Dtn網(wǎng)絡(luò)中基于cfdp的中繼文件傳輸方法
【專利摘要】DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，屬于通信領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有深空通信性能不好的問(wèn)題。所述傳輸方法：發(fā)送節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包；發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)返回的NAK，進(jìn)行第一階段重發(fā)；當(dāng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進(jìn)行第二階段重發(fā)；中繼節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)，若出現(xiàn)丟包，反饋相應(yīng)NAK至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；根據(jù)返回的NAK，進(jìn)行重發(fā)；發(fā)送節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)接收，若出現(xiàn)丟包，將相應(yīng)NAK返回，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過(guò)繪圖還原成圖片文件。本發(fā)明用于深空通信。
【專利說(shuō)明】
DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種中繼鏈路數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在深空探測(cè)中，傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到瓶頸，未來(lái)深空通信系統(tǒng)更趨于 采用鏈路中繼技術(shù)。近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和人們應(yīng)用需求的不斷增加，出現(xiàn)了一類 新的網(wǎng)絡(luò)。這類網(wǎng)絡(luò)往往存在節(jié)點(diǎn)能力低下，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常斷開(kāi)，數(shù)據(jù)往返延時(shí)長(zhǎng)等特點(diǎn)。在這 種背景下，延時(shí)容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay/Disrupted Tolerant Networks，DTN)應(yīng)運(yùn)而生。研究在這 種受限網(wǎng)絡(luò)與鏈路體系下的數(shù)據(jù)傳輸思想，具有重要的意義。與此同時(shí)，地面段、地空段以 及航天器之間可能采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而每種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都最適合特定的應(yīng)用環(huán)境。在各 種網(wǎng)絡(luò)的傳輸層與應(yīng)用層之間插入一個(gè)集束層提供"覆蓋"協(xié)議，正是DTN重要的體系結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明以火星至地球站中繼鏈路通信的實(shí)驗(yàn)床為基礎(chǔ)，致力于研究基于CFDP的中繼鏈路傳 輸協(xié)議以提高傳輸鏈路的性能。比較普通模式與基于CFDP的中繼傳輸模式的文件傳輸時(shí)延 與信道時(shí)延，文件傳輸時(shí)延與丟包率的關(guān)系、數(shù)據(jù)成功到達(dá)率、數(shù)據(jù)傳輸速率以及有效速率 等傳輸性能。
[0003] 目前的技術(shù)主要集中于以TCP和UDP為傳輸層協(xié)議進(jìn)行發(fā)送和接受束，并進(jìn)行匯聚 和Bundle層的傳輸，但幾乎沒(méi)有人基于CFDP協(xié)議的對(duì)DTN的網(wǎng)絡(luò)在傳輸層，匯聚層以及 Bundle層進(jìn)行研究與發(fā)明。本發(fā)明則以此為重點(diǎn)進(jìn)行發(fā)明。
[0004] DTN結(jié)構(gòu)能否成功的應(yīng)用于衛(wèi)星通信和深空通信已經(jīng)得到證實(shí)，使用DTN作為衛(wèi)星 通信的替代網(wǎng)絡(luò)將其與地面網(wǎng)絡(luò)通信，并且取得了成功。在深空通信中，比較DTN使用不同 的匯聚層協(xié)議所得的數(shù)據(jù)傳輸性能，有一些考慮了非對(duì)稱、長(zhǎng)延時(shí)等深空環(huán)境的特點(diǎn)。但是 這些研究的重點(diǎn)都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取使用不同匯聚協(xié)議時(shí)獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅軈?shù)，而沒(méi)有 任何數(shù)學(xué)模型的理論推導(dǎo)。同時(shí)，我國(guó)在國(guó)家自然科學(xué)基金領(lǐng)域安排了移動(dòng)DTN的基礎(chǔ)理論 和關(guān)鍵技術(shù)研究方面的一些課題，研究主要集中在路由增強(qiáng)算法、異步角度下的路由決策 問(wèn)題、基于選擇復(fù)制的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸策略和鏈路中斷的統(tǒng)計(jì)特性問(wèn)題，研究基本處于理論 階段，沒(méi)有具體的可操作性規(guī)范，對(duì)于深空通信中的應(yīng)用研究也非常少。
