CN105162690B - 面向卫星链路的电子邮件传送方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向卫星链路的电子邮件传送方法与系统。该方法在发送邮件时将邮件源码中大尺寸段体分离成独立文件，并在邮件源码中使用扩展标签标识后，与邮件源码分开发送；客户端和服务器均缓存收发过的文件，服务器还记录各个文件的所有缓存位置；接收邮件时先下载无大尺寸段体的邮件源码，仅在需要时下载分离的大尺寸段体；下载大段体时，优先从通信代价小的客户端缓存下载，从客户端无法获取时再从服务器下载。本发明使接收者可从同一子网内的其他接收者处获得邮件正文或附件，并允许接收者自由选择是否下载大尺寸正文和附件，从而减少需要通过卫星链路传输的数据量。

Description

面向卫星链路的电子邮件传送方法与系统

技术领域

本发明涉及网络应用层协议设计领域，更具体的说，涉及一种面向卫星链路的电子邮件传送方法与系统。

背景技术

卫星数据通信带宽有限，速率非常低，如铱星为24kbps，而全球星的传输速率为9.6kbps。由于造价较高，所以使用卫星链路进行数据通信价格高昂，如中国大陆铱星数据套餐50元/兆，或每分钟9.8元。尽管诸多缺点，但全球范围内移动状态下的高可用性，使得许多机构必须依赖卫星链路来与其他机构或外界联系，如军事部门、灾难应急响应机构、航空企业、海事机构、海洋运输和钻探等行业、铁路部门等。而收发电子邮件是这些机构通信的一种重要手段。

现有电子邮件Email标准的设计最早是针对有线网络和无线局域网络设计的，其规定客户端到服务器之间使用SMTP协议进行发送(由标准RFC 5321、RFC 2822、RFC 3461定义)，使用IMAP协议(由标准RFC 3501定义)或POP3协议(由RFC 1939定义)进行接收。邮件内容格式采用MIME扩展邮件格式，其标准由RFC2822、RFC2045、RFC2046、RFC2047、RFC2049、RFC2231、RFC2387等进行了定义。这些协议和邮件格式并没有考虑成本高昂的卫星链路的通信特点，因为其通信冗余较多，引起的费用较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有的电子邮件系统在卫星链路传输时通信开销较大的缺点，提供一种面向卫星链路的电子邮件传送方法与系统，使接收者可从同一子网内的其他接收者处获得邮件正文或附件，并允许接收者自由选择是否下载大尺寸正文和附件，从而减少需要通过卫星链路传输的数据量。

本发明的第一个目标是提出面向卫星链路的电子邮件收发方法。所述方法先分析服务器到各邮件客户端的通信代价，以及各邮件客户端之间的通信代价；发送客户端将邮件中较大的正文和附件分离出来形成多个独立文件(称为子件)，并用标签在邮件源码中标识，再分别将邮件源码和子件传送给邮件服务器；收到接收客户端的请求后，邮件服务器分析各子件的缓存位置，并选择通信代价最低的若干缓存位置，再用标签将所有子件缓存位置的IP插入邮件源码，并发送邮件源码给邮件接收客户端；接收客户端依据源码中子件位置IP，从同一子网内该邮件的其他接收者或服务器处获取各子件。

以上技术方案中，服务器在物理网络拓扑上构造链路具有权重的覆盖网络，通过权重来反映物理链路(卫星链路、微波链路、有线链路等)的通信代价；

以上技术方案中，所述客户端缓存所有发送或接收过的子件一段时间，所述服务器永久缓存所有接收过的子件；

以上技术方案中，用户可根据邮件主题和其他信息自由选择是否需要获取大尺寸正文或附件。

以上技术方案中，所述子网由彼此之间通信代价较低的客户端组成。

本发明的第二个目标是提出一种面向卫星链路的电子邮件传送系统。所述系统主要由服务器和客户端组成。

以上系统中，所述邮件服务器包括：邮件收发服务器，用于使用POP3/SMTP/IMAP和客户端交互，完成电子邮件的收发管理；覆盖网维护单元，用于在物理网络上构造和维护链路具有权重的覆盖网络；子件索引单元，用于维护子件在网络中的位置的索引和查询子件的记录；源码处理单元，用于分离子件、增加扩展标签、合并子件和去除扩展标签等邮件源码修改工作；子件缓存单元，用于以文件形式永久缓存邮件中较大的子件，并对缓存进行管理；子件传输单元，用于接收客户端发送的子件、为其他请求获取子件的客户端提供子件和提供子件缓存位置等。

