CN108667746A - 一种在深空延时容忍网络中实现业务优先级的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法，属于网络通信技术领域。本发明通过针对不同优先级数据包网络存活时间的设置，跳数与优先级相结合的发送队列管理等手段，有效的提高了高优先级数据包的递交特性，同时降低了网络资源缓存，改善了网络的整体性能，尤其适用于有业务优先级需求的DTN网络应用场景。

Description

一种在深空延时容忍网络中实现业务优先级的方法
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，涉及一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法。
背景技术
在深空网络中，由于节点的运动，网络拓扑结构呈现动态变化，具有长时延、高误码率和间歇性连接等特性。因此，传统的基于端到端连接的TCP/IP协议(TransmissionControl Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议)在深空网络数据传输服务中无法表现出优良的性能。
为克服这一问题，深空网络采用延迟容忍网络(Delay Tolerant Network，DTN)进行数据传输。DTN通过在传输层或其他底层上引入覆盖层(Bundle Layer，BP)，为潜在的异构网络提供数据传输服务。BP层通过汇聚层适配器(Convergence Layer Adapter，CLA)接入下层协议，其主要协议包括覆盖层的BP协议及汇聚层的LTP协议(licklidertransmission protocol)。DTN采用“存储-携带-转发”机制对数据进行逐跳转发，以解决深空网络中链路间歇性连接问题，保证数据的可靠传输。
目前，针对深空延迟容忍网络的研究多集中在路由、拥塞控制和缓存管理等方面，而在深空网络的应用场景中，传输的数据类型复杂多样，既有控制信息、遥测信号等紧急信息，又有语音、图像等普通信息，需要对数据包进行优先级划分并且保证高优先级数据包的服务质量。因此，研究DTN网络业务优先级的实现具有重要的实用价值。
在现有的DTN网络业务优先级的实现中，根据操作所选择的时机不同分为两类。一种是在节点发送数据包时优先发送高优先级的数据包，这种方案需要开辟多组队列，操作复杂，资源开销大，且部分目的不可达的高优先级数据包严重阻碍了低优先级数据包的发送，未能达到网络全局资源的最佳利用。另一种是网络拥塞时采用优先删除低优先级数据包的机制，这种方案未考虑网络未产生拥塞时的情况，在网络未发生拥塞时无法向高优先级数据包提供服务质量保证。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题，同时在DTN网络业务中更有效的提高高优先级数据包服务质量，提出一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法。
本发明方法所采用的技术方案如下：
一、高低优先级的标识
步骤1：在所有数据包产生的过程中，在数据包头部添加1比特标志位P实现对数据包优先级的识别。根据该数据包所属上层业务紧急情况分配不同的高低优先级。
二、数据包属性更新
步骤2：每个节点识别本节点上层业务所产生数据包的优先级，将高优先级的数据包存活时间设置为T+ΔT，将低优先级数据包存活时间设置为T-ΔT，其中T为数据包在网络中默认存活时间。
三、节点发送队列缓存管理
步骤3：每个节点将属性修改后的数据包放入本节点发送队列中等待发送。发送队列中还储存着其他待转发的数据包。
步骤4：节点遍历报文发送队列，根据数据包头部的优先级标志位Pi及数据包当前已被转发的次数Hi计算该数据包加权优先值Μi，加权优先值Μi越低则优先级越高。
步骤5：节点按照发送队列中数据包加权优先值Μi递增进行排序，同时删除超过存活时间的数据包。
步骤6：节点与邻节点建立连接后，按照发送队列的顺序依次向邻节点转发数据包。数据包到达目的节点则完成发送任务，否则转入步骤3。
步骤7：上层业务发送，生成相应优先级数据包，并重复步骤1到6。
进一步，数据包加权优先值：在节点发送队列缓存管理中，用优先级和转发次数相结合的方法可以更充分的利用网络资源，最大限度减少对网络性能的影响。数据包加权优先值的计算过程如下：
加权优先值：Mi＝αPi+Hi
其中，α表示优先级所占的权值系数。
进一步，发送队列的排序及缓存管理：主要决定了DTN中各节点所储存数据包转发时的先后顺序。开辟一个临时队列，将发送队列中的数据包经过队列操作移动到临时队列中。遍历临时队列中的所有数据包，将超过存活时间的数据包删除，并用插入排序将其他数据包按照加权优先值递增顺序放入发送队列中。
有益效果
本发明方法对比已有技术，具有以下优点：
第一，在适用性上，本发明能够针对不同业务优先级保证其服务质量，适用于有业务优先级需求的DTN网络应用场景。
第二，在资源占用上，相比传统的业务优先级策略，本发明仅针对数据包属性进行更改，并将传统的多队列模式缩减为单队列，大大降低了网络缓存资源的占用。
第三，在性能上，与传统的业务优先级策略相比，本发明提高了高优先级的服务质量，同时解决了部分目的不可达的高优先级数据包阻碍低优先级数据包发送的问题，改善了网络的整体性能。
第四，在计算复杂度上，本发明中只涉及简单的加法和乘法计算，因此该技术实现手段对单个节点的计算量要求低。
附图说明
图1为本发明实施方式的流程图；
图2为本发明的发送队列排序效果图；
