CN108667567B - 一种航天器低开销可靠传输重传算法 - Google Patents
一种航天器低开销可靠传输重传算法 Download PDFInfo
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Abstract
一种航天器低开销可靠传输重传算法,涉及航天器为节点的空间信息网络协议技术领域;包括如下步骤:步骤(一)、制定数据包类别和不同类别数据包对应的优先级;步骤(二)、将待发送数据包记为B类,依次发送数据包;将发送后的数据包标记为D类;步骤(三)、更新确认接收坐标PA、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC;步骤(四)、计算接收状态报告价值VR;步骤(五)、判断是否生成接收状态报告;步骤(六)、对数据包的类别进行调整更新;步骤(七)、重传未确认的数据包直至所有数据包类别都更新为F类;本发明实现可靠并高效传输的同时,计算和运行开销低,可以适应不同的航天器和空间网络,适用于处理能力和存储空间有限的航天器。
Description
技术领域
本发明涉及一种航天器为节点的空间信息网络协议技术领域,特别是一种航天器低开销可靠传输重传算法。
背景技术
由航天器作为节点构成的空间信息网络,具有空间通信传播时延长、误码率高、信道不对称、通信间断等特点,对数据传输带来影响和挑战,保证可靠性和改善传输效率是需要研究和解决的问题。同时,收到处理和存储资源的限制,运行在航天器上网络协议要求简单可靠,算法运行所需要消耗的资源较少。航天器上运行的网络传输协议也应考虑到缓存空间的管理和释放,以适应航天器内部存储空间有限的特点。
已有的空间网络传输协议及相关研究工作表明,采用基于选择性否定应答(SNACK)的丢失指示和重传算法,能达到较高的传输效率,如CFDP(CCSDS File DeliveryProtocol)协议,以及由其基本原理衍生出的LTP(Licklider Transmission Protocol)协议和Saratoga文件传输协议等,均优于使用肯定应答(ACK)的传输协议(如地面网络中常见的传输控制协议TCP)。但是这些协议的重传算法,在减少反馈确认以适应空间网络信道不对称性的同时,延迟了发送端对已完成传输部分数据的释放,不利于高效使用航天器容量有效的内部存储空间,并增加了总传输时间;同时,这些算法中需要设置和监控多个定时器,甚至需要根据网络条件动态估算和调整超时时间,需要占用大量处理资源,不适合某些计算处理能力有限的航天器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种航天器低开销可靠传输重传算法,实现可靠并高效传输的同时,计算和运行开销低,可以适应不同的航天器和空间网络,针对受限条件有效优化传输效率,适用于处理能力和存储空间有限的航天器。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
一种航天器低开销可靠传输重传算法,包括如下步骤:
步骤(一)、制定数据包类别和不同类别数据包对应的优先级;分别为:A类,第一优先级;B类,第二优先级;C类,第三优先级;D类,第四优先级;E类,第五优先级;F类,无优先级;
步骤(二)、初始时刻,发送端将待发送数据包均标记为B类数据包,按照预先设定的顺序设定数据包的序列号,并依次发送数据包;将发送后的数据包标记为D类;
步骤(三)、在接收开始之前,设定接收端的接收状态报告价值VR、接收远界坐标PR、确认接收坐标PA、接收的空洞PAold均为0;接收端每收到一个数据包,将该数据包的序列号与当前确认接收坐标PA值进行比较;根据比较结果更新确认接收坐标PA、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC;
步骤(四)、计算接收状态报告价值VR;
步骤(五)、判断步骤(四)中的接收状态报告价值VR,根据判断结果是否生成接收状态报告,当生成接收状态报告,将接收状态报告反馈至至发送端;
步骤(六)、发送端接收接收端反馈的接收状态报告,对数据包的类别进行调整更新;
步骤(七)、重传未确认的数据包直至所有数据包类别都更新为F类,全部数据均接收完成,数据传输过程结束。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(一)中,A类数据包为初次报告丢失数据包;B类数据包为未发送数据包;C类数据包为已重发过一次的丢失数据包;D类数据包为已发送未确认数据包;E类数据包为已重复发送未确认数据包;F类为已正确接收数据包。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(二)中,数据包的序列号为1开始的自然数,按照发送顺序依次排列。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(三)中,所述接收状态报告价值VR包括接收确认价值VR-A和重传提示价值VR-B;确认接收坐标PA表示已正确有序接收数据包个数;接收远界坐标PR表示已接收到的数据包中最大的序列号,没有接收空洞时,接收远界坐标PR与确认接收坐标PA数值相同;接收的空洞PAold表示接收端缺失接收的数据包;连续缺失的序列号数据包为1个接收的空洞PAold;当存在多个接收的空洞PAold时,相邻两个接收的空洞PAold之间存在不少于1个已接收的数据包。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(三)中,更新接收坐标PA的增量、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC的方法为:
