Dtn網(wǎng)絡中基于cfdp的中繼文件傳輸方法
【專利摘要】DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，屬于通信領域。為了解決現(xiàn)有深空通信性能不好的問題。所述傳輸方法：發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包；發(fā)送節(jié)點在傳輸過程中，實時檢測中繼節(jié)點返回的NAK，進行第一階段重發(fā)；當文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進行第二階段重發(fā)；中繼節(jié)點實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲并轉(zhuǎn)發(fā)，若出現(xiàn)丟包，反饋相應NAK至發(fā)送節(jié)點；根據(jù)返回的NAK，進行重發(fā)；發(fā)送節(jié)點實時接收，若出現(xiàn)丟包，將相應NAK返回，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過繪圖還原成圖片文件。本發(fā)明用于深空通信。
【專利說明】
DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法
技術(shù)領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種中繼鏈路數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于通信領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在深空探測中，傳統(tǒng)點對點通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到瓶頸，未來深空通信系統(tǒng)更趨于 采用鏈路中繼技術(shù)。近年來，隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展和人們應用需求的不斷增加，出現(xiàn)了一類 新的網(wǎng)絡。這類網(wǎng)絡往往存在節(jié)點能力低下，網(wǎng)絡經(jīng)常斷開，數(shù)據(jù)往返延時長等特點。在這 種背景下，延時容忍網(wǎng)絡(Delay/Disrupted Tolerant Networks，DTN)應運而生。研究在這 種受限網(wǎng)絡與鏈路體系下的數(shù)據(jù)傳輸思想，具有重要的意義。與此同時，地面段、地空段以 及航天器之間可能采用不同的網(wǎng)絡技術(shù)，而每種網(wǎng)絡技術(shù)都最適合特定的應用環(huán)境。在各 種網(wǎng)絡的傳輸層與應用層之間插入一個集束層提供"覆蓋"協(xié)議，正是DTN重要的體系結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明以火星至地球站中繼鏈路通信的實驗床為基礎，致力于研究基于CFDP的中繼鏈路傳 輸協(xié)議以提高傳輸鏈路的性能。比較普通模式與基于CFDP的中繼傳輸模式的文件傳輸時延 與信道時延，文件傳輸時延與丟包率的關(guān)系、數(shù)據(jù)成功到達率、數(shù)據(jù)傳輸速率以及有效速率 等傳輸性能。
[0003] 目前的技術(shù)主要集中于以TCP和UDP為傳輸層協(xié)議進行發(fā)送和接受束，并進行匯聚 和Bundle層的傳輸，但幾乎沒有人基于CFDP協(xié)議的對DTN的網(wǎng)絡在傳輸層，匯聚層以及 Bundle層進行研究與發(fā)明。本發(fā)明則以此為重點進行發(fā)明。
[0004] DTN結(jié)構(gòu)能否成功的應用于衛(wèi)星通信和深空通信已經(jīng)得到證實，使用DTN作為衛(wèi)星 通信的替代網(wǎng)絡將其與地面網(wǎng)絡通信，并且取得了成功。在深空通信中，比較DTN使用不同 的匯聚層協(xié)議所得的數(shù)據(jù)傳輸性能，有一些考慮了非對稱、長延時等深空環(huán)境的特點。但是 這些研究的重點都是通過實驗獲取使用不同匯聚協(xié)議時獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅軈?shù)，而沒有 任何數(shù)學模型的理論推導。同時，我國在國家自然科學基金領域安排了移動DTN的基礎理論 和關(guān)鍵技術(shù)研究方面的一些課題，研究主要集中在路由增強算法、異步角度下的路由決策 問題、基于選擇復制的動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸策略和鏈路中斷的統(tǒng)計特性問題，研究基本處于理論 階段，沒有具體的可操作性規(guī)范，對于深空通信中的應用研究也非常少。
[0005] 近年來深空通信團隊，尤其是地球和火星之間的通信，普遍使用中繼作為橋梁以 便存儲和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過作為中繼的飛行器從行星傳輸?shù)降厍?。圖1描述的是一種典型 的基于中繼星際互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即火星和地球的通信通過中繼來實現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的中繼實現(xiàn) 方法有兩種：一種是由接近地球軌道的航天器充當中繼，如圖1中的地球軌道飛行器，還有 一種是由接近行星軌道的航天器充當中繼，如圖1中的火星軌道飛行器。本發(fā)明是以火星至 地球站中繼鏈路通信的實驗床為基礎，致力于研究基于CFDP的中繼鏈路傳輸協(xié)議以提高傳 輸鏈路的性能。比較普通模式與基于CFDP的中繼傳輸模式的文件傳輸時延與信道時延，文 件傳輸時延與丟包率的關(guān)系、數(shù)據(jù)成功到達率、數(shù)據(jù)傳輸速率以及有效速率等傳輸性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有深空通信性能不好的問題，本發(fā)明提供一種DTN網(wǎng) 絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法。
