基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)，其中的方法采用UDP的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，在UDP數(shù)據(jù)報頭的基礎(chǔ)上增加包括表示當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號、表示接收端接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號、表示接收端容納接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量的字段；其中，在采用UDP的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)的過程中：接收端在接收到發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包后，將接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號發(fā)送給發(fā)送端；根據(jù)當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號和接收端接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號，確定信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量；當(dāng)信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量小于接收端容納接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量時，將丟失的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重傳。利用本發(fā)明，能夠解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在高丟包率下，傳輸效率低和傳輸不可靠的問題。
【專利說明】基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地，涉及一種基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸 方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在地球同步軌道衛(wèi)星通信中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)帶寬時延乘積大，往返時延大，從而導(dǎo)致帶 寬時延乘積也較大。此外，在衛(wèi)星信道上由于沒有介質(zhì)的保護(hù)，在電磁干擾、天氣狀況等 因素的影響下，導(dǎo)致誤碼率比較高。在地面網(wǎng)絡(luò)廣泛使用的TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）應(yīng)用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)的吞吐率受到嚴(yán)重的制約。針對上述大 的帶寬時延乘積或高誤碼，研究人員提出了很多TCP的改進(jìn)版本，如Westwood、Veno、BIC 等，這些改進(jìn)應(yīng)用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，會在一定程度上提高通信效率，但由于這些修改要保持現(xiàn) 有TCP版本的兼容性，其靈活性會在一定程度上受到了限制。而基于UDP (User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）的應(yīng)用層協(xié)議可以不受現(xiàn)有協(xié)議的規(guī)定的限制，而被廣泛的 應(yīng)用于特定領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。其中，UDP是0SI參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，它主 要用于不要求分組順序到達(dá)的傳輸中，分組傳輸順序的檢查與排序由應(yīng)用層完成，提供面 向事務(wù)的簡單但不可靠信息傳送服務(wù)。UDP協(xié)議基本上是IP協(xié)議與上層協(xié)議的接口。
[0003] TCP協(xié)議是面向連接，端到端的傳輸層協(xié)議，它提供了一種可靠的傳輸方式。在 高延遲，高丟包率的衛(wèi)星寬帶使用TCP時，隨著網(wǎng)絡(luò)時延的增加 TCP減少了擁塞窗口， 但是不能恢復(fù)可用帶寬，TCP協(xié)議的效率由此變低。另外，TCP擁塞控制的不公平的進(jìn)行 RTT(Round-Trip Time，往返時延），擁有不同往返時延的并發(fā)TCP流將不公平地分享帶寬， 也成為嚴(yán)重問題。
[0004] 擁塞發(fā)生的主要原因在于網(wǎng)絡(luò)提供的資源不足以滿足用戶的需求，這些資源包括 緩存空間、鏈路帶寬容量和中間節(jié)點的處理能力。由于互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計機(jī)制導(dǎo)致其缺乏"接納 控制"能力，會在網(wǎng)絡(luò)資源不足時無法限制用戶數(shù)量，而只能靠降低服務(wù)質(zhì)量來繼續(xù)為用戶 服務(wù)。
[0005] UDP協(xié)議是無連接的協(xié)議，有資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點，但是UDP協(xié)議的不 可靠性很大，不能保證數(shù)據(jù)包的正確性，沒有確認(rèn)機(jī)制，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中是無序傳播，在網(wǎng) 絡(luò)狀況不好的情況下容易丟包。UDP協(xié)議只是把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，并 不保證數(shù)據(jù)包能夠到達(dá)目的地，從而，在網(wǎng)絡(luò)中用UDP發(fā)送數(shù)據(jù)無法確定數(shù)據(jù)是否到達(dá)或 者數(shù)據(jù)是否正確無誤。
[0006] 基于以上特點，需要一種快速靈活的，在高丟包率環(huán)境下支持高性能可靠的數(shù)據(jù) 傳輸?shù)姆椒ā?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)， 通過UDP的傳輸方式和網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控對數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，以解決衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在高丟包率下， 傳輸效率低和傳輸不可靠的問題。
[0008] -方面，本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，
[0009] 采用UDP的傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸，在UDP數(shù)據(jù)報頭的基礎(chǔ)上增加包括表示當(dāng)前發(fā)送 的數(shù)據(jù)包的序號、表示接收端接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號、表示接收端容納接收到的數(shù)據(jù) 包的數(shù)量的字段；其中，
[0010] 在采用UDP的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)的過程中：
[0011] 接收端在接收到發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包后，將接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號發(fā)送給發(fā) 送端，其中，
[0012] 接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號包括接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號，并且，每個數(shù)據(jù)包 通過定時器設(shè)定一個超時時間，根據(jù)數(shù)據(jù)包設(shè)定的超時時間以及所述接收端接收到的所有 數(shù)據(jù)包的序號，確定丟失的數(shù)據(jù)包；