[0005] 近年來(lái)深空通信團(tuán)隊(duì)，尤其是地球和火星之間的通信，普遍使用中繼作為橋梁以 便存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)作為中繼的飛行器從行星傳輸?shù)降厍?。圖1描述的是一種典型 的基于中繼星際互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即火星和地球的通信通過(guò)中繼來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的中繼實(shí)現(xiàn) 方法有兩種：一種是由接近地球軌道的航天器充當(dāng)中繼，如圖1中的地球軌道飛行器，還有 一種是由接近行星軌道的航天器充當(dāng)中繼，如圖1中的火星軌道飛行器。本發(fā)明是以火星至 地球站中繼鏈路通信的實(shí)驗(yàn)床為基礎(chǔ)，致力于研究基于CFDP的中繼鏈路傳輸協(xié)議以提高傳 輸鏈路的性能。比較普通模式與基于CFDP的中繼傳輸模式的文件傳輸時(shí)延與信道時(shí)延，文 件傳輸時(shí)延與丟包率的關(guān)系、數(shù)據(jù)成功到達(dá)率、數(shù)據(jù)傳輸速率以及有效速率等傳輸性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有深空通信性能不好的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種DTN網(wǎng) 絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法。
[0007] 本發(fā)明的DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，所述傳輸方法為：
[0008]發(fā)送節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，每 一個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包都含有一個(gè)特殊的域，該域標(biāo)明這個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包所攜帶 的文件內(nèi)容的起始位和終止位；
[0009]發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程為:將文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)，在傳輸過(guò)程中， 實(shí)時(shí)檢測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)返回的NAK，根據(jù)NAK，將相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進(jìn)行第一階段重發(fā)； NAK中特定的域標(biāo)明了丟失后需要重傳的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列信息，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)段 元丟失時(shí)，該段內(nèi)容為空；當(dāng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進(jìn)行第二 階段重發(fā)；
[0010]中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)流程為:實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點(diǎn)，若 出現(xiàn)丟包，反饋相應(yīng)NAK至發(fā)送節(jié)點(diǎn);根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)返回的NAK，將相應(yīng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包 進(jìn)行重發(fā)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0011]發(fā)送節(jié)點(diǎn)的接收流程:實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若出現(xiàn)丟包，將相應(yīng)NAK返 回至中繼節(jié)點(diǎn)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過(guò)繪 圖還原成圖片文件。
[0012] 所述發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程具體包括如下步驟：
[0013] 步驟Al:發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，不需要等待接收節(jié)點(diǎn)返回確認(rèn)信息，開(kāi)始發(fā) 送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包;所述元數(shù)據(jù)包內(nèi)含待發(fā)送文件名稱、文件大小、源和目的ID信息；
[0014] 步驟A2:實(shí)時(shí)檢測(cè)接收到的NAK，判斷NAK是否等于1，若是，根據(jù)NAK，發(fā)送相應(yīng)文件 數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進(jìn)行第一階段重發(fā)，若否，繼續(xù)發(fā)送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，重復(fù)該步驟，直 至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送，發(fā)送EOFl，轉(zhuǎn)入步驟A3;
[0015]步驟A3:檢測(cè)是否在設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收到EOFl-ACK，若否，重新發(fā)送E0F1;若是，轉(zhuǎn)入 步驟A4;
[0016] 步驟A4:當(dāng)收到返回的NAK，根據(jù)NAK，發(fā)送相應(yīng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進(jìn)行第二階 段重發(fā)；
[0017] 步驟A5:當(dāng)收到FINl，將FINl-ACK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送流程結(jié)束；
[0018] 所述中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流程具體包括如下步驟：
[0019] 步驟Bl:中繼節(jié)點(diǎn)建立存儲(chǔ)文件指針；