[0007] 本發(fā)明的DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，所述傳輸方法為：
[0008]發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，每 一個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包都含有一個特殊的域，該域標明這個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包所攜帶 的文件內(nèi)容的起始位和終止位；
[0009]發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程為:將文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包傳輸給中繼節(jié)點，在傳輸過程中， 實時檢測中繼節(jié)點返回的NAK，根據(jù)NAK，將相應的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進行第一階段重發(fā)； NAK中特定的域標明了丟失后需要重傳的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列信息，當沒有數(shù)據(jù)段 元丟失時，該段內(nèi)容為空；當文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進行第二 階段重發(fā)；
[0010]中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)流程為:實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲，轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點，若 出現(xiàn)丟包，反饋相應NAK至發(fā)送節(jié)點;根據(jù)接收節(jié)點返回的NAK，將相應文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包 進行重發(fā)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送至發(fā)送節(jié)點；
[0011]發(fā)送節(jié)點的接收流程:實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若出現(xiàn)丟包，將相應NAK返 回至中繼節(jié)點，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過繪 圖還原成圖片文件。
[0012] 所述發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程具體包括如下步驟：
[0013] 步驟Al:發(fā)送節(jié)點首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，不需要等待接收節(jié)點返回確認信息，開始發(fā) 送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包;所述元數(shù)據(jù)包內(nèi)含待發(fā)送文件名稱、文件大小、源和目的ID信息；
[0014] 步驟A2:實時檢測接收到的NAK，判斷NAK是否等于1，若是，根據(jù)NAK，發(fā)送相應文件 數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進行第一階段重發(fā)，若否，繼續(xù)發(fā)送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，重復該步驟，直 至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送，發(fā)送EOFl，轉(zhuǎn)入步驟A3;
[0015]步驟A3:檢測是否在設定時間內(nèi)接收到EOFl-ACK，若否，重新發(fā)送E0F1;若是，轉(zhuǎn)入 步驟A4;
[0016] 步驟A4:當收到返回的NAK，根據(jù)NAK，發(fā)送相應文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進行第二階 段重發(fā)；
[0017] 步驟A5:當收到FINl，將FINl-ACK反饋至中繼節(jié)點，發(fā)送流程結(jié)束；
[0018] 所述中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)流程具體包括如下步驟：
[0019] 步驟Bl:中繼節(jié)點建立存儲文件指針；