[0013] 發(fā)送端根據(jù)當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號和接收端接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號，確定 滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量；其中，
[0014] 當(dāng)所述滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量小于接收端容納接收到的數(shù)據(jù)包 的數(shù)量時，發(fā)送端將所述丟失的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重傳。
[0015] 此外，優(yōu)選的方案是，在確定滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量的過程中，采 用如下公式獲得滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量：
[0016] P = sndq-E
[0017] 其中，P表示滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量；
[0018] sndq表示當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號；
[0019] E表示接收端接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號。
[0020] 此外，優(yōu)選的方案是，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對傳輸數(shù)據(jù)的過程進(jìn)行 實時監(jiān)控，
[0021] 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實時監(jiān)控傳輸數(shù)據(jù)的過程的網(wǎng)絡(luò)狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控識別出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況 發(fā)生變化時，修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；其中，
[0022] 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)延遲和傳輸速率；
[0023] 網(wǎng)絡(luò)延遲包括發(fā)送超時、重連超時、發(fā)送次數(shù)、重傳次數(shù)；
[0024] 傳輸速率，通過已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的信息分析出實時的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
[0025] 此外，優(yōu)選的方案是，在通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對數(shù)據(jù)傳輸過程進(jìn)行實時監(jiān)控的過程中，
[0026] 在發(fā)送端和接收端建立RTCP通訊模塊，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控通過接收到的實時傳輸協(xié)議包 來計算當(dāng)前的丟包率，其中，丟包率算法如下：
[0027] Loos_Pack(z) = C_Loss/C_Expect
[0028] = (C_Expect - C_Received)/C_Expect
[0029] = l-(C_Received/C_Expect)
[0030] 其中，Loos_Pack(z)表示當(dāng)前的丟包率；
[0031] C_Loss表示當(dāng)前時間片內(nèi)丟失的數(shù)據(jù)包的個數(shù)；
[0032] C_Expect為當(dāng)前時間片內(nèi)應(yīng)該收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)；
[0033] C_Received為當(dāng)前時間片實際收的數(shù)據(jù)包的個數(shù)。
[0034] 此外，優(yōu)選的方案是，根據(jù)當(dāng)前時間片計算出的丟包率和當(dāng)前時間的發(fā)送速率，通 過相應(yīng)的策略獲得出下一時間片的發(fā)送速率，采用乘性下降，加性上升進(jìn)行流量控制算法， 算法如下：
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，采用UDP的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，在UDP數(shù)據(jù)報 頭的基礎(chǔ)上增加包括表示當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號、表示接收端接收到的所有數(shù)據(jù)包的序 號、表示接收端容納接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量的字段；其中， 在采用UDP的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)的過程中： 接收端在接收到發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包后，將接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號發(fā)送給發(fā)送 端，其中， 接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號包括接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號，并且,每個數(shù)據(jù)包通過 定時器設(shè)定一個超時時間，根據(jù)數(shù)據(jù)包設(shè)定的超時時間以及所述接收端接收到的所有數(shù)據(jù) 包的序號，確定丟失的數(shù)據(jù)包； 發(fā)送端根據(jù)當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號和接收端接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號，確定滯留 在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量；其中， 當(dāng)所述滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量小于接收端容納接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù) 量時，發(fā)送端將所述丟失的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重傳。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，其中，在確定滯留在傳輸信道中的 數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量的過程中，采用如下公式獲得滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量： P=sndq-E 其中，p表示滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量； sndq表示當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號； E表示接收端接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，通 過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對傳輸數(shù)據(jù)的過程進(jìn)行實時監(jiān)控， 所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實時監(jiān)控傳輸過程中的網(wǎng)絡(luò)狀況，當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控識別出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況 發(fā)生變化時，修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；其中， 所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)延遲和傳輸速率； 所述網(wǎng)絡(luò)延遲包括發(fā)送超時、重連超時、發(fā)送次數(shù)、重傳次數(shù)； 所述傳輸速率，通過已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的信息分析出實時的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中，在通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對傳輸 數(shù)據(jù)的過程進(jìn)行實時監(jiān)控的過程中， 在所述發(fā)送端和所述接收端建立RTCP通訊模塊，所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控通過接收到的實時傳 輸協(xié)議包來計算當(dāng)前的丟包率，其中，丟包率算法如下：