[0020] 步驟B2:判斷接收到是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，若是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 執(zhí)行步驟B3至步驟B5，若是接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟B6至步驟B7;
[0021] 步驟B3:當(dāng)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)至接收節(jié)點(diǎn)，當(dāng)檢 測(cè)到丟包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0022] 步驟M:當(dāng)接收到EOFl，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)反饋E0F1-ACK，向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送E0F2,檢測(cè)丟 包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0023]步驟B5:當(dāng)已經(jīng)接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，發(fā)送FINl至發(fā)送節(jié)點(diǎn)，當(dāng)接收 到FINl-ACK，與發(fā)送節(jié)點(diǎn)交互結(jié)束；
[0024]步驟B6:當(dāng)接收到接收節(jié)點(diǎn)反饋回的NAK，根據(jù)返回的NAK，發(fā)送相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)單 元數(shù)據(jù)包；
[0025] 步驟B7:當(dāng)接收到FIN2，將FIN2-ACK反饋至接收節(jié)點(diǎn)，與接收節(jié)點(diǎn)交互結(jié)束；
[0026] 接收節(jié)點(diǎn)的接收流程具體包括如下步驟：
[0027] 步驟Cl:接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，同時(shí)執(zhí)行步驟C2至步驟C4;
[0028] 步驟C2:當(dāng)檢測(cè)到丟包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)；
[0029] 步驟C3:對(duì)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖，還原成圖片文件，轉(zhuǎn)入步驟 C5；
[0030] 步驟C4:當(dāng)接收至ljE0F2，向中繼節(jié)點(diǎn)反饋E0F2-ACK，轉(zhuǎn)入步驟C5:
[0031 ]步驟C5:檢測(cè)是否丟包，若是，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步 驟C6;若否，轉(zhuǎn)入步驟C7;
[0032]步驟C6:繼續(xù)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，對(duì)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪 圖，還原成圖片文件；
[0033]步驟C7:判斷是否接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若是，發(fā)送FIN2至中繼節(jié) 點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步驟C8;若否，轉(zhuǎn)入步驟C5;
[0034] 步驟C8:當(dāng)接收到FIN2-ACK，傳輸結(jié)束。
[0035]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明采用新的冗余數(shù)據(jù)自動(dòng)重傳機(jī)制，以加強(qiáng)鏈路高 錯(cuò)誤率下的可靠傳輸效能，實(shí)驗(yàn)證明，在深空高丟包率的情況下，本發(fā)明DTN網(wǎng)絡(luò)中基于 CFDP的中繼文件傳輸方法的總時(shí)延大幅優(yōu)于普通模式。隨著丟包率的逐漸增大，較于普通 模式，本發(fā)明DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法呈現(xiàn)了越來(lái)越好的性能。通過(guò)仿真發(fā) 現(xiàn)，在高丟包率、長(zhǎng)時(shí)延的情況下，基于CFDP的中繼模式在鏈路傳輸文件的數(shù)個(gè)性能指標(biāo) 中，如文件傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)成功到達(dá)率以及數(shù)據(jù)傳輸有效速率等性能方面有著顯著提高，從 而很好地彌補(bǔ)了 TCP協(xié)議在深空通信鏈路中性能極具惡化，UDP在深空通信鏈路中不夠可靠 的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1為試驗(yàn)床模型的原理示意圖。
[0037]圖2為基于CFDP的中繼傳輸機(jī)制示意圖。
[0038] 圖3為【具體實(shí)施方式】中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程的流程示意圖。
[0039] 圖4為【具體實(shí)施方式】中中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)流程的流程示意圖。
[0040] 圖5為【具體實(shí)施方式】中接收節(jié)點(diǎn)的接收流程的流程示意圖。圖6為不同丟包率下， 基于CFDP的中繼文件傳輸方法和普通模式的文件傳輸時(shí)延的對(duì)比。
[0041 ]圖7為不同信道時(shí)延下，基于CFDP的中繼文件傳輸方法和普通模式的的文件傳輸 時(shí)延的對(duì)比。
[0042] 圖8為信道時(shí)延為Is時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸總速率與丟包率的關(guān)系。
[0043] 圖9為信道時(shí)延為Is時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸有效速率與丟包率的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本實(shí)施方式是以火星至地球站中繼鏈路通信的實(shí)驗(yàn)床為基礎(chǔ)，結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí) 施方式的DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法；