图3为本发明的发送队列随时间变化效果图；
图4为本发明的投递率随ΔT大小变化情况；
图5为不同业务优先级策略的投递率随业务量大小变化情况。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明方法做进一步详细说明。
一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法，如图1所示，其具体步骤包括：
步骤1：在数据包头部BndlHeader增加1比特数据包优先级标志位priority(设置0为高优先级，1为低优先级)，不同优先级的上层业务产生数据包时对标志位进行设置。
步骤2：每个节点识别本节点所产生的数据包头部优先级标志位priority，将高优先级的数据包初始时间戳SrcTimestamp设置为ΔT，将低优先级数据包的数据包初始时间戳SrcTimestamp设置为-ΔT。
步骤3：每个节点将属性修改后的数据包放入本节点发送队列m_queue中等待发送，发送队列中还储存着其他待转发的数据包。使用GetNPackets()获取发送队列中数据包总数。
步骤4：节点建立临时储存队列m_helper_queue，将m_queue中所有数据包转移至该队列。
步骤5：遍历m_helper_queue，对每一个数据包，用当前时间Simulator::Now减去数据包初始时间戳SrcTimestamp，判断是否超过默认时间T。
步骤6：如未超时，计算该数据包加权优先值Μi，并使用插入排序按照递增的顺序重新插入发送队列m_queue。发送队列排序效果如图2所示。
步骤7：节点与邻节点建立连接后，按照发送队列的顺序使用SendBundle()函数依次向邻节点转发数据包，邻节点使用ReceiveBundle()函数进行接收，如果邻节点即为数据包目的节点则完成发送任务，否则将数据包放入邻节点发送队列m_queue。发送队列随时间变化效果如图3所示。
步骤8：上层业务发送，生成相应优先级数据包，并重复步骤1到7。
实施例
现基于NS-3网络仿真平台给出本发明的实施例。
仿真实验基础参量配置如表1所示：
表1真实验基础参量配置
网络仿真程序架构：DTN网络的程序架构主要包括网络参数配置模块和仿真运行模块两部分。网络参数配置模块包括种子、节点数、仿真时间等参数以及是否输出路由选择表、是否抓取全部报文等控制信息的默认值设置。
仿真运行模块的运行流程包括以下八个步骤。
步骤一：生成节点，创建32个网络的节点，并利用节点轨迹文件配置节点的运动模型。
步骤二：生成网络设备，配置DTN网络的无线信道，并且设置是否抓取全部报文。
步骤三：装载协议栈，配置路由协议，为每个节点分配IP地址，同时设置是否输出路由选择表。
步骤四：装载DTN网络应用，创建UDP套接字，为每个节点创建应用，并在应用中初始化若干关键参量。设置Hello报文的发送时间和接收方式，设置Bundle报文的发送数量、包长大小、发送时间、目的节点以及接收方式。
步骤五：建立本地Arp缓存。
步骤六：设置仿真结束时间，仿真结束时会自动调用结束应用函数，以释放仿真所占用的网络资源。
步骤七：运行仿真软件，仿真程序自动调用开始应用函数，该函数设置了DTN网络容纳分组的队列大小，并且检查缓存、输出缓存信息。
步骤八：执行报文处理流程。
其中，设置数据包默认存活时间T为750s,设置优先级所占的权值系数α为3。
根据以上仿真实例，分别调节ΔT的大小，业务量的大小，选择未加业务优先级策略的普通算法以及传统的仅优先发送高优先级数据包的算法作为参考，与本发明进行性能比较，仿真结果如图4、图5所示。
从仿真结果中可以看到：
(1)在图4中，随着ΔT的取值不断变大，使用本发明的效果也逐步明显。这是因为随着ΔT的取值不断变大，高优先级的数据包在网络中寻找路径的时间也越长，同时由于低优先级数据包的优先删除，有效的避免了网络拥塞。相比未应用优先级策略的情况，高优先级数据包递交率最高提升了21.02％，提升效果显著。
(2)在图5中，ΔT固定为50s。随着业务量的增大，网络中拥塞状况变多，数据包递交率均有一定的下降。但本发明相较于传统的仅优先发送高优先级数据包的算法，高优先级数据包递交率有明显的优势，在业务量为225M时差距达到最大，提升了12.33％。在所示5种不同的业务量大小情况下，高优先级数据包递交率平均提高9.18％。同时由于引入了综合优先级和跳数的加权优先值排序策略，低优先级数据包服务质量未见明显下降，最多仅下降了6.71％。在所示5种不同的业务量大小情况下，低优先级数据包递交率平均仅降低4.19％。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在所有数据包产生的过程中，在数据包头部添加一个优先级标志位，用于对数据包优先级的识别，根据数据包所属上层业务紧急情况分配不同的高低优先级；
步骤2：每个节点识别本节点上层业务所产生数据包的优先级，将高优先级的数据包存活时间设置为T+ΔT，将低优先级数据包存活时间设置为T-ΔT，其中T为数据包在网络中默认存活时间；
步骤3：每个节点将属性修改后的数据包放入本节点发送队列中等待发送，发送队列中还储存着其它待转发的数据包；
步骤4：节点遍历报文发送队列，根据数据包头部的优先级标志位Pi及数据包当前已被转发的次数Hi，计算该数据包加权优先值Μi，加权优先值Μi越低则优先级越高；
步骤5：节点按照发送队列中数据包加权优先值Μi递增进行排序，同时删除超过存活时间的数据包；
步骤6：节点与邻节点建立连接后，按照发送队列的顺序依次向邻节点转发数据包，数据包到达目的节点则完成发送任务，否则转入步骤3；
