[发明专利]一种基于可靠UDP和喷泉码的航空自组网可靠传输方法

说明书

本发明公开了一种基于可靠UDP和喷泉码的航空自组网可靠传输方法。本方法用Raptor编码来避免在高丢包环境中的大量数据包重传；设计了一个轻量级的反馈机制来提供可靠性，包括：改进的SNACK机制被用来处理带宽非对称问题，新型的滑动窗口机制用来更加精确的RTT计算，解决TCP重传二义性问题；提出了一种拥塞控制方法区分航空自组网中拥塞丢包和链路切换丢包。本发明方法满足航空自组网高效、可靠传输需求。

技术领域

本发明涉及航空自组网络中端到端的可靠传输方法，具体是一种基于可靠UDP和喷泉码的航空自组网可靠传输方法。

背景技术

随着全球移动互联网的大规模发展，机载宽带因特网得到了广泛的使用，特别是在航空系统中。随着越来越多的用户开始使用这项服务，传统航空卫星通信中的卫星资源变得非常有限了，因此，新的通信方法需要被集成到存在的构架中。网络构架从飞机直接的和地面站以及卫星通信扩展到飞机之间多跳的自组网络，产生了航空自组网。不同于陆地的自组网，航空自组网的特征有大且可变的时延，高的信道错误率，有限并且不对称的带宽以及飞机高移动性带来的频繁的链路切换。这些特征对数据传输协议性能有很大的影响，因此，在航空自组网提供有效的并且可靠的数据传输服务来支持宽带因特网访问面临着很大的挑战。

航空通信已经由更有效且更广泛使用的TCP/IP协议来代替基于OSI模型的航空电信网。但是，因为航空自组网有高的丢包和时延，频繁的丢包重传会使传统的TCP协议性能严重下降。同时，在高非对称信道，TCP会使得反向链路拥塞，导致反向链路丢包。另外，TCP的很多其他方面，比如流量控制机制中假设所有的丢包是因为拥塞，也会导致严重的吞吐率下降。很多学者做了很多工作来提高TCP的效率，但还是不能满足航空自组网中的传输要求。

另外一个通用的因特网传输协议是UDP。虽然轻量级的UDP协议很快，但它不提供任何可靠传输机制。现在有两种基于UDP的可靠传输机制，可靠UDP和基于喷泉码的UDP。

可靠UDP实现TCP中的关键技术，比如确认和重传。RBUDP使用TCP传输控制信息，使用UDP传输数据信息。发送方和接收方使用缓冲大小来确保数据包的正确接收。但是，恒定发送速度模型会使得接收方缓冲溢出，引起终端拥塞。CRETP使用条件重传机制和确认机制，同时保持数据传输的实时性。但是，重传会带来额外的时延，对实时敏感应用有很大影响。RUFC是一个有效、灵活的框架来支持UDP和流控。该框架在传输层和应用层之间，能够支持策略定制和参数调整来达到最优的应用性能。在有高丢包和高延迟变化的航空自组网环境中，可靠UDP会因为频繁的重传和排序导致严重的性能下降。

在UDP上，一些基于喷泉码的方法被提出来提供可靠传输服务。作为前向纠错码，喷泉码打破了传统纠删码的固定速率限制，因为其灵活性、编码效率和复杂性。LTTP是一个基于喷泉码的数据中心传输协议，能提供可靠数据传输服务。LTTP改进了基于UDP的LT编码来提供可靠传输，同时应用TFRC来调整服务器端的发送速率。基于UDP的喷泉码还被用来提高基于云的语音识别系统中的语音传输质量。结果显示，该方法提高了在有丢包和时延抖动的环境下的识别准确性，减少了时延。虽然基于喷泉码的UDP能获得相对高的成功率，并且没有传输时延，但是，因为使用有限的冗余数据包，它不能保证100％的成功率。因此，该方法的纠错能力是有限的，在航空自组网中的可靠传输效果不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于可靠UDP和喷泉码的航空自组网可靠传输方法(为描述方便，本发明方法简称为FRUDP)，满足航空自组网中有效、可靠传输需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于可靠UDP和喷泉码的航空自组网可靠传输方法，包括以下步骤：