[0045]本實(shí)施方式中的數(shù)據(jù)包格式如表1:包頭信息30字節(jié)，數(shù)據(jù)包信息1000字節(jié)。
[0046]表1數(shù)據(jù)包格式
[0050]傳輸機(jī)制基于CFDP進(jìn)行存儲(chǔ)和自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)，采用新的冗余數(shù)據(jù)自動(dòng)重傳機(jī)制，如圖2 所示。
[0051]發(fā)送節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，即： 要發(fā)送的文件包括元數(shù)據(jù)包和文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，元數(shù)據(jù)包內(nèi)含文件名稱、文件大小、源 和目的ID信息。每一個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包都含有一個(gè)特殊的域，該域標(biāo)明這個(gè)文件數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù)包所攜帶的文件內(nèi)容的起始位和終止位；
[0052]發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程為:首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，但它和大部分文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包 一樣，沒(méi)有確認(rèn)信息，也就是說(shuō)發(fā)送節(jié)點(diǎn)不需要等待接收節(jié)點(diǎn)返回確認(rèn)信息，無(wú)論元數(shù)據(jù)包 被成功接收與否，發(fā)送節(jié)點(diǎn)都會(huì)在發(fā)出元數(shù)據(jù)包之后繼續(xù)傳輸文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包。即發(fā) 送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)不需要握手便可開(kāi)始傳輸文件，這在深空中將節(jié)省大量時(shí)間。每一個(gè)數(shù) 據(jù)單元頭部都標(biāo)有源ID。將文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)，在傳輸過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè) 中繼節(jié)點(diǎn)返回的NAK，根據(jù)NAK，將相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進(jìn)行第一階段重發(fā);NAK中特 定的域標(biāo)明了丟失后需要重傳的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列信息，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)段元丟失 時(shí)，該段內(nèi)容為空；當(dāng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進(jìn)行第二階段重 發(fā)；
[0053]中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)流程為:實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點(diǎn)，若 出現(xiàn)丟包，反饋相應(yīng)NAK至發(fā)送節(jié)點(diǎn);根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)返回的NAK，將相應(yīng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包 進(jìn)行重發(fā)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0054] 接收節(jié)點(diǎn)的接收流程:如果接收節(jié)點(diǎn)接收到了一個(gè)標(biāo)有新ID的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù) 包，就代表一個(gè)新的文件傳輸開(kāi)始了。
[0055] 實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若出現(xiàn)丟包，將相應(yīng)NAK返回至中繼節(jié)點(diǎn)，直至文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過(guò)繪圖還原成圖片文件。 [0056]接收節(jié)點(diǎn)通過(guò)檢查已經(jīng)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列就可以確定哪些文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗了。同時(shí)進(jìn)行重傳來(lái)保證信息的可靠性。
[0057]如圖3所示，發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程具體包括如下步驟：
[0058] 步驟Al:發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，不需要等待接收節(jié)點(diǎn)返回確認(rèn)信息，開(kāi)始發(fā) 送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包;所述元數(shù)據(jù)包內(nèi)含待發(fā)送文件名稱、文件大小、源和目的ID信息；