步骤7：上层业务发送，生成相应优先级数据包，并重复步骤1到6。
2.如权利要求1所述的一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法，其特征在于，所述数据包加权优先值Μi的计算过程如下：
Mi＝αPi+Hi
其中，α表示优先级所占的权值系数，Pi表示数据包头部的优先级标志位，Hi表示数据包当前已被转发的次数。
3.如权利要求1所述的一种在深空延迟容忍网络中实现业务优先级的方法，其特征在于，所述发送队列的排序及缓存管理方法为：
建立一个临时队列，将发送队列中的所有数据包经过队列操作移动到临时队列中；遍历临时队列中的所有数据包，将超过存活时间的数据包删除，并用插入排序将其它数据包按照加权优先值递增顺序放入发送队列中。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110138432A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 哈尔滨工业大学（深圳） 基于网络编码和中继缓存辅助的dtn数据传输方法
CN110868247A (zh) * 2019-11-20 2020-03-06 哈尔滨工业大学 一种基于事件驱动的卫星遥测数据处理方法、装置及计算机存储介质
CN112217737A (zh) * 2020-09-23 2021-01-12 北京邮电大学 一种基于业务优先级的机会网络资源动态分配方法
CN114071412A (zh) * 2020-11-26 2022-02-18 北京航空航天大学 无人机自组网中数据包的限制泛洪转发方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101222436A (zh) * 2008-01-25 2008-07-16 中兴通讯股份有限公司 一种分级发送数据的方法
CN101854304A (zh) * 2010-06-09 2010-10-06 中国人民解放军国防科学技术大学 容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法
CN102883397A (zh) * 2012-09-07 2013-01-16 航天恒星科技有限公司 一种面向空间环境dtn网络的数据转发方法
CN102932275A (zh) * 2012-11-20 2013-02-13 中国空间技术研究院 一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101222436A (zh) * 2008-01-25 2008-07-16 中兴通讯股份有限公司 一种分级发送数据的方法
CN101854304A (zh) * 2010-06-09 2010-10-06 中国人民解放军国防科学技术大学 容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法
CN102883397A (zh) * 2012-09-07 2013-01-16 航天恒星科技有限公司 一种面向空间环境dtn网络的数据转发方法
CN102932275A (zh) * 2012-11-20 2013-02-13 中国空间技术研究院 一种应用于容延时网络的优先级报文转发方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张珊珊: "面向紧急情况下DTN网络的移动模型和路由算法的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
谢凌杰，韩学东: "战场环境下的DTN路由算法研究", 《计算机工程与设计》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110138432A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 哈尔滨工业大学（深圳） 基于网络编码和中继缓存辅助的dtn数据传输方法
CN110138432B (zh) * 2019-05-16 2021-06-29 哈尔滨工业大学（深圳） 基于网络编码和中继缓存辅助的dtn数据传输方法
CN110868247A (zh) * 2019-11-20 2020-03-06 哈尔滨工业大学 一种基于事件驱动的卫星遥测数据处理方法、装置及计算机存储介质
CN110868247B (zh) * 2019-11-20 2022-02-25 哈尔滨工业大学 一种基于事件驱动的卫星遥测数据处理方法、装置及计算机存储介质
CN112217737A (zh) * 2020-09-23 2021-01-12 北京邮电大学 一种基于业务优先级的机会网络资源动态分配方法
CN112217737B (zh) * 2020-09-23 2022-07-29 北京邮电大学 一种基于业务优先级的机会网络资源动态分配方法
CN114071412A (zh) * 2020-11-26 2022-02-18 北京航空航天大学 无人机自组网中数据包的限制泛洪转发方法
CN114071412B (zh) * 2020-11-26 2023-10-24 北京航空航天大学 无人机自组网中数据包的限制泛洪转发方法

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