在中断容忍网络中设置rtt参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星测控网络通信协议技术领域，具体涉及一种在传输层协议中设置 往返程时间RTT的方法，可用于测控网络中对往返程时间RTT参数的设置。
【背景技术】
[0002] 由航天控制中心、航天测控站、陆上活动测控站、测量船以及连接它们的测控通信 网构成的跟踪测量和控制航天器的系统是卫星测控网的主要测控装备。测控装备主要包括 微波雷达、超短波多普勒测速仪和光学设备，以及双频多普勒测速仪、超高频指令遥控系统 和微波统一系统等。卫星测控网的主要任务是使用测控网络对在空间中运行的航天器进行 及时准确的实时跟踪测量和控制，掌握航天器运行状态并对其发出指令控制其工作。
[0003] 随着因特网和移动通信的迅速发展用户链路UL和星间链路IS特性和这些UL与 ISL的切换及拓扑的动态变化，对系统的路由交换策略以及传输层协议和上层应用的性能 产生很大影响。另外，由于卫星网络拓扑的复杂性和时变特性，对通信协议的性能进行理论 分析非常困难。卫星间、卫星与地面间以及地面各系统间信息的交叉传输不断增多。虽然目 前地面网络大部分都采用TCP/IP协议族，但各卫星网络却往往采用各自独立的协议。卫星 网络与地面网络相比，存在很多不同。在网络拓扑方面，对卫星网络的中、低轨道来说，表现 为整个网络是时变的，但卫星节点之间的互连关系保持不变。地面网络的网络拓扑基本是 不变的。两个网络的信道特征也不同，主要表现为：1)长时延[13-17]:卫星信道的时延较 长，多数情况下低轨系统单向传播时延是20~25ms，中轨系统是100~130ms，静止轨道系 统为250~280ms，系统时延还受星间路由选择、星上处理以及排队时延等因素的影响。2) 高误比特率[18-22]:在没有差错控制编码的情况下，卫星链路的误比特率大约是10-4~ 10-6数量级，而地面光纤的误比特率是10-10数量级。高的误比特率将导致重传次数增加。 3)上下行链路不对称[23, 24]:即一个传输方向上有较高的数据传输率，而另一个方向上 的链路由于受到天线尺寸和发射功率的限制而导致数据传输速率较低。通常卫星链路都是 上行功率受限，将导致吞吐量减少。由于存在这些差别，地面网络所使用的网络协议（TCP/ IP协议族）并不能直接运行在卫星网络上，必须根据卫星网络的特点制定新的网络协议。 在卫星网络中，一个网络层地址对应多个物理地址，链路层在封装网络层分组时，需要知道 该网络层目的地址对应的是哪一个物理地址，而且还要知道从哪一个物理地址发出去，也 就是要知道〈源物理地址，目的物理地址〉这样一个地址对。显然，这个地址对对应于一条 星间链路。网络层定义了通过网络传送的基本数据单元，还包括目的站寻址和转发的概念。 在卫星网的地面关口站中，网络层处于IP层之下。由于卫星节点之间的某些星间链路并不 是固定不变的，这样的地址对并不是一个先验知识。这样的一个地址对如果由卫星节点之 间通过互相询问来得到，无疑需要消耗不少网络资源。到目前为止，我们接触到的网络，无 论是有线网络还是无线网络都基于以下假设：在通信持续的时间里数据源和目的之间存 在端到端路径；节点之间的最大往返时间不会太长，丢包率较小.然而，实际中还存在一 类不满足以上假设的网络，如延迟很长的深空网络、周期性连接的卫星网络、经常中断的 稀疏移动自组网等，已有的网络架构及协议均不适用于这类网络.这一类网络称为挑战 性网络（challenged networks)。正在出现的挑战性网络违背了以上一条或几条假设，使 得当前的端到端TCP/IP模型不能很好地服务于这类网络.这类网络的例子有：陆地移动 网络.有些陆地移动网络由于节点移动或信号强度变化（如干扰、障碍物遮挡等）可能发 生不可预期的分割，另一些可能发生周期性的、可预期的分割.