[0059] 步驟A2:實(shí)時(shí)檢測(cè)接收到的NAK，判斷NAK是否等于1，若是，根據(jù)NAK，發(fā)送相應(yīng)文件 數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進(jìn)行第一階段重發(fā)，若否，繼續(xù)發(fā)送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，重復(fù)該步驟，直 至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送，發(fā)送EOFl，轉(zhuǎn)入步驟A3;
[0060] 步驟A3:檢測(cè)是否在設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收到EOFl-ACK，若否，重新發(fā)送E0F1;若是，轉(zhuǎn)入 步驟A4;
[0061] 步驟A4:當(dāng)收到返回的NAK，根據(jù)NAK，發(fā)送相應(yīng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進(jìn)行第二階 段重發(fā)；
[0062] 步驟A5:當(dāng)收到FINl，將FINl-ACK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送流程結(jié)束；
[0063] 如圖4所示，中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流程具體包括如下步驟：
[0064] 步驟Bl:中繼節(jié)點(diǎn)建立存儲(chǔ)文件指針；
[0065] 步驟B2:判斷接收到是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，若是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 執(zhí)行步驟B3至步驟B5，若是接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟B6至步驟B7;
[0066] 步驟B3:當(dāng)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)至接收節(jié)點(diǎn)，當(dāng)檢 測(cè)到丟包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0067] 步驟M:當(dāng)接收到EOFl，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)反饋E0F1-ACK，向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送E0F2,檢測(cè)丟 包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點(diǎn)；
[0068]步驟B5:當(dāng)已經(jīng)接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，發(fā)送FINl至發(fā)送節(jié)點(diǎn)，當(dāng)接收 到FINl-ACK，與發(fā)送節(jié)點(diǎn)交互結(jié)束；
[0069]步驟B6:當(dāng)接收到接收節(jié)點(diǎn)反饋回的NAK，根據(jù)返回的NAK，發(fā)送相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)單 元數(shù)據(jù)包；
[0070]步驟B7:當(dāng)接收到FIN2，將FIN2-ACK反饋至接收節(jié)點(diǎn)，與接收節(jié)點(diǎn)交互結(jié)束；
[0071] 如圖5所示，接收節(jié)點(diǎn)的接收流程具體包括如下步驟：
[0072] 步驟Cl:接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，同時(shí)執(zhí)行步驟C2至步驟C4;
[0073] 步驟C2:當(dāng)檢測(cè)到丟包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)；
[0074] 步驟C3:對(duì)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖，還原成圖片文件，轉(zhuǎn)入步驟 C5；
[0075] 步驟C4:當(dāng)接收到E0F2，向中繼節(jié)點(diǎn)反饋E0F2-ACK，轉(zhuǎn)入步驟C5:
[0076] 步驟C5:檢測(cè)是否丟包，若是，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步 驟C6;若否，轉(zhuǎn)入步驟C7;
[0077] 步驟C6:繼續(xù)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，對(duì)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪 圖，還原成圖片文件；
[0078]步驟C7:判斷是否接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若是，發(fā)送FIN2至中繼節(jié) 點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步驟C8;若否，轉(zhuǎn)入步驟C5;
[0079] 步驟C8:當(dāng)接收到FIN2-ACK，傳輸結(jié)束。
[0080]首先，對(duì)這種模式兩輪交互時(shí)間進(jìn)行估算，需要對(duì)變量進(jìn)行一些說(shuō)明：假設(shè)N為文 件傳輸過(guò)程中文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包PDU的個(gè)數(shù)，包括元數(shù)據(jù)包MPDU，Lpdu為每個(gè)PDU的長(zhǎng)度， Pe為鏈路誤碼率，Leqf為EOF PDU的長(zhǎng)度，1\_代表單鏈路傳輸時(shí)延，Tpdu代表傳輸PDU所需的 時(shí)間，Tack代表傳輸NAK所需的時(shí)間，T eqf代單鏈路傳輸EOF所需的時(shí)間，Tack-Eof代表單鏈路傳 輸ACK-EOF所需的時(shí)間，Td-eof為EOF傳輸時(shí)間，P ePDU代表兩條前向鏈路中PDU的差錯(cuò)概率， PeEOF代表傳輸EOF的差錯(cuò)概率，PeNAK代表傳輸NAK的差錯(cuò)概率。所有的數(shù)據(jù)PDU的長(zhǎng)度以及誤 碼率都相同且所有的NAK的長(zhǎng)度以及誤碼率都相同。那么單鏈路PDU發(fā)生差錯(cuò)的概率P ePDU以 及PeEQF與誤碼率Pe的關(guān)系分別為
