[发明专利]一种应用于时延容忍网络的多层次有效路由方法

说明书

技术领域

本发明是一种面向位于卫星星座上的时延容忍网络(DTN)中束(Bundle)协议的管理优化方案。主要用于提高束(Bundle)协议在时延容忍网络(DTN)中的性能，属于时延容忍网络(DTN)束(Bundle)管理路由算法技术领域。

背景技术

基于网络服务模型的TCP/IP，可以在不同链路层技术上提供端到端的通信，然而通常情况下TCP/IP协议族的平稳运行需要对底层链路特性做如下假定：

1)数据源和目的段之间存在端到端路径；

2)网络中任何节点之间的最大往返时间(RTT)不能太长；

3)端到端的丢包率较小。

而未来的通信系统结构将是一个多层体系结构，到那时，为了给网络用户提供高质量服务，通过不同层的有效的路由策略设计将会是一个很重要的研究问题。在邻近空间平台或者卫星平台，基本是依靠无线网络进行传输；通过无线网络，它可以有效进行通信中继并运行在较稳定状态。

然而，无线网络带来的问题就是在该网络中有多个热点，其网络结构并没有通常意义上的端到端路径，路径是由路由算法分配的；其次，该类网络的特征是最大往返时间(RTT)较大，丢包率较高，这都和传统TCP/IP网络相违背。

上面描绘的场景，有着交叉网的特点，为了保证可行的效果，网络必须支持一下三点：

1合理管理中断期

2实现不同接入网之间的切换

3有效防范较大的不稳定传输延迟并传输数据

有鉴于此，有人提出了时延容忍网络(DTN)结构用于高空卫星网络。

时延容忍网络(DTN)的提出原本是用于深空网络，但是因为仿真的不便，该网络渐渐演变为高空和邻近空间平台结构的网路模型，其特点是在各网络之上有一个汇聚层，并且数据的传输使用一种叫做bundle的束协议。

本专利申请的时延容忍网络(DTN)路由算法，旨在达到提高吞吐率，降低链路时延的效果。这个多层网络的路由算法可以算出通信和计算开销低的路径，并适应网络拓扑和实时网络状态的路由决策。

单个网络及其所使用的协议只适用于其所在通信区域，称之为区域网络，该区域中通信环境基本相同。各区域网络之间由于使用的协议不同一般是无法相互通信的。Internet是一个区域网络的一个特例。时延容忍网络是一个区域网络的网络，它有一个位于区域网络之上的覆盖层。通过容忍区域网络内和区域网络间因为不同网络结构和网络协议带来的较长的时延并在区域网络之间转换通信格式和参数，时延容忍网络(DTN)支持区域网络内部和区域网络之间的相互通信和互操作。

时延容忍网络(DTN)并不是基于现有对链路的假设前提，相反，时延容忍网络(DTN)的应用环境和网内节点使得时延容忍网络(DTN)具有不同于传统TCP/IP网络的特点：

1)长延时.例如在地球与火星距离最近的时候，光传播需要4min的时间，而如果两者距离最远的时候单向传播时间就会超过20min.在Internet上，传播时间一般以毫秒计算，所以，如此长的延时，很多应用，尤其是基于TCP/IP的应用是无法实现的。

2)有限节点.时延容忍网络(DTN)常常分布于深空、湖面、战场等环境中，其节点受体积和重量，携带的电源或其他设备资源限制，而有限的资源必然限制了应用的效能.导致节点不得不采用一定的策略以节省资源，从而影响链路性能。

3)间歇性连接.造成时延容忍网络(DTN)间歇性连接的原因有很多，如当前时刻没有连接两个节点的端到端路径；节点为节约资源临时关闭电源；运动超出通信范围。网络中断也可以有一定规律，如卫星网络；也可以是完全随机的，如传感器网络。

4)数据速率不对称.数据速率不对称意味着系统输入流量和输出流量的数据速率存在差异。在时延容忍网络(DTN)中，数据传输的双向速率经常是不对称的，在完成深空任务时，双向数据速率比甚至可达到1000∶1或者更高。

设计时延容忍网络(DTN)架构的目的是为了提供一种普遍的解决方案来解决苛刻环境下的通信问题，支持各种区域网络包括Internet和各种受限网络的内部通信和区域网络间的通信和互操作。