[0020] 步驟B2:判斷接收到是發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)或接收節(jié)點的數(shù)據(jù)，若是發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù) 執(zhí)行步驟B3至步驟B5，若是接收節(jié)點的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟B6至步驟B7;
[0021] 步驟B3:當接收到發(fā)送節(jié)點的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，存儲并轉(zhuǎn)發(fā)至接收節(jié)點，當檢 測到丟包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點；
[0022] 步驟M:當接收到EOFl，向發(fā)送節(jié)點反饋E0F1-ACK，向接收節(jié)點發(fā)送E0F2,檢測丟 包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點；
[0023]步驟B5:當已經(jīng)接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，發(fā)送FINl至發(fā)送節(jié)點，當接收 到FINl-ACK，與發(fā)送節(jié)點交互結(jié)束；
[0024]步驟B6:當接收到接收節(jié)點反饋回的NAK，根據(jù)返回的NAK，發(fā)送相應的文件數(shù)據(jù)單 元數(shù)據(jù)包；
[0025] 步驟B7:當接收到FIN2，將FIN2-ACK反饋至接收節(jié)點，與接收節(jié)點交互結(jié)束；
[0026] 接收節(jié)點的接收流程具體包括如下步驟：
[0027] 步驟Cl:接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，同時執(zhí)行步驟C2至步驟C4;
[0028] 步驟C2:當檢測到丟包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點；
[0029] 步驟C3:對接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖，還原成圖片文件，轉(zhuǎn)入步驟 C5；
[0030] 步驟C4:當接收至ljE0F2，向中繼節(jié)點反饋E0F2-ACK，轉(zhuǎn)入步驟C5:
[0031 ]步驟C5:檢測是否丟包，若是，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點，轉(zhuǎn)入步 驟C6;若否，轉(zhuǎn)入步驟C7;
[0032]步驟C6:繼續(xù)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，對接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪 圖，還原成圖片文件；
[0033]步驟C7:判斷是否接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若是，發(fā)送FIN2至中繼節(jié) 點，轉(zhuǎn)入步驟C8;若否，轉(zhuǎn)入步驟C5;
[0034] 步驟C8:當接收到FIN2-ACK，傳輸結(jié)束。
[0035]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明采用新的冗余數(shù)據(jù)自動重傳機制，以加強鏈路高 錯誤率下的可靠傳輸效能，實驗證明，在深空高丟包率的情況下，本發(fā)明DTN網(wǎng)絡中基于 CFDP的中繼文件傳輸方法的總時延大幅優(yōu)于普通模式。隨著丟包率的逐漸增大，較于普通 模式，本發(fā)明DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法呈現(xiàn)了越來越好的性能。通過仿真發(fā) 現(xiàn)，在高丟包率、長時延的情況下，基于CFDP的中繼模式在鏈路傳輸文件的數(shù)個性能指標 中，如文件傳輸時延、數(shù)據(jù)成功到達率以及數(shù)據(jù)傳輸有效速率等性能方面有著顯著提高，從 而很好地彌補了 TCP協(xié)議在深空通信鏈路中性能極具惡化，UDP在深空通信鏈路中不夠可靠 的問題。
【附圖說明】
[0036]圖1為試驗床模型的原理示意圖。
[0037]圖2為基于CFDP的中繼傳輸機制示意圖。
[0038] 圖3為【具體實施方式】中發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程的流程示意圖。
[0039] 圖4為【具體實施方式】中中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)流程的流程示意圖。
[0040] 圖5為【具體實施方式】中接收節(jié)點的接收流程的流程示意圖。圖6為不同丟包率下， 基于CFDP的中繼文件傳輸方法和普通模式的文件傳輸時延的對比。
[0041 ]圖7為不同信道時延下，基于CFDP的中繼文件傳輸方法和普通模式的的文件傳輸 時延的對比。
[0042] 圖8為信道時延為Is時，數(shù)據(jù)傳輸總速率與丟包率的關(guān)系。
[0043] 圖9為信道時延為Is時，數(shù)據(jù)傳輸有效速率與丟包率的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0044] 本實施方式是以火星至地球站中繼鏈路通信的實驗床為基礎，結(jié)合圖1說明本實 施方式的DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法；