[0081 ] PePDU = I - ( I -pe ) LPDU , peE0F = I - ( I -Pe ) LEOF (I)
[0082] Tinc表示第一階段傳輸時(shí)延，Tinc的期望為
[0083] E(Tinc)=2NXTpDU+E(TD-E〇F) (2)
[0084] 設(shè)E(TlEQF)為接收端成功接收到EOF時(shí)，發(fā)送端總共發(fā)送EOF的次數(shù)，那么可知E (Heof)的期望為
[0092] Tdef表示第二階段傳輸時(shí)延，假設(shè)整個(gè)Tdef階段兩個(gè)鏈路的重傳交互次數(shù)分別為Ml和M2,那么，N個(gè)PDU數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)Tinc階段后，仍然需要進(jìn)行重傳交互的PDU個(gè)數(shù)2Y的期望為
[0085]
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0093]
[0094] 進(jìn)入Tdef階段后，不得不考慮NAK的差錯(cuò)概率PeNM，因此，在Tdef階段單鏈路rou的交 互失敗概率P ef為
[0095] Pef=I-(I-PePDu)(I-PeNAK) (8)
[0096] 已知Tdef階段所需交互的總包數(shù)為2Y，從上式已知Pef，我們需要知道Tdef階段NV + N2'個(gè)數(shù)據(jù)包交互完成時(shí)重傳交互次數(shù)M的期望。
[0097] 假設(shè)N/為經(jīng)i汝重傳奪百后所垂丨丨會(huì)的仍需重傳的包數(shù)的期望值，貝丨J有
[0098]
[0099] 假設(shè)經(jīng)Mli次重傳交互后，令N1"為NI/個(gè)數(shù)據(jù)包經(jīng)Mli次重傳交互剩余包數(shù)的期望， Mli滿足如下兩個(gè)關(guān)系 [0100]
[0101] 那么，剩余ΝΓ個(gè)數(shù)據(jù)包交互完畢的次數(shù)的期望Ml2為
[0102]
(9)
[0103]那么就可求NV個(gè)數(shù)據(jù)包在整個(gè)Tdef階段的重傳交互次數(shù)Ml的期望值為
[0104] E(Ml) =M1i+M12 (10)
[0105] 已知在第一鏈路Tdef階段的重傳交互次數(shù)M，在單鏈路每一次的交互過(guò)程中，第一 鏈路第i次交互階段的時(shí)延T spurt (i)為
[0106]
(11)
[0107] 整個(gè)重傳階段的時(shí)延Tdef由M次的交互階段時(shí)延及Tack-EOF組成，即
[0108]
[0109] 已知Tdef階段需要重傳的包數(shù)為YY個(gè)rou的正確發(fā)送來(lái)自于所有交互階段重發(fā) 的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)包差錯(cuò)概率為p e?的信道所得，可得
[0110]
[0111]
[0112]
[0113] 總時(shí)延Tme的期望值為
[0114] E(Tfile) =E(Tinc)+E(Tdef) (14)
[0115] 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:為了對(duì)比普通模式以及本實(shí)施方式的DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件 傳輸方法的性能，需要統(tǒng)計(jì)一些性能參數(shù)。這些參數(shù)有:數(shù)據(jù)端到端平均時(shí)延、數(shù)據(jù)成功到 達(dá)率和用戶數(shù)據(jù)速率。實(shí)驗(yàn)床中仿真中的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)下表。
[0116] 表3仿真參數(shù)設(shè)置
[0118] 發(fā)送數(shù)據(jù)包總時(shí)延與丟包率間的關(guān)系
[0119] 在鏈路a與鏈路b不同丟包率下，對(duì)實(shí)驗(yàn)床的文件傳輸時(shí)延進(jìn)行測(cè)量，每組數(shù)據(jù)測(cè) 十個(gè)，取平均值，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如圖6。
[0120] 由圖6,在丟包率較低的情況下，二者網(wǎng)絡(luò)通信情況類似，此時(shí)基于CFDP的中繼傳 輸模式和普通模式傳輸文件的時(shí)延基本一致。當(dāng)信道a與信道b丟包率逐漸增大時(shí)，即越來(lái) 越接近于深空通信的通信條件時(shí)，兩者的時(shí)延差距在不斷增大。說(shuō)明在深空高丟包率的情 況下，于CFDP的中繼傳輸模式具有很強(qiáng)的研究?jī)r(jià)值。
[0121] 下面，將從理論和實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)綜合分析傳輸文件的總時(shí)延。
[0122] 表4重傳次數(shù)與到達(dá)概率
[0124] 將時(shí)延和丟包率全部設(shè)置為零，此時(shí)基于CFDP的中繼傳輸模式和普通模式文件傳 輸時(shí)延僅與計(jì)算機(jī)處理速度等客觀因素有關(guān)系，兩者時(shí)延基本相同，多次測(cè)量后，TSO = 25s，TNO = 24s。傳輸方式為:選擇性重傳 ARQ，串行異步傳輸。
[0125] 普通模式下：在鏈路a與鏈路b的丟包率都為20 %時(shí)，從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)3要經(jīng)過(guò)兩條 鏈路，所以成功傳輸?shù)母怕蕿椹? 8 X 0.8 = 0.64，傳輸失敗的概率為0.36。則未重傳時(shí)，節(jié)點(diǎn)1 已經(jīng)將64%的數(shù)據(jù)包傳送至節(jié)點(diǎn)3。則第一次重傳，需再傳輸36%的數(shù)據(jù)包，應(yīng)為采用的是 選擇性重傳 ARQ，由于計(jì)算機(jī)運(yùn)行等原因，為更精確探求結(jié)果，采用時(shí)延差的模式來(lái)分析文 件傳輸?shù)目倳r(shí)延。
[0126] 可求得總平均時(shí)延差為：
[0127] Tfiie7-TfiieO7 =48.3225s
[0128] 實(shí)際上二者的時(shí)間差為47.5642s，基本一致。
