lái)了兩個(gè)主要挑戰(zhàn):(I)由于多session并發(fā)，中間節(jié)點(diǎn)需要更大的永久內(nèi)存，設(shè)計(jì)規(guī)劃DTN中間節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存開(kāi)銷對(duì)于提高空間數(shù)據(jù)通信質(zhì)量就變得尤為重要；(2)長(zhǎng)時(shí)間的鏈路中斷導(dǎo)致bundle數(shù)據(jù)單元在其生存周期內(nèi)無(wú)法順利的DTN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。因此，空間DTN通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存特性和能力就成為決定空間DTN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。現(xiàn)有的DTN網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存動(dòng)態(tài)特性相關(guān)分析方法包括(I)基于DTN Testbed試驗(yàn)分析法描述；(2) CCSDS文件傳輸協(xié)議(CFDP)框架內(nèi)的分析法描述(3)；地面DTN網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存特性分析方法描述。但是以上方法都各有不足。(I)基于DTNTestbed試驗(yàn)分析法:該方法由于通過(guò)僅僅通過(guò)試驗(yàn)的方法得來(lái)，缺乏對(duì)內(nèi)存與協(xié)議數(shù)據(jù)單元大小關(guān)系的精確衡量，試驗(yàn)的精度受試驗(yàn)設(shè)備精度，試驗(yàn)操作者個(gè)人因素等影響，且可移植性不高，同時(shí)該方法依靠簡(jiǎn)單的原理公式僅能進(jìn)行分析干擾較少的源節(jié)點(diǎn)內(nèi)存問(wèn)題的進(jìn)行分析，而深空DTN網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸影響最大的還是中間節(jié)點(diǎn)，故現(xiàn)實(shí)意義不高。(2)CCSDS文件傳輸協(xié)議(CFDP)框架內(nèi)的分析法:首先，對(duì)深空鏈路間斷鏈接考慮過(guò)于簡(jiǎn)單，對(duì)Ka波段鏈路的特性沒(méi)能較全面的分析，其次基于CCSDS文件傳輸協(xié)議框架的分析方法在分析DTN框架內(nèi)的中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存問(wèn)題時(shí)存在不適應(yīng)性，而DTN網(wǎng)絡(luò)框架作為CCSDS空間數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)，分析其中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的模型更具有實(shí)際價(jià)值。(3)地面DTN網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存特性分析方法:由于地面通信環(huán)境不涉及深空環(huán)境的超長(zhǎng)距離，大時(shí)延，高誤碼率，間斷連接以及上、下行鏈路不對(duì)稱等困難，該分析方法缺乏對(duì)極端惡劣環(huán)境的考慮，參數(shù)設(shè)置和建模方法不適合深空DTN中間節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存動(dòng)態(tài)特性分析。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種通過(guò)實(shí)時(shí)評(píng)估深空DTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存情況和數(shù)據(jù)成功投遞概率來(lái)指導(dǎo)深空數(shù)據(jù)的多跳傳輸過(guò)程的方法。本發(fā)明深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法包括以下步驟:步驟(a):源節(jié)點(diǎn)將需要傳輸?shù)奈募鸱殖扇舾蓚€(gè)bundle數(shù)據(jù)單元；每一個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元分為紅色數(shù)據(jù)片段和綠色數(shù)據(jù)片段，所述紅色數(shù)據(jù)片段為需要保證其被可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分，而綠色數(shù)據(jù)片段部分為可容忍丟失的數(shù)據(jù)部分，所述bundle數(shù)據(jù)單元經(jīng)歷n跳向目的節(jié)點(diǎn)傳輸；步驟(b):1個(gè)并行session中的每一個(gè)數(shù)據(jù)片段按照先入先出機(jī)制在傳輸隊(duì)列中排隊(duì)進(jìn)行傳輸；一旦數(shù)據(jù)片段到達(dá)通信節(jié)點(diǎn)i，該通信節(jié)點(diǎn)就會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)片段進(jìn)行完整性校驗(