[0045]本實施方式中的數(shù)據(jù)包格式如表1:包頭信息30字節(jié)，數(shù)據(jù)包信息1000字節(jié)。
[0046]表1數(shù)據(jù)包格式
[0050]傳輸機制基于CFDP進行存儲和自動轉(zhuǎn)發(fā)，采用新的冗余數(shù)據(jù)自動重傳機制，如圖2 所示。
[0051]發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，即： 要發(fā)送的文件包括元數(shù)據(jù)包和文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，元數(shù)據(jù)包內(nèi)含文件名稱、文件大小、源 和目的ID信息。每一個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包都含有一個特殊的域，該域標明這個文件數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù)包所攜帶的文件內(nèi)容的起始位和終止位；
[0052]發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程為:首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，但它和大部分文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包 一樣，沒有確認信息，也就是說發(fā)送節(jié)點不需要等待接收節(jié)點返回確認信息，無論元數(shù)據(jù)包 被成功接收與否，發(fā)送節(jié)點都會在發(fā)出元數(shù)據(jù)包之后繼續(xù)傳輸文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包。即發(fā) 送節(jié)點和接收節(jié)點不需要握手便可開始傳輸文件，這在深空中將節(jié)省大量時間。每一個數(shù) 據(jù)單元頭部都標有源ID。將文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包傳輸給中繼節(jié)點，在傳輸過程中，實時檢測 中繼節(jié)點返回的NAK，根據(jù)NAK，將相應的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進行第一階段重發(fā);NAK中特 定的域標明了丟失后需要重傳的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列信息，當沒有數(shù)據(jù)段元丟失 時，該段內(nèi)容為空；當文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進行第二階段重 發(fā)；
[0053]中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)流程為:實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲，轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點，若 出現(xiàn)丟包，反饋相應NAK至發(fā)送節(jié)點;根據(jù)接收節(jié)點返回的NAK，將相應文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包 進行重發(fā)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送至發(fā)送節(jié)點；
[0054] 接收節(jié)點的接收流程:如果接收節(jié)點接收到了一個標有新ID的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù) 包，就代表一個新的文件傳輸開始了。
[0055] 實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若出現(xiàn)丟包，將相應NAK返回至中繼節(jié)點，直至文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過繪圖還原成圖片文件。 [0056]接收節(jié)點通過檢查已經(jīng)接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列就可以確定哪些文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗了。同時進行重傳來保證信息的可靠性。
[0057]如圖3所示，發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程具體包括如下步驟：
[0058] 步驟Al:發(fā)送節(jié)點首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，不需要等待接收節(jié)點返回確認信息，開始發(fā) 送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包;所述元數(shù)據(jù)包內(nèi)含待發(fā)送文件名稱、文件大小、源和目的ID信息；
