[发明专利]深空通信中基于随机线性网络编码的接触图路由方法

说明书

本发明公开了一种深空通信中基于随机线性网络编码的接触图路由算法，它包括：源节点对需要发送的数据包采用随机线性网络编码进行处理；源节点根据预知的接触图选择多条链路不相交路径，并将编码包在多条路径上传输；在中间节点处对接收的数据包直接转发，并进行重编码后再转发；目的节点接收到数据包后进行解码预判，将不能成功解码的数据包反馈给上一跳节点集，上一跳节点集发送有助于目的节点解码的编码包，使目的节点能快速解码，降低传输时延。本发明将原始数据采用随机线性网络编码后再发送，并通过链路状态控制网络中的冗余数据包数，保证目的节点可译码的同时减少网络资源的浪费，降低节点的解码等待时延。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是一种深空通信中基于随机线性网络编码的接触图路由方法。

背景技术

在世界无线电管理大会制定的《无线电规则》中，把距离地球2×10⁶km之内的空间称为近空，该距离以外称为深空。我国航天界则直接将地球至月球以外的广袤空间定义为深空。深空通信涵盖了宇宙空间中探测器之间以及行星之间的所有通信，与地面通信相比，深空通信的特点主要包括：

(1)节点间距离遥远，传播时延巨大且时变。卫星周期性地运动使得节点间传播时延时变，链路间歇性中断。除月球外，地球至其他天体的单向传播时延在2.2min至7h不等，相比于地面通信几毫秒至几秒的传播时延来说，如此巨大的时延给深空通信数据的可靠传输带来巨大的挑战。

(2)链路间歇性中断。深空中的链路中断分为可预测的中断和不可预测的中断。其中，由行星遮蔽、节点运动至通信范围之外等规律性的因素造成的中断为可预测的链路中断，而由太阳风暴、节点功率受限及时间失步等突发情况造成的链路中断是不可预测的。受这些中断的影响，深空中节点可通信机会较少，通信持续时间甚至小于单向传播时延，节点间不存在端到端的实时路径。因此，在路径计算过程中有效利用可预测的链路中断信息，降低不可预测的链路中断情况对数据传输的影响，保证数据的可靠传输。

(3)深空中前向与反向链路的传输速率严重不对称。前向链路主要传输行星探测器节点所采集的科学数据和图像，而反向链路主要传输地面指挥站对各探测器节点的遥控、遥测、跟踪等控制指令。前向和反向链路传输速率的不对称比例有时高达1000：1，甚至只有单向信道。这种不对称链路使得节点之间的可靠交互非常困难，难以实时获得网络拓扑变化信息。

(4)节点资源受限。深空中节点稀疏，可通信机会少，卫星节点受重量、尺寸、供电设施以及造价等因素的影响，节点的数目、存储空间及处理能力均严重受限。

(5)路径损耗严重，接收端信噪比极低，误码率高。遥远的传播距离造成的路径损耗是深空通信信号衰减的主要原因，其衰减强度与传输距离呈正相关，严重的信号衰减导致信号误码率急剧增大，有时甚至高达10^-1。

综上所述，深空通信环境极其恶劣，不利于数据的可靠传输。因此，为了完成深空探测任务，研究并提出降低长传播时延、链路间歇性中断以及高误码率影响的路由方法势在必行。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种深空通信中基于随机线性网络编码的接触图路由方法，基于节点的接触图选出多条链路不相交的最早到达路径，将原始数据采用随机线性网络编码后再发送，并通过链路状态控制网络中的冗余数据包数，保证目的节点可译码的同时减少网络资源的浪费，通过部分中间节点重编码机制降低中间节点的数据处理量，以及目的端解码预判机制降低节点的解码等待时延。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种深空通信中基于随机线性网络编码的接触图路由方法，它包括有：

S1：源节点对需要发送的数据包采用随机线性网络编码进行处理，并根据链路状态信息限制发送的编码包个数；

S2：源节点根据预知的接触图选择多条链路不相交路径，并将编码包在多条路径上传输；