以上系统中，所述客户端包括：用户代理，用于以图形化界面形式，允许用户编写、发送、接收、阅读、回复、转寄、保存邮件；源码处理单元，用于分离子件、增加扩展标签等邮件源码修改工作；子件缓存单元，用于以文件形式缓存邮件子件，并对缓存进行管理；子件传输单元，用于向服务器发送子件、为其他请求获取子件的客户端提供子件和获取子件缓存位置等。

本发明的优点在于：1)允许用户根据主题自由选择是否需要获取大尺寸的超文本正文、资源文件和附件，避免下载无意义的内容带来的开销。2)邮件接收者所在子网通常有其他客户端发送过或接收过同一邮件，本发明允许接收者直接从其他客户端获取邮件大尺寸的超文本正文、资源文件和附件，从而避免了直接通过卫星链路重复传输这些内容。

附图说明

图1为本发明的邮件服务器生成覆盖网络的流程图。

图2为本发明的邮件服务器生成的覆盖网络的示例图。

图3A为发送邮件时客户端处理的主流程图。

图3B为发送邮件时客户端处理邮件源码和分离大段体的流程图。

图4为发送邮件时服务器端处理的主流程图。

图5为发送子件时客户端和服务器端之间交互的协议序列图。

图6为接收邮件时客户端处理的主流程图。

图7为接收邮件时服务器端处理的主流图。

图8为邮件服务器获取子件缓存位置的流程图。

图9A为获取子件时接收节点单次成功获取的协议序列图。

图9B为获取子件时子件缓存节点无文件或出错的协议序列图。

图9C为获取子件时子件缓存节点正在接收子件的协议序列图。

图10为邮件服务器获取更多子件缓存位置的协议序列图。

图11为本发明的面向卫星链路的电子邮件投递系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明加以说明。

本方法主要由生成覆盖网络、节点维护子件缓存、维护全局子件映射表、维护已查询节点映射表、邮件源码修改、文件收发协议等技术要素组成。

在本方法中，邮件服务器需要维护一个覆盖网络，它描述了包含邮件服务器和所有客户端在内所组成网络的链路通信代价，各链路代价通过与链路关联的代价值来反映。覆盖网络的生成过程如图1所示。步骤101在覆盖网络中加入邮件服务器。每个物理世界的局域网都对应一个子网，步骤102将这些子网都加入覆盖网络，并根据各子网到邮件服务器的物理链路的通信代价，设置子网的代价值。代价反映了物理链路的对于卫星链路应设置较高代价值，对于有线链路应设置较低代价值。步骤103再将各子网的所有邮件客户端加入覆盖网络，并设置子网内的通信代价。步骤104将邮件服务器和每个邮件客户端作为一个节点，在同一子网内的各节点之间都增加1条链路，链路代价值为步骤103设置的该子网内的通信代价。此外，为所有普通节点增加1条到邮件服务器节点的链路，链路代价值为该普通节点所在子网的代价值，即步骤102设置的子网代价值。图2是覆盖网络的一个实例。

邮件服务器和所有邮件客户端都维护一个缓存，用于缓存邮件超文本正文、内嵌资源、附件。在本发明中，这几类缓存的文件也称为子件。每个节点发送和接收的邮件中满足条件的超文本正文、内嵌资源和附件都会进入节点自身的缓存。邮件服务器的缓存为永久缓存。而普通节点的缓存具有一个失效时间invalidTime，当文件已存放在缓存中的时间超过invalidTime时，邮件客户端将该文件从缓存中删除。

邮件服务器维护一个全局子件映射表，存放各个子件在网络中存储的缓存节点的IP列表。该表的key为子件的文件名，每个表项是一个链表，各链表项有2个属性：ip(即存有该子件的缓存节点的IP)和timestamp(即缓存有效时间戳)。由于邮件服务器缓存所有接收的子件，则无失效时间，所有每个表项的链表中至少一个链表项：<服务器ip,Infinity>。服务器定期将各全局子件映射表中timestamp值早于当前时间的链表项删除。