S1:当该数据包序列号与当前确认接收坐标PA值连续,即该数据包序列号为PA+1时,将当前确认接收坐标PA值加1;
S2:当该数据包序列号小于等于当前确认接收坐标PA值时,该数据包为已接收过的数据包,将当前该数据包重复计数CB加1;
S3:当该数据包序列号大于当前确认接收坐标PA+1时,存在确实数据包,将当前该数据包缺失计数CC加1。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(四)中,接收状态报告价值VR的计算方法为:
VR=VR-A+VR-B (1)
式中,VR-A为接收确认价值;
VR-B为重传提示价值;
VR-A=kC1·PA‘+kC2·CB+kC3·CC (2)
式中,PA为更新后的确认接收坐标;
CB为更新后的该数据包重复计数;
CC为更新后的该数据包缺失计数;
kC1、kC2、kC3均为预先设定的接收权重系数;
设定所有缺失数据包的总个数为HALL;当接收的数据包为S1或S3情况时,所有缺失数据包的总个数HALL减小,数据包个数的变化量为HALL’,则:
VR-B=-kE1·HALL’ (3)
式中,kE1为空洞缩减权重系数;
否则,所有缺失数据包的总个数HALL增加,则
VR-B=kE2·HALL’ (4)
式中,kE2为空洞扩展权重系数。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(四)中,kC1>kC2且kC1>kC3且kE2>kC1>kE1。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(五)中,根据判断结果是否生成接收状态报告的方法为:设定触发门限值T,当VR≥T时,生成接收状态报告;否则不生成。
在上述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,所述步骤(六)中,对数据包的类别进行调整更新的原则为:
S1:发送前为A类的数据包,发送后将该数据包的类别调整为C类;
S2:发送前为C类或D类的数据包,发送后将该数据包的类别调整为E
类;
S3:发送端接收到接收状态报告后,对发送前为D类、A类、C类或E类数据包,当其序列号不大于接收状态报告中的PA值时,则将该包已被正确接收,类型均调整为F类;
S4:发送端接收到接收状态报告后,对D类数据包,当其序列号为接收状态报告中接收的空洞接收的空洞PAold时,将该数据包的类型调整为A类。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)本发明不需要设置和使用定时器、不进行超时检查,也不需要对链路时延进行估算,有效减少了传输协议运行处理的开销;
(2)本发明接收端基于接收状态报告价值的对正确接收进展和错误发生状态加权综合反馈触发算法能够加快发送端释放已接收数据,减少缓存空间占用,结合复用的状态报告可以节约对返向链路资源的占用;
(3)本发明发送端对数据分类按不同优先级发送和重发,便于接收端尽快获取数据,特别是尽快重传丢失数据以利于接收端缓存空间释放;
(4)本发明通过对于参数kE、kC和T等的设置,可以调节针对最紧张资源的偏向性优化,对不同的航天器和网络条件具有良好的适应性。
附图说明
图1为本发明重传算法流程图;
图2为本发明发送端数据包类型更新规则示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
本发明提出一种适用于航天器的可靠传输重传算法,目的是解决航天器处理和存储资源受限,以及空间网络链路不对称条件下对数据包的可靠传输问题。本发明不需要设置和使用定时器、不进行超时检查,也不需要对链路时延进行估算,有效减少了传输协议运行处理的开销。接收端基于接收状态报告价值的对正确接收进展和错误发生状态加权综合反馈触发算法能够加快发送端释放已接收数据,减少缓存空间占用,结合复用的状态报告可以节约对返向链路资源的占用。发送端对数据分类按不同优先级发送和重发,便于接收端尽快获取数据,特别是尽快重传丢失数据以利于接收端缓存空间释放。通过对于参数kE、kC和T等的设置,可以调节针对最紧张资源的偏向性优化,对不同的航天器和网络条件具有良好的适应性。
如图1所示为重传算法流程图,由图可知,一种航天器低开销可靠传输重传算法,包括如下步骤:
步骤(一)、制定数据包类别和不同类别数据包对应的优先级;分别为:A类,第一优先级;B类,第二优先级;C类,第三优先级;D类,第四优先级;E类,第五优先级;F类,无优先级;其中,A类数据包为初次报告丢失数据包;B类数据包为未发送数据包;C类数据包为已重发过一次的丢失数据包;D类数据包为已发送未确认数据包;E类数据包为已重复发送未确认数据包;F类为已正确接收数据包。
