[发明专利]基于双重传策略的深空文件传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深空文件传输方法，尤其涉及一种基于双重传策略的深空文件传输方法。

背景技术

深空通信与地面通信有很大差异，其面临的主要挑战为：1、长时延；2、链路断续；3、高且可变的误码率；4、链路非对称；现有通信协议有以下几种，但各有缺点。

1.TCP协议在深空通信中性能很差

深空通信所面临的上述挑战使得传统的TCP协议直接应用到深空通信系统中会出现很多问题。首先，深空通信中传播延时巨大，例如，火星到地球的往返时延根据星体的轨道位置不同通常在8.5到40分钟之间，如果往返时延大于通信持续时间，那么应用数据根本没有传输的机会。其次，由于星体自身的转动会造成深空通信链路周期性中断，而传统的TCP协议是一种面向连接的通信协议，在链路中断的情况下，TCP协议无法区分数据包丢失的原因是网络拥塞还是信道误码，它主要通过降低报文发送速率以避免拥塞的策略来处理误码。此外，吞吐量会随着确认信息ACK的丢失进一步恶化。再次，深空信道的误码率(BER)通常比地面信道的误码率大，典型的深空通信误码率为10^-5，那么会产生过多的ACK，从而产生拥塞问题。最后，上行与下行链路的信息速率不对称对TCP的吞吐量影响也非常大。由于TCP协议通过ARQ机制保证按顺序发送文件信息，任一丢失的数据包将引起该数据包之后的所有数据重新发送，进一步延长资源占用缓存的时间，不适用于缓存空间和处理能力有限的深空探测器。综上所述，现有的TCP协议在深空通信中的传播时延长、误码率高、非对称链路、链路断续以及异构网络等问题上面临严峻的挑战。在链路时延或者时延带宽积较大的深空网络，各种TCP改进协议相差不大且性能很差，在地球-火星之间TCP协议甚至无法通信。

2.UDP协议不可靠

UDP是面向无连接的通信协议，其通信时不需要接收方确认，属于不可靠的传输。由于深空通信中的数据业务大都为珍贵的图像及科学数据，要求协议必须提供必要的重传机制以保证可靠的数据传输。

3.SCPS-TP协议

该协议已很少应用于空间通信，SCPS-TP的可靠传输依然是采用先建立连接再传送数据的模式，在Go-back-N的ARQ基础上提供选择重传(SNACK)机制，仅要求重传未收到的那部分数据，但是未充分利用重传机制。

4.TCP-Planet协议

由于该协议也是在TCP基础上改进而来的，其采用选择性肯定应答(SACK)重传机制来提供可靠的服务，在深空大时延及高误码率情况下，极易产生拥塞问题，信道利用率低。

5.萨拉托加协议

萨拉托加协议为了在对等节点间交换“bundles”，在DTN网络里提供了一种基于IP包的汇聚层，支持“bundles”的存储-转发。它采用SNACK实现了IP包基于UDP的传输，属于不可靠的传输协议。

6.DTNBP+LTP协议

虽然DTN框架非常适合深空通信的特点，毕竟BP+LTP协议仅规定了一个协议框架，而不是一个具体的协议实现，好多问题还需深入研究。

7.CFDP协议

CFDP提供端到端的文件传输服务。其实现横跨应用层与传输层，包含两种操作：核心与扩展。其采用否定应答(NAK)ARQ机制来实现可靠通信。但是在重传机制方面只要求重传错误或丢失的PDU一次，这在传输距离非常远，链路误码率极高的环境下性能会变差。

综上所述，有必要针对CFDP协议中的重传机制进行优化，使之更灵活地适应复杂的深空通信。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于双重传策略的深空文件传输方法，包括初次发送阶段及重传阶段，

初次发送阶段进一步包括以下步骤：

步骤A)：发送端顺序地发送元数据PDU和所有文件数据PDUs。

步骤B)：当所有PDUs发送完毕后，发送一个EOF PDU，然后等待ACK(EOF)和NAK。

步骤C)：发送端如果收到ACK(EOF)和NAK后没有需要重传的PDU，则关闭事务，否则转入重传阶段。

重传阶段进一步包括以下步骤：

步骤D)：发送端一旦收到NAK，立即连续重传每一丢失或错误的PDUK次。

步骤E)：接收端统计收到的PDUs，如仍有错误或丢失的PDUs，再次发送NAK要求发送端重传所需PDUs。

步骤F)：如仍有错误或丢失的PDU，重复步骤E))，直到接收端成功收到所有的PDUs，然后关闭事务。