yàn)并向上一節(jié)點(diǎn)發(fā)送重傳請(qǐng)求，請(qǐng)求重傳丟失的數(shù)據(jù)片段，節(jié)點(diǎn)1-1收到節(jié)點(diǎn)i的重傳請(qǐng)求后進(jìn)行步驟(C)步驟(c):對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)存資源占用情況以及DTN的bundle數(shù)據(jù)單元的成功投遞概率進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估；步驟(d):若成功投遞概率大于0.5，則節(jié)點(diǎn)1-1繼續(xù)向節(jié)點(diǎn)i發(fā)送丟失的紅色數(shù)據(jù)片段，傳輸過(guò)程反復(fù)重復(fù)步驟(b)和(C)，直達(dá)能夠完整恢復(fù)整個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元，進(jìn)而完成整個(gè)文件從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多跳數(shù)據(jù)傳輸，關(guān)閉傳輸鏈路。進(jìn)一步的，所述步驟(a)中，所述bundle數(shù)據(jù)單元的大小、源和目的ID信息封裝在紅色數(shù)據(jù)片段中。進(jìn)一步的，所述步驟(C)中，DTN網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存動(dòng)態(tài)變化特性滿足以下公式:Bk+1 = Bk+ck—up_Ek—d_Sk+1 — Sk+Nk—down-Ek—down其中，K表示相鄰兩個(gè)DTN通信節(jié)點(diǎn)間第k個(gè)傳輸pass ；up表示節(jié)點(diǎn)i_l到節(jié)點(diǎn)i的傳輸過(guò)程；down表示節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1的傳輸過(guò)程；Bk表示Pass K開(kāi)始時(shí),節(jié)點(diǎn)i內(nèi)存中的bundles數(shù)量；Ck—up表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i_l到節(jié)點(diǎn)i完成了多少bundles的傳輸；Ck up(j)表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)1-1到節(jié)點(diǎn)i完成的j次往返傳輸后就完成整個(gè)bundles (sessions)個(gè)數(shù)；Ek—d_表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1完成的傳輸?shù)腷undles (sessions)個(gè)數(shù)， 即從內(nèi)存中擦除了 bundles (sessions)的個(gè)數(shù)；Ek—d_(j)表示Pass K過(guò)程中,節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1完成的j次往返傳輸后就完成整個(gè)session傳輸然后被擦除的session個(gè)數(shù)；Sk表示Pass K開(kāi)始時(shí),有多少個(gè)sessions正在進(jìn)行；Sk(j)表示PassK開(kāi)始時(shí)，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1完成j次往返傳輸?shù)膕essions的個(gè)數(shù)；Nk—d_表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1新開(kāi)始的sessions的個(gè)數(shù)。進(jìn)一步的,所述步驟(C)中，bundle數(shù)據(jù)單元在節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)存占用時(shí)間的期望E(TB(i) ot|Pa)滿足以下公式:E (Tg(J) ot I Pa) — E (Te(J) arrival I Pa) +E (Tb⑴—(^parture | Pa)其中E(TB(i) mival|Pa)表示第i個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元在給定Pa下，節(jié)點(diǎn)i “來(lái)過(guò)程”的文件傳輸時(shí)延期望，E(TB(i) departure|Pa)表示第i個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元在給定Pa下,節(jié)點(diǎn)
i“去過(guò)程”的文件傳輸時(shí)延期望。進(jìn)一步的，所述步驟(C)中，單個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元在某一通信節(jié)點(diǎn)i的“來(lái)過(guò)程”的內(nèi)存占用時(shí)延的期望滿足以下公式:E (Tarrival I Pa) = (N Ts+E (CP_DEIIVERY_TIME) +E (RTJlME)) /Pa其中Ts表示每個(gè)紅色數(shù)據(jù)片的發(fā)送時(shí)間，N表示有一個(gè)bundle塊中紅色數(shù)據(jù)片段的個(gè)數(shù)；E(CP_DELIVERY_TME)表示CP或EORP傳輸成功所需時(shí)間的期望，E (RTJlME)表示所有紅色數(shù)據(jù)片段傳輸成功所需重傳時(shí)間的期望。進(jìn)一步的，所述步驟(C)中，DTN網(wǎng)絡(luò)Bundle數(shù)據(jù)單元的傳輸全過(guò)程總的時(shí)延期望滿足以下公式:
權(quán)利要求
1.一種深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟(a):源節(jié)點(diǎn)將需要傳輸?shù)奈募鸱殖扇舾蓚€(gè)bundle數(shù)據(jù)單元；每一個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元分為紅色數(shù)據(jù)片段和綠色數(shù)據(jù)片段，所述紅色數(shù)據(jù)片段為需要保證其被可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分，而綠色數(shù)據(jù)片段部分為可容忍丟失的數(shù)據(jù)部分，所述bundle數(shù)據(jù)單元經(jīng)歷n跳向目的節(jié)點(diǎn)傳輸； 步驟(b):1個(gè)并行session中的每一個(gè)數(shù)據(jù)片段按照先入先出機(jī)制在傳輸隊(duì)列中排隊(duì)進(jìn)行傳輸；一旦數(shù)據(jù)片段到達(dá)通信節(jié)點(diǎn)i，該通信節(jié)點(diǎn)就會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)片段進(jìn)行完整性校驗(yàn)并向上一節(jié)點(diǎn)發(fā)送重傳請(qǐng)求，請(qǐng)求重傳丟失的數(shù)據(jù)片段，節(jié)點(diǎn)i_l收到節(jié)點(diǎn)i的重傳請(qǐng)求后進(jìn)行步驟(C) 步驟(c):對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)存資源占用情況以及DTN的bundle數(shù)據(jù)單元的成功投遞概率進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估； 步驟(d):若成功投遞概率大于0.5，則節(jié)點(diǎn)1-1繼續(xù)向節(jié)點(diǎn)i發(fā)送丟失的紅色數(shù)據(jù)片段，傳輸過(guò)程反復(fù)重復(fù)步驟(b)和(C)，直達(dá)能夠完整恢復(fù)整個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元，進(jìn)而完成整個(gè)文件從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多跳數(shù)據(jù)傳輸，關(guān)閉傳輸鏈路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(a)中，所述bundle數(shù)據(jù)單元的大小、源和目的ID信息封裝在紅色數(shù)據(jù)片段中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(c)中，DTN網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)存動(dòng)態(tài)變化特性滿足以下公式: Bk+i — Bk+Ck—up-Ek—d_ Sk+l Sk+Nk—down Ek—down 其中，K表示相鄰兩個(gè)DTN通信節(jié)點(diǎn)間第k個(gè)傳輸pass ；up表示節(jié)點(diǎn)i_l到節(jié)點(diǎn)i的傳輸過(guò)程；down表示節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1的傳輸過(guò)程；Bk表示Pass K開(kāi)始時(shí)，節(jié)點(diǎn)i內(nèi)存中的bundles數(shù)量；Ck—up表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i_l到節(jié)點(diǎn)i完成了多少bundles的傳輸；Ck up(j)表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i_l到節(jié)點(diǎn)i完成的j次往返傳輸后就完成整個(gè)bundles (sessions)個(gè)數(shù)；Ek—d_表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1完成的傳輸?shù)腷undles (sessions)個(gè)數(shù)，即從內(nèi)存中擦除了 bundles (sessions)的個(gè)數(shù)；Ek—d_(j)表示Pass K過(guò)程中,節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1完成的j次往返傳輸后就完成整個(gè)session傳輸然后被擦除的session個(gè)數(shù)；Sk表示Pass K開(kāi)始時(shí),有多少個(gè)sessions正在進(jìn)行；Sk(j)表示PassK開(kāi)始時(shí)，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1完成j次往返傳輸?shù)膕essions的個(gè)數(shù)；Nk—d_表示Pass