[0059] 步驟A2:實時檢測接收到的NAK，判斷NAK是否等于1，若是，根據(jù)NAK，發(fā)送相應文件 數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進行第一階段重發(fā)，若否，繼續(xù)發(fā)送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，重復該步驟，直 至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送，發(fā)送EOFl，轉(zhuǎn)入步驟A3;
[0060] 步驟A3:檢測是否在設定時間內(nèi)接收到EOFl-ACK，若否，重新發(fā)送E0F1;若是，轉(zhuǎn)入 步驟A4;
[0061] 步驟A4:當收到返回的NAK，根據(jù)NAK，發(fā)送相應文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進行第二階 段重發(fā)；
[0062] 步驟A5:當收到FINl，將FINl-ACK反饋至中繼節(jié)點，發(fā)送流程結(jié)束；
[0063] 如圖4所示，中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)流程具體包括如下步驟：
[0064] 步驟Bl:中繼節(jié)點建立存儲文件指針；
[0065] 步驟B2:判斷接收到是發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)或接收節(jié)點的數(shù)據(jù)，若是發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù) 執(zhí)行步驟B3至步驟B5，若是接收節(jié)點的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟B6至步驟B7;
[0066] 步驟B3:當接收到發(fā)送節(jié)點的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，存儲并轉(zhuǎn)發(fā)至接收節(jié)點，當檢 測到丟包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點；
[0067] 步驟M:當接收到EOFl，向發(fā)送節(jié)點反饋E0F1-ACK，向接收節(jié)點發(fā)送E0F2,檢測丟 包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點；
[0068]步驟B5:當已經(jīng)接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，發(fā)送FINl至發(fā)送節(jié)點，當接收 到FINl-ACK，與發(fā)送節(jié)點交互結(jié)束；
[0069]步驟B6:當接收到接收節(jié)點反饋回的NAK，根據(jù)返回的NAK，發(fā)送相應的文件數(shù)據(jù)單 元數(shù)據(jù)包；
[0070]步驟B7:當接收到FIN2，將FIN2-ACK反饋至接收節(jié)點，與接收節(jié)點交互結(jié)束；
[0071] 如圖5所示，接收節(jié)點的接收流程具體包括如下步驟：
[0072] 步驟Cl:接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，同時執(zhí)行步驟C2至步驟C4;
[0073] 步驟C2:當檢測到丟包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點；
[0074] 步驟C3:對接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖，還原成圖片文件，轉(zhuǎn)入步驟 C5；
[0075] 步驟C4:當接收到E0F2，向中繼節(jié)點反饋E0F2-ACK，轉(zhuǎn)入步驟C5:
[0076] 步驟C5:檢測是否丟包，若是，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點，轉(zhuǎn)入步 驟C6;若否，轉(zhuǎn)入步驟C7;
[0077] 步驟C6:繼續(xù)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，對接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪 圖，還原成圖片文件；
[0078]步驟C7:判斷是否接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若是，發(fā)送FIN2至中繼節(jié) 點，轉(zhuǎn)入步驟C8;若否，轉(zhuǎn)入步驟C5;
[0079] 步驟C8:當接收到FIN2-ACK，傳輸結(jié)束。
[0080]首先，對這種模式兩輪交互時間進行估算，需要對變量進行一些說明：假設N為文 件傳輸過程中文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包PDU的個數(shù)，包括元數(shù)據(jù)包MPDU，Lpdu為每個PDU的長度， Pe為鏈路誤碼率，Leqf為EOF PDU的長度，1\_代表單鏈路傳輸時延，Tpdu代表傳輸PDU所需的 時間，Tack代表傳輸NAK所需的時間，T eqf代單鏈路傳輸EOF所需的時間，Tack-Eof代表單鏈路傳 輸ACK-EOF所需的時間，Td-eof為EOF傳輸時間，P ePDU代表兩條前向鏈路中PDU的差錯概率， PeEOF代表傳輸EOF的差錯概率，PeNAK代表傳輸NAK的差錯概率。所有的數(shù)據(jù)PDU的長度以及誤 碼率都相同且所有的NAK的長度以及誤碼率都相同。那么單鏈路PDU發(fā)生差錯的概率P ePDU以 及PeEQF與誤碼率Pe的關(guān)系分別為