5. 如權(quán)利要求4所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，其中， 根據(jù)當(dāng)前時間片計算出的丟包率和當(dāng)前時間的發(fā)送速率，通過相應(yīng)的策略獲得出下一 時間片的發(fā)送速率，采用乘性下降，加性上升進(jìn)行流量控制算法，算法如下：
其中，L(X+1)為下一時間片的發(fā)送速率； L(X)為當(dāng)前時間片發(fā)送速率； C_loss(X)為當(dāng)前時間片的丟包率； C_up為上切門限；C_down為下切門限值。
6. -種基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于采用UDP的傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在UDP 數(shù)據(jù)報頭的基礎(chǔ)上增加包括表示當(dāng)前發(fā)生的數(shù)據(jù)包的序號、表示接收端接收到的所有數(shù)據(jù) 包的序號、表示接收端容納接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量的字段； 其中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括： 序號反饋單元，用于在接收到發(fā)送端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包后，將接收到的所有數(shù)據(jù)包序號發(fā) 送給發(fā)送端，其中，接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號包括接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號； 丟失的數(shù)據(jù)包獲取單元，用于通過定時器設(shè)定每個數(shù)據(jù)包的超時時間，根據(jù)數(shù)據(jù)包設(shè) 定的超時時間以及所述接收端接收到的所有數(shù)據(jù)包的序號，確定丟失的數(shù)據(jù)包； 信道中的數(shù)據(jù)包的數(shù)量獲取單元，用于根據(jù)當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號和接收端接收到 的數(shù)據(jù)包的終止序號，確定滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量； 數(shù)據(jù)包重傳單元，用于當(dāng)所述滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量小于接收端容納 接收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量時，發(fā)送端將所述丟失的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重傳。
7. 如權(quán)利要求6所述的衛(wèi)基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中，所述信道中的數(shù)據(jù)包 的數(shù)量獲取單元在獲得滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量的過程中，采用如下公式獲 得滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量： P=sndq-E 其中，p表示滯留在傳輸信道中的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)量；sndq表示當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號； E表示接收端接收到的數(shù)據(jù)包的終止序號。
8. 如權(quán)利要求6所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，還包括： 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元，用于實時監(jiān)控傳輸數(shù)據(jù)過程的網(wǎng)絡(luò)狀況；當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元識別出 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)生變化時，修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；其中， 當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元識別出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)生變化時，修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)； 其中， 所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)延遲和傳輸速率： 所述網(wǎng)絡(luò)延遲包括發(fā)送超時、重連超時、發(fā)送次數(shù)、重傳次數(shù)； 所述傳輸速率，通過已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的信息分析出實時的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
9. 如權(quán)利要求8所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元在對 傳輸數(shù)據(jù)的過程進(jìn)行實時監(jiān)控的過程中， 在所述發(fā)送端和所述接收端建立RTCP通訊模塊，所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元通過接收到的實 時傳輸協(xié)議包來計算當(dāng)前的丟包率，其中，丟包率算法如下：
其中，Loos_Pack(z)表示當(dāng)前的丟包率； C_Loss表示當(dāng)前時間片內(nèi)丟失數(shù)據(jù)包的個數(shù)； C_Expect為當(dāng)前時間片內(nèi)應(yīng)該收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)； (^Received為當(dāng)前時間片實際收的數(shù)據(jù)包的個數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中， 所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元根據(jù)當(dāng)前時間片計算出的丟包率和當(dāng)前時間的發(fā)送速率，通過相應(yīng) 的策略獲得出下一時間片的發(fā)送速率，采用乘性下降，加性上升進(jìn)行流量控制算法，算法如 下：
其中，L(X+1)為下一時間片的發(fā)送速率； L(X)為當(dāng)前時間片發(fā)送速率； C_loss(X)為當(dāng)前時間片的丟包率； C_up為上切門限；C_down為下切門限值。
【文檔編號】H04L1/00GK104243097SQ201410482776
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】楊海昕, 于心培 申請人:東軟集團(tuán)股份有限公司