[0129] 基于CFDP的中繼傳輸模式下：下面分別計(jì)算η次重傳事件發(fā)生的概率以及該事件 下一跳時(shí)延，見(jiàn)表5。
[0130]表5發(fā)送節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的η重傳事件及概率
[0132]中繼節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)的情況與發(fā)送節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的相同。故存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的模式下 總的時(shí)延差Tme-Tfiie0為
[0133] Tfiie-Tfiie〇 = 36.4675s
[0134] 理論上二者的差值為35.8457s，理論分析與仿真輸出基本一致。基于CFDP的中繼 傳輸模式下總時(shí)延較普通模式有一定幅度的提升。
[0135] 發(fā)送數(shù)據(jù)包的總時(shí)延與信道時(shí)延間的關(guān)系：
[0136] 在鏈路a與鏈路b不同信道時(shí)延下，對(duì)實(shí)驗(yàn)床的文件傳輸時(shí)延進(jìn)行測(cè)量，每組數(shù)據(jù) 測(cè)十個(gè)，取平均值，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下圖7。
[0137]由圖7可知，在信道時(shí)延為0時(shí)，基于CFDP的中繼傳輸模式和普通模式基本沒(méi)有區(qū) 另IJ，當(dāng)信道時(shí)延達(dá)到1~2s時(shí)，即達(dá)到地月通信時(shí)延時(shí)，兩者之間的差異逐漸明顯化。當(dāng)時(shí)延 進(jìn)一步加大時(shí)，基于CFDP的中繼傳輸模式的文件總時(shí)延大幅優(yōu)于普通模式。
[0138] 以信道時(shí)延為IOs為例，進(jìn)行理論分析。將數(shù)據(jù)公式
[0139] 普通模式：
[0140] Tfiie7-TfiieO7 =50.3582s
[0141] 基于CFDP的中繼傳輸模式：
[0142] Tfiie-Tfiie〇 = 29.4839s
[0143] 與測(cè)得的數(shù)據(jù)基本一致。
[0144] 表6重發(fā)次數(shù)與剩余包數(shù) LUM/」數(shù)據(jù)傳湔運(yùn)卒及W效運(yùn)卒：
[0148] 在鏈路a與鏈路b不同丟包率下，對(duì)平臺(tái)文件傳輸總速率進(jìn)行測(cè)量，每組數(shù)據(jù)測(cè)五 次，取平均值，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下圖8和圖9。
[0149] 由圖8,在信道時(shí)延為Is時(shí)(模擬地月通信時(shí)延條件），在0%丟包率的情況下，基于 CFDP的中繼傳輸模式的數(shù)據(jù)總傳輸速率略高于正常模式，隨著丟包率的逐漸增大，由于處 理機(jī)制的增加，較于正常模式，基于CFDP的中繼傳輸模式的數(shù)據(jù)傳輸總速率有小幅下降，但 基本保持一致。由圖9,關(guān)于有效速率，在信道時(shí)延為Is時(shí)(模擬地月通信時(shí)延條件），在0% 丟包率的情況下，基于CFDP的中繼傳輸模式的數(shù)據(jù)有效傳輸速率與正常模式基本一致，隨 著丟包率的逐漸增大，較于正常模式，基于CFDP的中繼傳輸模式呈現(xiàn)了越來(lái)越好的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，其特征在于，所述傳輸方法為： 發(fā)送節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，每一個(gè) 文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包都含有一個(gè)特殊的域，該域標(biāo)明這個(gè)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包所攜帶的文 件內(nèi)容的起始位和終止位； 發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程為:將文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)，在傳輸過(guò)程中，實(shí)時(shí) 檢測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)返回的NAK，根據(jù)NAK，將相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進(jìn)行第一階段重發(fā);NAK 中特定的域標(biāo)明了丟失后需要重傳的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列信息，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)段元丟 失時(shí)，該段內(nèi)容為空；當(dāng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進(jìn)行第二階段 重發(fā)； 中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)流程為:實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點(diǎn)，若出現(xiàn) 丟包，反饋相應(yīng)NAK至發(fā)送節(jié)點(diǎn);根據(jù)接收節(jié)點(diǎn)返回的NAK，將相應(yīng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進(jìn)行 重發(fā)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送至發(fā)送節(jié)點(diǎn)； 接收節(jié)點(diǎn)的接收流程:實(shí)時(shí)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若出現(xiàn)丟包，將相應(yīng)NAK返回至 中繼節(jié)點(diǎn)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過(guò)繪圖還 原成圖片文件。