K過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1新開(kāi)始的sessions的個(gè)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(c)中，bundle數(shù)據(jù)單元在節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)存占用時(shí)間的期望E(TB(i) ^Pa)滿足以下公式: E (TB(i)_ot I Pa) = E (Tb⑴-arrival I )+E (Tb ⑴―departure I Pa) 其中E (Tb⑴a ival I Pa)表示第i個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元在給定Pa下，節(jié)點(diǎn)i “來(lái)過(guò)程”的文件傳輸時(shí)延期望，E(TB(i) departure |Pa)表示第i個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元在給定Pa下,節(jié)點(diǎn)i “去過(guò)程”的文件傳輸時(shí)延期望。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(c)中，單個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元在某一通信節(jié)點(diǎn)i的“來(lái)過(guò)程”的內(nèi)存占用時(shí)延的期望滿足以下公式: E (Tarrival I Pa) = (N Ts+E (CP_DELIVERY_TIME) +E (RT_TIME)) /Pa其中Ts表示每個(gè)紅色數(shù)據(jù)片的發(fā)送時(shí)間，N表示有一個(gè)bundle塊中紅色數(shù)據(jù)片段的個(gè)數(shù)；E(CP_DELIVERY_TME)表示CP或EORP傳輸成功所需時(shí)間的期望，E (RTJlME)表示所有紅色數(shù)據(jù)片段傳輸成功所需重傳時(shí)間的期望。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(c)中，DTN網(wǎng)絡(luò)Bundle數(shù)據(jù)單元的傳輸全過(guò)程總的時(shí)延期望滿足以下公式:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(c)中，DTN網(wǎng)絡(luò)Bundle數(shù)據(jù)單元成功投遞概率滿足以下公式:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，其特征在于:所述步驟(d)中，到達(dá)節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)將被備份在節(jié)點(diǎn)i的永久內(nèi)存里，以供節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1間通信可見(jiàn)時(shí)使用，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)i+1的傳輸過(guò)程完畢后，節(jié)點(diǎn)i將把成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從永久內(nèi)存中擦除。
全文摘要
本發(fā)明提供一種深空DTN網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸方法，包括以下步驟步驟(a)源節(jié)點(diǎn)將需要傳輸?shù)奈募鸱殖扇舾蓚€(gè)bundle數(shù)據(jù)單元；步驟(b)i個(gè)并行session中的每一個(gè)數(shù)據(jù)片段進(jìn)行傳輸及重傳；步驟(c)對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i的內(nèi)存資源占用情況以及DTN的bundle數(shù)據(jù)單元的成功投遞概率進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估；步驟(d)若成功投遞概率大于0.5，則節(jié)點(diǎn)i-1繼續(xù)向節(jié)點(diǎn)i發(fā)送丟失的紅色數(shù)據(jù)片段，傳輸過(guò)程反復(fù)重復(fù)步驟(b)和(c)，直達(dá)能夠完整恢復(fù)整個(gè)bundle數(shù)據(jù)單元，進(jìn)而完成整個(gè)文件從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多跳數(shù)據(jù)傳輸，關(guān)閉傳輸鏈路。本發(fā)明由于應(yīng)用不局限與特定場(chǎng)景，具有更高的可移植性，且在本發(fā)明指導(dǎo)下進(jìn)行的各層協(xié)議數(shù)據(jù)大小合理設(shè)置，可以獲得高效率、低延遲和高成功投遞概率的深空文件多跳傳輸。
文檔編號(hào)H04L1/18GK103095438SQ20131000762
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者楊志華, 焦健, 張欽宇, 李紅兵, 李惠媛, 王斌, 羅輝, 王鑫 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院