邮件服务器维护一个已查询节点映射表，存放某个节点在接收某个子件的过程中，已经从服务器取得的缓存节点的IP列表。该表的key为一个2元组<子件的文件名,接收节点IP>，每个key有一个时间戳属性timestamp，存放该查询记录的失效时间。每个表项是一个链表，各链表项有1个属性：ip，即已查询过的缓存节点的IP。服务器定期将已查询节点映射表中timestamp早于当前时间的表项删除。

本发明中，邮件客户端发送邮件的主流程如图3A所示。步骤201处理邮件体，分离尺寸较大的段体，并生成包括所有被分离出的子件文件名的列表compFileList。步骤202将compFileList中的所有子件放入节点自己的文件缓存区。步骤203客户端使用SMTP协议发送处理后的邮件源码。步骤204客户端使用专用协议发送compFileList的所有子件。步骤201的详细实现的流程图如图3B所示。

步骤2011从前到后分析邮件源码中的邮件体部分，寻找以boundary字符串行来判断是否存在下一个邮件内容段。即查找以“------＝_NextPart_”开头的行，同时下一行以“Content-Type:”开头。若不存在，则结束处理。否则，步骤2012再判断该段是否满足条件：该段的Content-Type不为multipart的任何子类型，且非text/plain类型，同时该段段体部分长度大于64字节。各段的段体开始位置是在紧随段头的空行之后，段体结束于下一个boundary字符串之前的空行。若不满足，则跳转到步骤2011；否则，生成一个32字节的GUID(全局唯一标识符)，并将该段体内容封装成以该GUID为文件名的文件。然后，步骤2014将该段体从邮件源码中移除。步骤2015在该段的段头增加2个扩展域，域名X-Filename的域值为GUID文件名，域名X-File-Location的域值为主机IP。步骤2016将该文件名加入子件名列表CompFileList，然后跳转到步骤2011继续处理后续各段。

邮件客户端在发送邮件给邮件服务器时，服务器的主流程如图4所示。步骤301使用SMTP协议接收邮件。步骤302使用专用协议接收该邮件分离出的所有子件。步骤303将所接收到的子件文件放入缓存。步骤304将所有子件文件信息加入全局子件映射表。为每个子件增加的key为该子件的GUID文件名，表项链表含2个链表节点，1个记录发送客户端的IP，另一个记录邮件服务器本身的IP，并为链表节点设置相应的timestamp属性。

发送邮件过程中，客户端步骤204与服务器的步骤302使用的协议如图5所示。该协议使用TCP传输协议，邮件服务器端开启侦听端口，等待客户端的连接，邮件服务器端为每个新到的连接分配一个工作端口。当客户端与邮件服务器建立TCP连接后，依次向邮件服务器推送邮件中分离出的各子件。推送每个子件时，首先，客户端向服务器端发送推送文件请求，格式为：“PUSH-FILE:”+“GUID文件名”+“；SIZE:”+“文件大小”+“#”。服务端接收到推送请求后返回就绪消息“250OK”。客户端收到服务器端就绪消息后发送内容。服务器以推送请求中携带的文件大小判断文件内容是否接收完成，当接收完文件内容后，返回成功消息“250OK”。当客户端推送完所有子件后，发送结束推送请求“FINISHED”,服务器端收到后，返回结束确认消息“221Bye”，并关闭该工作连接。客户端收到结束确认消息后，也关闭连接。

在客户端接收邮件时，客户端的主要流程如图6所示。步骤401使用POP3协议接收邮件。步骤402用户代理显示邮件内容，并接收用户下载子件操作，这些子件包括超文本正文、内嵌资源或附件等。步骤403判断是否存在下一个子件缓存位置IP，若不存在，则跳转到步骤404。如果存在，则步骤405取下一个子件缓存位置IP。步骤406使用专有协议从该缓存位置IP获取子件，如果成功获得子件，则执行步骤407。否则，跳转到步骤403。步骤407将下载的子件交由用户代理显示，并继续接收用户下载其他子件的操作。步骤404使用专有协议从服务器获得更多子件缓存位置。