例如，一辆通勤车可以作 为一个具有有限范围通信能力的存储转发消息交换机，当它从一个地方移动到另一个地 方时，它可以向通信范围内的客户提供与所途经的实体的消息交换服务。异种媒体网络， 异种通信媒体包括近地卫星通信、非常长距离的无线电或光纤链路（如光传播延迟在秒级 或分钟组的深空通信）、空中或水中的声波链路和一些自由空间的光通信.这些系统可能 遭遇由可预期中断引起的长延迟（如行星间运动或预定飞船的经过），由环境条件，如天 气引起的断电，或者提供一种可预期的间断性存储转发服务，如低轨道卫星每天周期性地 通过头顶。军用自组织网络，这类系统可能工作于不利的环境，节点移动、环境因素或故意 干扰都可以引起断连。另外，网络中的数据流量可能要和较高优先级的业务竞争带宽，比 如，当高优先级的声音数据正在传输时，其它数据可能必须意外地等待几秒钟甚至更长时 间。这些系统也可能有特别强烈的保护通信设施的要求。传感器/激励器网络.这类网络 的显著特点是节点的电量、内存和CPU能力极其有限，而且节点规模可能非常大（数千或 数百万节点），网内的通信通常按计划调度以保存能量，典型地使用〃代理〃节点将IP协 议转换成传感器网络的本地协议。由于已经有了大量的经验以及与TCP/IP协议兼容的大 量系统，将高度成功的因特网结构概念应用到这些新的、不同寻常的网络中是很自然的想 法.但是，极大的链路延迟、不存在端到端路径、节点缺乏连续的电源供应或大内存给这类 方法在操作上和性能上带来了很大的挑战.在有些情况下，当要求带宽效率时，极大的带 宽-延迟乘积也会带来困难。
[0004] 2004 年初，DARPA 提出了 中断容忍网络（disruption-tolerant networking)，也 简称为DTN，D在DTN中表示〃中断〃还是〃延迟〃现在还不十分明确，但是在很多时候希 望同一个体系结构或者协议能够同时支持这两种情况。DTN网络具有与传统网络非常不同 的特点： (1)长延时，比如，地球与火星距离最近时光传播需要4分钟，距离最远时光传播超过 20分钟，而在Internet中传播时间一般按毫秒计算。如此长的延时，很多应用尤其是基 于TCP/IP的应用是无法实现的。
[0005] (2)节点资源有限，DTN网络常常分布于深空、水下、战场等环境中，节点受体积和 重量的限制，电源及其它资源非常有限，这一点与移动自组网类似。
[0006] (3)间歇性连接.造成DTN网络间歇性连接的原因有很多，如当前没有连接两个 节点的端到端路径，节点运动超出通信范围，节点为节能暂时关闭电源等。网络中断可以 有一定规律，如卫星网络；也可以是随机的，如稀疏移动自组网。
[0007] (4)不对称数据速率。在DTN网络中，数据传输的双向速率经常是不对称的。在 完成空间任务时，双向数据速率比可以达到1000:1甚至更高。
[0008] (5)低信噪比和高误码率。DTN网络中，环境导致的低信噪比引起信道中的高误 码率.一般的光通信系统中误码率只有10-15~10-12,而在深空通信中，误码率甚至可 以达到10-1，极大地影响接收端对传输信号的解码和恢复.众多文献中提到DTN网络时， 往往通过以上几点对DTN网络和现有的TCP/IP网络进行比较，通过分析认为现有的TCP/ IP协议难以支持DTN网络中的上层应用，需要开发新型的网络协议。
[0009] DTN网络近年来在学术领域得到了越来越多的重视，究其原因，是因为它有着与传 统因特网不同的一些特点，这些特点违背了因特网相关协议的一些基本假设，从而使人们 不得不重新设计适用于DTN网络上的网络协议。这些特点包括： 1，网络延时大。比如外太空网络中，消息的传播时间通常在分钟数量级以上。
[0010] 2,连接不稳定。由于节点的移动性、失效、遭受攻击、休眠调度或自身能量考虑，节 点之间的连接通常是间断性的。
[0011] 3，非对称的链路传输速率。
[0012] 4,数据传输的高误码率和差错率。由于节点的移动性和连接不稳定性，分组的