[0081 ] PePDU = I - ( I -pe ) LPDU , peE0F = I - ( I -Pe ) LEOF (I)
[0082] Tinc表示第一階段傳輸時延，Tinc的期望為
[0083] E(Tinc)=2NXTpDU+E(TD-E〇F) (2)
[0084] 設E(TlEQF)為接收端成功接收到EOF時，發(fā)送端總共發(fā)送EOF的次數(shù)，那么可知E (Heof)的期望為
[0092] Tdef表示第二階段傳輸時延，假設整個Tdef階段兩個鏈路的重傳交互次數(shù)分別為Ml和M2,那么，N個PDU數(shù)據(jù)包經(jīng)過Tinc階段后，仍然需要進行重傳交互的PDU個數(shù)2Y的期望為
[0085]
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0093]
[0094] 進入Tdef階段后，不得不考慮NAK的差錯概率PeNM，因此，在Tdef階段單鏈路rou的交 互失敗概率P ef為
[0095] Pef=I-(I-PePDu)(I-PeNAK) (8)
[0096] 已知Tdef階段所需交互的總包數(shù)為2Y，從上式已知Pef，我們需要知道Tdef階段NV + N2'個數(shù)據(jù)包交互完成時重傳交互次數(shù)M的期望。
[0097] 假設N/為經(jīng)i汝重傳奪百后所垂丨丨會的仍需重傳的包數(shù)的期望值，貝丨J有
[0098]
[0099] 假設經(jīng)Mli次重傳交互后，令N1"為NI/個數(shù)據(jù)包經(jīng)Mli次重傳交互剩余包數(shù)的期望， Mli滿足如下兩個關(guān)系 [0100]
[0101] 那么，剩余ΝΓ個數(shù)據(jù)包交互完畢的次數(shù)的期望Ml2為
[0102]
(9)
[0103]那么就可求NV個數(shù)據(jù)包在整個Tdef階段的重傳交互次數(shù)Ml的期望值為
[0104] E(Ml) =M1i+M12 (10)
[0105] 已知在第一鏈路Tdef階段的重傳交互次數(shù)M，在單鏈路每一次的交互過程中，第一 鏈路第i次交互階段的時延T spurt (i)為
[0106]
(11)
[0107] 整個重傳階段的時延Tdef由M次的交互階段時延及Tack-EOF組成，即
[0108]
[0109] 已知Tdef階段需要重傳的包數(shù)為YY個rou的正確發(fā)送來自于所有交互階段重發(fā) 的數(shù)據(jù)包經(jīng)過數(shù)據(jù)包差錯概率為p e?的信道所得，可得
[0110]
[0111]
[0112]
[0113] 總時延Tme的期望值為
[0114] E(Tfile) =E(Tinc)+E(Tdef) (14)
[0115] 實驗驗證:為了對比普通模式以及本實施方式的DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件 傳輸方法的性能，需要統(tǒng)計一些性能參數(shù)。這些參數(shù)有:數(shù)據(jù)端到端平均時延、數(shù)據(jù)成功到 達率和用戶數(shù)據(jù)速率。實驗床中仿真中的參數(shù)設置見下表。
[0116] 表3仿真參數(shù)設置
[0118] 發(fā)送數(shù)據(jù)包總時延與丟包率間的關(guān)系
[0119] 在鏈路a與鏈路b不同丟包率下，對實驗床的文件傳輸時延進行測量，每組數(shù)據(jù)測 十個，取平均值，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如圖6。
[0120] 由圖6,在丟包率較低的情況下，二者網(wǎng)絡通信情況類似，此時基于CFDP的中繼傳 輸模式和普通模式傳輸文件的時延基本一致。當信道a與信道b丟包率逐漸增大時，即越來 越接近于深空通信的通信條件時，兩者的時延差距在不斷增大。說明在深空高丟包率的情 況下，于CFDP的中繼傳輸模式具有很強的研究價值。
[0121] 下面，將從理論和實際測得的數(shù)據(jù)綜合分析傳輸文件的總時延。
[0122] 表4重傳次數(shù)與到達概率
[0124] 將時延和丟包率全部設置為零，此時基于CFDP的中繼傳輸模式和普通模式文件傳 輸時延僅與計算機處理速度等客觀因素有關(guān)系，兩者時延基本相同，多次測量后，TSO = 25s，TNO = 24s。傳輸方式為:選擇性重傳 ARQ，串行異步傳輸。
[0125] 普通模式下：在鏈路a與鏈路b的丟包率都為20 %時，從節(jié)點1到節(jié)點3要經(jīng)過兩條 鏈路，所以成功傳輸?shù)母怕蕿椹? 8 X 0.8 = 0.64，傳輸失敗的概率為0.36。則未重傳時，節(jié)點1 已經(jīng)將64%的數(shù)據(jù)包傳送至節(jié)點3。則第一次重傳，需再傳輸36%的數(shù)據(jù)包，應為采用的是 選擇性重傳 ARQ，由于計算機運行等原因，為更精確探求結(jié)果，采用時延差的模式來分析文 件傳輸?shù)目倳r延。
[0126] 可求得總平均時延差為：
[0127] Tfiie7-TfiieO7 =48.3225s
[0128] 實際上二者的時間差為47.5642s，基本一致。
[0129] 基于CFDP的中繼傳輸模式下：下面分別計算η次重傳事件發(fā)生的概率以及該事件 下一跳時延，見表5。
[0130]表5發(fā)送節(jié)點到中繼節(jié)點的η重傳事件及概率