数据类型 | 类型代号 | 相对优先级 |
初次报告丢失数据 | A类 | 第一优先级 |
未发送数据 | B类 | 第二优先级 |
已重发过一次的丢失数据 | C类 | 第三优先级 |
已发送未确认数据 | D类 | 第四优先级 |
已重复发送未确认数据 | E类 | 第五优先级 |
已正确接收数据 | F类 | 无优先级 |
步骤(二)、初始时刻,发送端将待发送数据包均标记为B类数据包,按照预先设定的顺序设定数据包的序列号,数据包的序列号为1开始的自然数,按照发送顺序依次排列。依次发送数据包;将发送后的数据包标记为D类;
步骤(三)、在接收开始之前,设定接收端的接收状态报告价值VR、接收远界坐标PR、确认接收坐标PA、接收的空洞PAold均为0;其中,接收状态报告价值VR包括接收确认价值VR-A和重传提示价值VR-B;确认接收坐标PA表示已正确有序接收数据包个数;接收远界坐标PR表示已接收到的数据包中最大的序列号,没有接收空洞时,接收远界坐标PR与确认接收坐标PA数值相同;接收的空洞PAold表示接收端缺失接收的数据包;连续缺失的序列号数据包为1个接收的空洞PAold;当存在多个接收的空洞PAold时,相邻两个接收的空洞PAold之间存在不少于1个已接收的数据包。
接收端每收到一个数据包,将该数据包的序列号与当前确认接收坐标PA值进行比较;根据比较结果更新确认接收坐标PA、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC;
更新接收坐标PA的增量、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC的方法为:
S1:当该数据包序列号与当前确认接收坐标PA值连续,即该数据包序列号为PA+1时,将当前确认接收坐标PA值加1;
S2:当该数据包序列号小于等于当前确认接收坐标PA值时,该数据包为已接收过的数据包,将当前该数据包重复计数CB加1;
S3:当该数据包序列号大于当前确认接收坐标PA+1时,存在确实数据包,将当前该数据包缺失计数CC加1。
步骤(四)、计算接收状态报告价值VR;
接收状态报告价值VR的计算方法为:
VR=VR-A+VR-B (1)
式中,VR-A为接收确认价值;
VR-B为重传提示价值;
其中,接收确认价值VR-A,表征新增的正确接收数据包状态;重传提示价值VR-B,表征“空洞”状态的变化。
VR-A=kC1·PA‘+kC2·CB+kC3·CC (2)
式中,PA为更新后的确认接收坐标;
CB为更新后的该数据包重复计数;
CC为更新后的该数据包缺失计数;
kC1、kC2、kC3均为预先设定的接收权重系数;
设定所有缺失数据包的总个数为HALL;当接收的数据包为S1或S3情况时,所有缺失数据包的总个数HALL减小,数据包个数的变化量为HALL’,则:
VR-B=-kE1·HALL’ (3)
式中,kE1为空洞缩减权重系数;
否则,所有缺失数据包的总个数HALL增加,则
VR-B=kE2·HALL’ (4)
式中,kE2为空洞扩展权重系数。
其中,kC1>kC2且kC1>kC3且kE2>kC1>kE1。
步骤(五)、判断步骤(四)中的接收状态报告价值VR,根据判断结果是否生成接收状态报告,根据判断结果是否生成接收状态报告的方法为:设定触发门限值T,当VR≥T时,生成接收状态报告;否则不生成。
当生成接收状态报告,将接收状态报告反馈至至发送端。
步骤(六)、发送端接收接收端反馈的接收状态报告,对数据包的类别进行调整更新;如图2所示为发送端数据包类型更新规则示意图:
对数据包的类别进行调整更新的原则为:
S1:发送前为A类的数据包,发送后将该数据包的类别调整为C类;
S2:发送前为C类或D类的数据包,发送后将该数据包的类别调整为E类;
S3:发送端接收到接收状态报告后,对发送前为D类、A类、C类或E类数据包,当其序列号不大于接收状态报告中的PA值时,则将该包已被正确接收,类型均调整为F类;
S4:发送端接收到接收状态报告后,对D类数据包,当其序列号为接收状态报告中接收的空洞接收的空洞PAold时,将该数据包的类型调整为A类。
更新时需指定相应协议:
当为本算法提供服务的下层网络协议支持传输优先级时,传递给下层协议的优先级参数应满足:传递A类、B类、C类数据包时使用较高优先级(如果下层协议不支持对高优先级进一步细分,可以对A类、B类、C类使用相同优先级)、D类数据包使用基准优先级(与其它非可靠传输业务优先级相当)、E类使用低优先级(即只在空闲时传输)。
步骤(七)、重复步骤(一)至步骤(六),重传未确认的数据包直至所有数据包类别都更新为F类,全部数据均接收完成,数据传输过程结束。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤(一)、制定数据包类别和不同类别数据包对应的优先级;分别为:A类,第一优先级;B类,第二优先级;C类,第三优先级;D类,第四优先级;E类,第五优先级;F类,无优先级;