在客户端接收邮件时，服务器的主要流程如图7所示。步骤501使得POP3协议收到客户端发送的接收邮件请求。步骤502读取邮件源码后，再依次更新邮件源码X-File-Location域的域值。步骤503判断邮件源码中是否存在下一个X-Filename域，若不存中则跳转到步骤506。若存在，则步骤504以接收客户端IP和X-Filename后的文件名为参数获取文件缓存位置IP列表。步骤505将X-Filename之后的X-File-Location域值设置为步骤504得到的子件缓存位置IP列表，然后，跳转到步骤503继续。步骤506利用POP3协议发送更新完缓存地址后的邮件源码。

步骤504中获取子件缓存位置IP列表的详细流程如图8所示。步骤5041从覆盖网络中取从接收节点经过1跳可达的所有邻节点的IP，组成列表neighborSet。步骤5042从全局文件映射表中取该子件文件名为key对应的链表表项中所有IP，并组成一个列表cacheSet。步骤5043以<子件文件名,接收节点IP>为key，检索已查询节点表，取出对应链表表项中所有的IP，组成一个列表hasTriedSet。步骤5044计算1跳可达且缓存有该子件，同时未查询过的缓存节点的IP列表，validSet＝(neighborSet∩cacheSet)-hasTriedSet)。步骤5045从覆盖网络中，将接收节点到L3中所有节点的代价值取出，再将L3中所有节点按代价值的升序排序。步骤5046取L3前numTry个节点的IP组成列表L4。步骤5047以<子件文件名,接收节点IP>为key值在已查询节点中查询，若未找到相应表项，则步骤5048先在已查询节点表中加入新表项，key值为<子件文件名,接收节点IP>。否则，步骤5049直接将L4中节点的IP加入已查询节点表中key值为<子件文件名,接收节点IP>的链表表项，并更新表项的时间戳为当前时间+超时间隔pullTime。步骤504A判断全局文件映射表中以子件文件名为key的表项链表中是否存在接收节点的IP。若不存在，则步骤504B在该表项链表中加入一个链表节点，节点属性为<接收节点IP，当前时间+invalidTime>。否则，跳转到步骤504C。步骤504C结束步骤504，返回L4的节点IP列表。

步骤403使用的下载子件协议如图9A所示。图9A为正常的接收节点和子件缓存节点的交互序列图。首先，接收节点发送获取子件请求消息，格式为：”REQUEST-FILE:”+子件GUID文件名。子件缓存节点收到获取子件请求消息后，查询缓存，若不存在对应文件名的子件，则返回错误消息：554ERROR，并结束交互，如图9B所示。如果存在，则返回文件长度消息进行确认。消息格式为：“SIZE:”+以字节点单位的文件长度+“#”。然后，发送子件文件内容，接收节点收到内容后，返回成功消息:250OK，并结束交互，如图9A所示。

当节点在接收子件时，它将实时估计剩余的下载时间。当接收节点向子件缓存节点发送获取子件请求消息时，子件缓存节点可能正在下载该子件，此时，其他节点可能会尝试从该节点获取该子件，此时，发起请求的节点应等待正接收子件的节点发送完后再从该节点处下载。如图9C所示，子件缓存节点收到获取子件请求消息后，判断自己正在下载该子件时，则将自己估计的剩余下载时间发送给请求节点，要求请求节点延时后再尝试，响应消息的格式为：“DELAY-TIME:”+以ms为单位的剩余下载时间+“#”。请求节点收到响应后，在等待指定剩余下载时间后，再次向该子件缓存节点发起获取子件请求消息。在获取一个子件过程中，子件缓存节点时延估计可能不准确，所以允许有多次延时尝试。

步骤404使用的获取更多子件缓存位置的专有协议如图10所示。首先客户端向邮件服务器端发送获取子件缓存位置请求，消息格式为：“REQUEST-LOCATION:”+子件GUID文件名。邮件服务器收到请求后，使用步骤504相同的获取子件缓存位置流程进行处理，获得最多numTry个子件缓存位置，返回给请求客户端，消息格式为：“CONTENT-LOCATION”:以分号分隔的IP地址列表。由于全局文件映射表各表项的链表表项至少存在邮件服务器的IP，而邮件服务器的缓存为永久缓存。所以，任意客户端获取一个有效的子件时，在无法从其他低通信代价的缓存节点获取子件时，至少可以从邮件服务器获取该子件，所以可确保客户端最终可以得到该子件的文件。