[0132]中繼節(jié)點到接收節(jié)點的情況與發(fā)送節(jié)點到中繼節(jié)點的相同。故存儲轉(zhuǎn)發(fā)的模式下 總的時延差Tme-Tfiie0為
[0133] Tfiie-Tfiie〇 = 36.4675s
[0134] 理論上二者的差值為35.8457s，理論分析與仿真輸出基本一致?；贑FDP的中繼 傳輸模式下總時延較普通模式有一定幅度的提升。
[0135] 發(fā)送數(shù)據(jù)包的總時延與信道時延間的關(guān)系：
[0136] 在鏈路a與鏈路b不同信道時延下，對實驗床的文件傳輸時延進行測量，每組數(shù)據(jù) 測十個，取平均值，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下圖7。
[0137]由圖7可知，在信道時延為0時，基于CFDP的中繼傳輸模式和普通模式基本沒有區(qū) 另IJ，當信道時延達到1~2s時，即達到地月通信時延時，兩者之間的差異逐漸明顯化。當時延 進一步加大時，基于CFDP的中繼傳輸模式的文件總時延大幅優(yōu)于普通模式。
[0138] 以信道時延為IOs為例，進行理論分析。將數(shù)據(jù)公式
[0139] 普通模式：
[0140] Tfiie7-TfiieO7 =50.3582s
[0141] 基于CFDP的中繼傳輸模式：
[0142] Tfiie-Tfiie〇 = 29.4839s
[0143] 與測得的數(shù)據(jù)基本一致。
[0144] 表6重發(fā)次數(shù)與剩余包數(shù) LUM/」數(shù)據(jù)傳湔運卒及W效運卒：
[0148] 在鏈路a與鏈路b不同丟包率下，對平臺文件傳輸總速率進行測量，每組數(shù)據(jù)測五 次，取平均值，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下圖8和圖9。
[0149] 由圖8,在信道時延為Is時(模擬地月通信時延條件），在0%丟包率的情況下，基于 CFDP的中繼傳輸模式的數(shù)據(jù)總傳輸速率略高于正常模式，隨著丟包率的逐漸增大，由于處 理機制的增加，較于正常模式，基于CFDP的中繼傳輸模式的數(shù)據(jù)傳輸總速率有小幅下降，但 基本保持一致。由圖9,關(guān)于有效速率，在信道時延為Is時(模擬地月通信時延條件），在0% 丟包率的情況下，基于CFDP的中繼傳輸模式的數(shù)據(jù)有效傳輸速率與正常模式基本一致，隨 著丟包率的逐漸增大，較于正常模式，基于CFDP的中繼傳輸模式呈現(xiàn)了越來越好的性能。
【主權(quán)項】
1. 一種DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，其特征在于，所述傳輸方法為： 發(fā)送節(jié)點將要發(fā)送的文件分成若干段，每一段形成一個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，每一個 文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包都含有一個特殊的域，該域標明這個文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包所攜帶的文 件內(nèi)容的起始位和終止位； 發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程為:將文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包傳輸給中繼節(jié)點，在傳輸過程中，實時 檢測中繼節(jié)點返回的NAK，根據(jù)NAK，將相應的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進行第一階段重發(fā);NAK 中特定的域標明了丟失后需要重傳的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包的序列信息，當沒有數(shù)據(jù)段元丟 失時，該段內(nèi)容為空；當文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完后，根據(jù)返回的NAK，進行第二階段 重發(fā)； 中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)流程為:實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包存儲，轉(zhuǎn)發(fā)給接收節(jié)點，若出現(xiàn) 丟包，反饋相應NAK至發(fā)送節(jié)點;根據(jù)接收節(jié)點返回的NAK，將相應文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包進行 重發(fā)，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送至發(fā)送節(jié)點； 接收節(jié)點的接收流程:實時接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若出現(xiàn)丟包，將相應NAK返回至 中繼節(jié)點，直至文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部接收，將接收的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包通過繪圖還 原成圖片文件。