[发明专利]一种基于纠删码的卫星网络星地多路径可靠传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向卫星网络的星地可靠传输实现方法，通过纠删编码结合星地间多路传输技术保证星地连接的鲁棒性和提高数据传输的可靠性，属于卫星可靠通信技术领域。

背景技术

卫星网络具有良好的全球覆盖特性，能够为各类业务提供服务，已成为下一代网络的重要组成部分。卫星的通信链路可分为星地间链路和星际间链路，其中地面用户通过星地间链路接入卫星。由于星地间链路时延长，并且受到自由空间传播损耗以及大气吸收、雨衰等附加损耗的影响使得信道产生较高的误码率。具有较高误码率的数据包在达到卫星节点后由于不能纠错而被节点丢弃，使得卫星信道丢包率较高，极端天气下高丢包率甚至导致信道连接失效。

高丢包率信道对可靠传输的影响一方面体现在分组递交率方面，分组递交率是目的节点收到数据分组个数与源节点发送数据分组个数之比，递交率越高传输越可靠。星地信道的高丢包率使得传输业务分组递交率较低，降低了星地传输的可靠性。另一方面，高丢包率增加了分组的平均端到端传输时延。信道的高丢包率导致重传数据分组大大增多，由于星地间往返传输时延较大，通常达到100ms以上，频繁的数据重传会极大增加数据包平均传输时延。

有鉴于此，本发明提出一种基于纠删码的星地可靠传输方法。一方面通过基于数据分组的纠删冗余编码技术，提高了星地间数据分组传输的成功率，保证传输业务的分组递交率。另一方面利用星地间多路径传输，能在部分信道失效的情况下保证星地间的正常通信，提高了传输的鲁棒性；同时利用多路径并行传输的特性，提高传输的吞吐率。

发明内容

技术问题：针对星地传输信道的高丢包率特性，本发明在源节点通过纠删编码技术，将数据分组通过编码生成冗余编码分组，目的节点只需接收部分编码分组即可解码得到原始数据分组，从而提高星地间数据包传输的成功率，能够保证传输业务数据包的递交率。并且，本发明利用星地间存在的多条信道传输数据，能够容忍部分信道失效，提高传输的鲁棒性。利用多路径并行传输的特性，提高传输的吞吐率，降低分组平均端到端时延。

技术方案：本发明的基于纠删码的卫星网络星地多路径可靠传输方法通过纠删编码技术结合多路径传输，提高星地间数据传输的可靠性，降低数据分组的平均传输时延，具体包括以下步骤：

步骤一.源节点与目的节点通过星地间存在的多条传输信道建立多路径连接；

步骤二.源节点分别向各信道发送探测数据分组，目的节点将各信道丢包率反馈给源节点；

步骤三.源节点根据信道平均丢包率参数计算得到最小冗余度的RS纠删编码方案，

步骤四，源节点通过多段图动态规划算法求出纠删组传输时延最小的分配方案；

步骤五，源节点将数据分组通过纠删码技术编码为编码分组；

步骤六，源节点根据分配方案传输编码分组。

其中：

步骤三中，源节点根据信道平均丢包率参数计算得到最小冗余度的RS纠删编码方案，具体步骤为：

1)源节点根据各信道丢包率，计算得到各信道平均丢包率

2)源节点根据[m,n]RS纠删编码的分组传输成功率P_η的计算公式，计算出满足用户可靠传输业务分组递交率P_γ且冗余度最小的[m,n]RS纠删编码方案，其中冗余度用表示，P_η的计算公式为：

其中，n是源节点一个纠删组包含的数据分组个数，m是纠删组中数据分组经过编码后产生的编码分组个数，r是目的节点成功接收部分编码分组的个数，是组合数公式，表示目的节点从m个编码分组中成功接收r个编码分组的所有组合的个数。

步骤四中，源节点通过多段图动态规划算法求出纠删组传输时延最小的分配方案，具体步骤为：

1)源节点根据求得的[m,n]RS纠删编码方案向已建立连接的各条信道分别发送m个测试数据分组，目的节点根据测试分组中的时间戳选项可计算各信道中从第1个分组到第m个分组在该信道中的传输时延，并反馈给源节点；