本发明还公开了一种面向卫星链路的邮件传送系统，如图11所示。客户端包括：用户代理601，源码处理单元602、子件缓存单元603和文件传输单元604；服务器端包括：邮件收发服务器605，源码处理单元606、子件缓存单元607、文件传输单元608、覆盖网络维护单元609和子件索引单元610。

用户代理单元601以图形化界面形式，实现邮件消息的编写、管理、以及产生发送和接收命令。

源码处理单元602和605用于子件分离、自定义域的增加和更新、源码还原等功能。

子件缓存单元603和607用于子件的存储、管理、过期子件的删除。

文件传输单元604和608实现步骤204、302、403、404使用的专有协议，用于子件发送、子件获取和子件缓存位置的获取。

覆盖网络维护单元609用于构建和维护覆盖网络，提供查询链路代价的接口。

子件索引单元610用于管理全局文件映射表和已查询节点映射表。

邮件转发与邮件发送类似进行处理，不再赘述。

当本发明的邮件服务器需要发送邮件至其他标准邮件服务器时，将缓存中的对应的子件内容放入邮件源码对应位置，并去除X-Filename和X-File-Location域，就可以还原邮件源码为标准的MIME邮件格式，之后采用标准的SMTP协议发送即可。

当本发明的邮件服务器接收到其他标准邮件服务器的邮件时，需要像邮件发送客户端一样处理邮件源码，将除文本正文之外大尺寸的段体分离成子件进行缓存。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种面向卫星链路的电子邮件传送方法，其特征在于，包括如下步骤：

发送邮件时将邮件源码中大尺寸段体分离成独立文件，所述独立文件称为子件，并在邮件源码中使用扩展标签标识后，将子件与邮件源码分开发送至邮件服务器；所述大尺寸段体包括超文本正文、资源文件和附件；

所述邮件服务器维护一个覆盖网络，所述覆盖网络描述包含邮件服务器和所有客户端在内所组成网络的通信代价；所述邮件服务器维护一个全局子件映射表，所述全局子件映射表存放各个子件在网络中存储的缓存节点的IP列表；

客户端和所述邮件服务器均缓存收发过的文件；所述邮件服务器还记录各个子件的所有缓存位置，并选择通信代价最低的若干缓存位置，再用标签将所有子件缓存位置的IP插入邮件源码，并发送邮件源码给客户端；

客户端接收邮件时先下载无大尺寸段体的邮件源码，仅在需要时下载分离的大尺寸段体；

客户端下载大尺寸段体时，依据邮件源码中子件缓存位置的IP，从同一子网内该邮件的其他接收者或服务器处获取各子件，优先从通信代价小的客户端缓存下载，从客户端无法获取时再从服务器下载。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当大尺寸段体从邮件源码分离后，邮件源码中相应位置被加入标签进行标识。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，接收到的邮件源码中包括最新的且通信代价小的缓存客户端的IP。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，接收客户端在邮件源码指示的缓存客户端处未取得文件的情况下，服务器向该接收客户端发送其他缓存客户端的IP。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在缓存客户端处于接收文件状态时，接收客户端延时后再获取文件。

6.一种采用权利要求1所述方法的面向卫星链路的电子邮件传送系统，其特征在于，包括邮件客户端和邮件服务器；

所述邮件服务器包括：邮件收发服务器，用于完成电子邮件的收发管理；覆盖网维护单元，用于记录物理网络上客户端之间、客户端与服务器之间的通信代价；子件索引单元，用于记录大尺寸段体在网络中的位置的索引和查询大尺寸段体的记录；源码处理单元，用于邮件源码修改；子件缓存单元，用于缓存邮件中的大尺寸段体；子件传输单元，用于收发大尺寸段体和提供缓存位置IP；

所述邮件客户端包括：用户代理，用于用户编写、发送、接收、阅读、回复、转寄、保存邮件；源码处理单元，用于修改邮件源码；子件缓存单元，用于缓存邮件大尺寸段体；子件传输单元，用于收发大尺寸段体和提供缓存位置IP。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述邮件服务器永久缓存大尺寸段体；所述客户端只缓存一段时间；所述邮件服务器能够和标准邮件服务器正常通信。