[发明专利]一种适用于深空星际卫星网络的高效交互传输方法

摘要

本发明属于深空星际卫星网络传输技术领域，其特征在于：在连接建立阶段就开始发送信息数据；采用三级优先级分组数据等间隔交错发送的传输策略；采用初始发送Initialization Sending策略；根据不同优先级分组数据的丢失情况，判断数据丢失原因，分析网络的拥塞程度，并采用相应的信息流量控制算法；采用主动周期选择的接收应答策略。在随机误码极高、突发误码严重、传播时延极长、信道带宽非常不对称的深空星际卫星网络中，此方法能够避免连接等待的时间消耗，迅速提升信息流量，有效区分链路误码和拥塞情况，并根据网络的拥塞程度采用相应的信息流量控制，极大地降低了反向链路的传输带宽要求。

主权项

1.一种适用于深空星际卫星网络的高效交互传输方法，其特征在于它是在源代码公开的Linux操作系统上实现，该方法包含以下步骤：步骤(1)，连接监听客户端进入“监听”状态，等待服务器连接；步骤(2)，建立连接步骤(2.1)，从服务器端发送连接请求，并按照拥塞窗口最大值cwnd_max的1/6开始发送数据信息，设置数据信息IP包头中的两比特“pri”分别为2、1、0，即高、中、低优先级分组数据交错发送，每间隔一个时间τ就发送一个分组数据，其中，RTT_min为服务器与客户端的星际网络中两行星之间最短的传播时延；步骤(2.2)，从服务器来的连接请求，经过深空星际网络传输到达客户端；步骤(2.3)，客户端收到连接请求后，判断是否建立连接：步骤(2.3.1)若拒绝连接，则返回拒绝连接应答信息，丢弃之后接收到的分组数据，结束连接；步骤(2.3.2)若接受连接，则开始估计RTT_i时间，返回连接应答信息，并接收到达的分组数据；步骤(2.4)，客户端在接收了cwnd_max/6的分组数据后，返回数据接收应答信息，应答信息采用M-NACK格式，计算出数据发送返回RTT_i时间，并按照RTT_i时间定时发送M-NACK应答信息；步骤(2.5)，服务器接收到连接应答信息后，返回应答确认信息，估计数据发送返回RTT_i时间，并转入到步骤(3)；步骤(3)，数据的丢失判断：步骤(3.1)，服务器接收到M-NACK应答信息后，根据M-NACK的信息内容判断是否有数据丢失：步骤(3.1.1)，若存在数据丢失，则根据丢失数据的优先级和数量判断是否网络出现拥塞；步骤(3.1.1.1)，若丢失数据高、中、低优先级都存在，而且成功接收数据中各种优先级的数据都有，则判断为网络中出现链路误码，则转入到(3.1.2)；步骤(3.1.1.2)，其他情况则判断为网络拥塞，根据具体的数据丢失情况分析网络拥塞的情况：步骤(3.1.1.2.1)，若丢失的分组数据都是低优先级分组数据，即lost_num＝low_pri，lost_num为整个丢失分组数据的数量，low_pri为丢失的低优先级分组数据数量，则判断网络的拥塞情况较轻，则将拥塞窗口cwnd值设置为当前值的1/2，并转入到步骤(3.1.1.2.4)；步骤(3.1.1.2.2)，若丢失分组数据为低优先级的全部分组数据和部分中等优先级分组数据，即lost_num＝low_num+mid_num，mid_num为丢失的中等优先级分组数据数量，则判断网络的拥塞情况比较严重，不仅路由器队列中的低优先级分组数据全部被丢弃，而且中等优先级的分组数据开始被丢弃，则将拥塞窗口cwnd值设置为当前值的1/3，并转入到步骤(3.1.1.2.4)；步骤(3.1.1.2.3)，若丢失分组数据为中、低优先级的全部分组数据和部分或者全部高优先级分组数据，即low_pri==low_nummid_pri=mid_numlost_num>low_pri+mid_pri]]>，则判断网络的拥塞情况非常严重，不仅中、低优先级分组数据全部丢弃，而且还会有高优先级分组数据的丢弃，则将拥塞窗口cwnd值设置为当前值的1/4，并转入到步骤(3.1.1.2.4)；步骤(3.1.1.2.4)，转入步骤(7)；步骤(3.1.2)，没有分组丢失，则直接进入到步骤(4)；若判断为网络出现误码，则开始重传丢失的分组数据，丢失分组数据的重传仍然按照等间隔三级优先级交错发送的方式进行，发送间隔τ按照如下公式计算得出：在发送完丢失数据后，并转入到步骤(4)；步骤(4)，拥塞回避阶段的判断：判断收发两端是否已经执行过拥塞回避Congestion Avoidance策略：步骤(4.1)若没有，则并转入到步骤(6)；步骤(4.2)若已经执行过拥塞回避Congestion Avoidance策略，则转入到步骤(7)；步骤(5)，拥塞恢复：步骤(5.1)，重新计算数据发送间隔时间τ，即τ＝RTT_i/cwnd；步骤(5.2)，三级优先级间隔重传丢失数据，发送完丢失数据后，并转入到步骤(7)；步骤(6)，初始发送数据：步骤(6.1)，将cwnd值增加1倍，即cwnd＝2·cwnd，若cwnd≥cwnd_max，则令cwnd＝cwnd_max，重新计算数据发送间隔τ，即并按照三级优先级等间隔交错发送的方式发送分组数据；步骤(6.2)，当cwnd的分组数据发送完后，将cwnd减半，即cwnd＝cwnd/2，重新计算数据发送间隔τ，即按照三级优先级等间隔交错发送的方式发送分组数据；步骤(6.3)，在发送完数据后，将cwnd增加1倍，即cwnd＝2·cwnd，比较cwnd值：步骤(6.3.1)若cwnd＜cwnd_max，则转入到步骤(3)；步骤(6.3.2)若cwnd≥cwnd_max，则令cwnd＝cwnd_max，并转入到步骤(7)；步骤(7)，拥塞回避：每接收到一个M-NACK信息，判断是否有数据包丢失：步骤(7.1)若无分组数据丢失，则判断当前拥塞窗口cwnd值是否等于cwnd_max值：若小于cwnd_max，则按照成功接收的分组数据数量增加cwnd；若等于cwnd_max，则不变。重新计算τ，即τ＝RTT_i/cwnd，并根据τ值间隔交错发送三级优先级的分组数据；步骤(7.2)若发现分组数据丢失，则转入到步骤(3)；步骤(8)，连接拆除：步骤(8.1)，若服务器端发起连接拆除请求：步骤(8.1.1)，服务器发送连接结束分组信息，等待客户端的应答；步骤(8.1.2)，客户端收到连接结束分组信息后，返回确认应答信息，拆除此次连接，进入监听状态；步骤(8.1.3)，服务器接收到确认应答分组信息后，拆除此次连接，进入监听状态；步骤(8.2)，若客户端发起连接拆除请求：步骤(8.2.1)，客户端发送连接结束分组信息，等待服务器的应答；步骤(8.2.2)，服务器收到连接结束分组信息后，返回确认应答信息，拆除此次连接，进入到监听状态；步骤(8.2.3)，客户端接收到确认应答分组信息后，拆除此次连接，进入到监听状态。