步骤(二)、初始时刻,发送端将待发送数据包均标记为B类数据包,按照预先设定的顺序设定数据包的序列号,并依次发送数据包;将发送后的数据包标记为D类;
步骤(三)、在接收开始之前,设定接收端的接收状态报告价值VR、接收远界坐标PR、确认接收坐标PA、接收的空洞PAold均为0;接收端每收到一个数据包,将该数据包的序列号与当前确认接收坐标PA值进行比较;根据比较结果更新确认接收坐标PA、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC;
步骤(四)、计算接收状态报告价值VR;
步骤(五)、判断步骤(四)中的接收状态报告价值VR,根据判断结果是否生成接收状态报告,当生成接收状态报告,将接收状态报告反馈至至发送端;
步骤(六)、发送端接收接收端反馈的接收状态报告,对数据包的类别进行调整更新;
步骤(七)、重复步骤(一)至步骤(六),重传未确认的数据包直至所有数据包类别都更新为F类,全部数据均接收完成,数据传输过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(一)中,A类数据包为初次报告丢失数据包;B类数据包为未发送数据包;C类数据包为已重发过一次的丢失数据包;D类数据包为已发送未确认数据包;E类数据包为已重复发送未确认数据包;F类为已正确接收数据包。
3.根据权利要求2所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(二)中,数据包的序列号为1开始的自然数,按照发送顺序依次排列。
4.根据权利要求3所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(三)中,所述接收状态报告价值VR包括接收确认价值VR-A和重传提示价值VR-B;确认接收坐标PA表示已正确有序接收数据包个数;接收远界坐标PR表示已接收到的数据包中最大的序列号,没有接收空洞时,接收远界坐标PR与确认接收坐标PA数值相同;接收的空洞PAold表示接收端缺失接收的数据包;连续缺失的序列号数据包为1个接收的空洞PAold;当存在多个接收的空洞PAold时,相邻两个接收的空洞PAold之间存在不少于1个已接收的数据包。
5.根据权利要求4所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(三)中,更新接收坐标PA的增量、当前重复数据包计数CB和当前缺失数据包计数CC的方法为:
S1:当该数据包序列号与当前确认接收坐标PA值连续,即该数据包序列号为PA+1时,将当前确认接收坐标PA值加1;
S2:当该数据包序列号小于等于当前确认接收坐标PA值时,该数据包为已接收过的数据包,将当前该数据包重复计数CB加1;
S3:当该数据包序列号大于当前确认接收坐标PA+1时,存在缺失数据包,将当前该数据包缺失计数CC加1。
6.根据权利要求5所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(四)中,接收状态报告价值VR的计算方法为:
VR=VR-A+VR-B (1)
式中,VR-A为接收确认价值;
VR-B为重传提示价值;
VR-A=kC1·PA+kC2·CB+kC3·CC (2)
式中,PA为更新后的确认接收坐标;
CB为更新后的该数据包重复计数;
CC为更新后的该数据包缺失计数;
kC1、kC2、kC3均为预先设定的接收权重系数;
设定所有缺失数据包的总个数为HALL;当接收的数据包为S1或S3情况时,所有缺失数据包的总个数HALL减小,数据包个数的变化量为HALL’,则:
VR-B=-kE1·HALL’ (3)
式中,kE1为空洞缩减权重系数;
否则,所有缺失数据包的总个数HALL增加,则
VR-B=kE2·HALL’ (4)
式中,kE2为空洞扩展权重系数。
7.根据权利要求6所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(四)中,kC1>kC2且kC1>kC3且kE2>kC1>kE1。
8.根据权利要求7所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(五)中,根据判断结果是否生成接收状态报告的方法为:设定触发门限值T,当VR≥T时,生成接收状态报告;否则不生成。
9.根据权利要求8所述的一种航天器低开销可靠传输重传算法,其特征在于:所述步骤(六)中,对数据包的类别进行调整更新的原则为:
S1:发送前为A类的数据包,发送后将该数据包的类别调整为C类;
S2:发送前为C类或D类的数据包,发送后将该数据包的类别调整为E类;
S3:发送端接收到接收状态报告后,对发送前为D类、A类、C类或E类数据包,当其序列号不大于接收状态报告中的PA值时,则该包已被正确接收,类型均调整为F类;
S4:发送端接收到接收状态报告后,对D类数据包,当其序列号为接收状态报告中接收的空洞接收的空洞PAold时,将该数据包的类型调整为A类。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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