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DTN網(wǎng)絡(luò)中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，其特征在于，所述 發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送流程具體包括如下步驟： 步驟Al:發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，不需要等待接收節(jié)點(diǎn)返回確認(rèn)信息，開(kāi)始發(fā)送文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包;所述元數(shù)據(jù)包內(nèi)含待發(fā)送文件名稱、文件大小、源和目的ID信息； 步驟A2:實(shí)時(shí)檢測(cè)接收到的NAK，判斷NAK是否等于1，若是，根據(jù)NAK，發(fā)送相應(yīng)文件數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù)包，進(jìn)行第一階段重發(fā)，若否，繼續(xù)發(fā)送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，重復(fù)該步驟，直至文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送，發(fā)送EOFl，轉(zhuǎn)入步驟A3; 步驟A3:檢測(cè)是否在設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收到EOFl-ACK，若否，重新發(fā)送EOFl;若是，轉(zhuǎn)入步驟 A4； 步驟A4:當(dāng)收到返回的NAK，根據(jù)NAK，發(fā)送相應(yīng)文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進(jìn)行第二階段重 發(fā)； 步驟A5:當(dāng)收到FINl，將FINl-ACK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)，發(fā)送流程結(jié)束； 所述中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流程具體包括如下步驟： 步驟Bl:中繼節(jié)點(diǎn)建立存儲(chǔ)文件指針； 步驟B2:判斷接收到是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，若是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)執(zhí)行 步驟B3至步驟B5，若是接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟B6至步驟B7; 步驟B3:當(dāng)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)至接收節(jié)點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到 丟包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點(diǎn)； 步驟M:當(dāng)接收到EOFl，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)反饋E0F1-ACK，向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送E0F2,檢測(cè)丟包，將 相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點(diǎn)； 步驟B5:當(dāng)已經(jīng)接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，發(fā)送FINl至發(fā)送節(jié)點(diǎn)，當(dāng)接收到 FINl-ACK，與發(fā)送節(jié)點(diǎn)交互結(jié)束； 步驟B6:當(dāng)接收到接收節(jié)點(diǎn)反饋回的NAK，根據(jù)返回的NAK，發(fā)送相應(yīng)的文件數(shù)據(jù)單元數(shù) 據(jù)包； 步驟B7:當(dāng)接收到FIN2，將FIN2-ACK反饋至接收節(jié)點(diǎn)，與接收節(jié)點(diǎn)交互結(jié)束； 接收節(jié)點(diǎn)的接收流程具體包括如下步驟： 步驟Cl:接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，同時(shí)執(zhí)行步驟C2至步驟C4; 步驟C2:當(dāng)檢測(cè)到丟包，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)； 步驟C3:對(duì)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖，還原成圖片文件，轉(zhuǎn)入步驟C5; 步驟C4:當(dāng)接收到E0F2,向中繼節(jié)點(diǎn)反饋E0F2-ACK，轉(zhuǎn)入步驟C5: 步驟C5:檢測(cè)是否丟包，若是，將相應(yīng)丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)入步驟 C6;若否，轉(zhuǎn)入步驟C7; 步驟C6:繼續(xù)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，對(duì)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖， 還原成圖片文件； 步驟C7:判斷是否接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若是，發(fā)送FIN2至中繼節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn) 入步驟C8;若否，轉(zhuǎn)入步驟C5; 步驟C8:當(dāng)接收到FIN2-ACK，傳輸結(jié)束。
【文檔編號(hào)】H04L1/18GK105915649SQ201610452005
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】李德志, 尼堯擎, 王振永, 郭慶, 李卓明, 孔德陽(yáng)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)