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DTN網(wǎng)絡中基于CFDP的中繼文件傳輸方法，其特征在于，所述 發(fā)送節(jié)點的發(fā)送流程具體包括如下步驟： 步驟Al:發(fā)送節(jié)點首先發(fā)送元數(shù)據(jù)包，不需要等待接收節(jié)點返回確認信息，開始發(fā)送文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包;所述元數(shù)據(jù)包內(nèi)含待發(fā)送文件名稱、文件大小、源和目的ID信息； 步驟A2:實時檢測接收到的NAK，判斷NAK是否等于1，若是，根據(jù)NAK，發(fā)送相應文件數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù)包，進行第一階段重發(fā)，若否，繼續(xù)發(fā)送文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，重復該步驟，直至文 件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包全部發(fā)送，發(fā)送EOFl，轉(zhuǎn)入步驟A3; 步驟A3:檢測是否在設定時間內(nèi)接收到EOFl-ACK，若否，重新發(fā)送EOFl;若是，轉(zhuǎn)入步驟 A4； 步驟A4:當收到返回的NAK，根據(jù)NAK，發(fā)送相應文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，進行第二階段重 發(fā)； 步驟A5:當收到FINl，將FINl-ACK反饋至中繼節(jié)點，發(fā)送流程結(jié)束； 所述中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)流程具體包括如下步驟： 步驟Bl:中繼節(jié)點建立存儲文件指針； 步驟B2:判斷接收到是發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)或接收節(jié)點的數(shù)據(jù)，若是發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)執(zhí)行 步驟B3至步驟B5，若是接收節(jié)點的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟B6至步驟B7; 步驟B3:當接收到發(fā)送節(jié)點的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，存儲并轉(zhuǎn)發(fā)至接收節(jié)點，當檢測到 丟包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點； 步驟M:當接收到EOFl，向發(fā)送節(jié)點反饋E0F1-ACK，向接收節(jié)點發(fā)送E0F2,檢測丟包，將 相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至發(fā)送節(jié)點； 步驟B5:當已經(jīng)接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，發(fā)送FINl至發(fā)送節(jié)點，當接收到 FINl-ACK，與發(fā)送節(jié)點交互結(jié)束； 步驟B6:當接收到接收節(jié)點反饋回的NAK，根據(jù)返回的NAK，發(fā)送相應的文件數(shù)據(jù)單元數(shù) 據(jù)包； 步驟B7:當接收到FIN2，將FIN2-ACK反饋至接收節(jié)點，與接收節(jié)點交互結(jié)束； 接收節(jié)點的接收流程具體包括如下步驟： 步驟Cl:接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，同時執(zhí)行步驟C2至步驟C4; 步驟C2:當檢測到丟包，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點； 步驟C3:對接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖，還原成圖片文件，轉(zhuǎn)入步驟C5; 步驟C4:當接收到E0F2,向中繼節(jié)點反饋E0F2-ACK，轉(zhuǎn)入步驟C5: 步驟C5:檢測是否丟包，若是，將相應丟失的數(shù)據(jù)包的NAK反饋至中繼節(jié)點，轉(zhuǎn)入步驟 C6;若否，轉(zhuǎn)入步驟C7; 步驟C6:繼續(xù)接收文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，對接收到的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，解析繪圖， 還原成圖片文件； 步驟C7:判斷是否接收到所有的文件數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)包，若是，發(fā)送FIN2至中繼節(jié)點，轉(zhuǎn) 入步驟C8;若否，轉(zhuǎn)入步驟C5; 步驟C8:當接收到FIN2-ACK，傳輸結(jié)束。
【文檔編號】H04L1/18GK105915649SQ201610452005
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】李德志, 尼堯擎, 王振永, 郭慶, 李卓明, 孔德陽
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學