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CN109257418B - 一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法 - Google Patents

一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法 Download PDF

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CN109257418B CN201810961254.8A CN201810961254A CN109257418B CN 109257418 B CN109257418 B CN 109257418B CN 201810961254 A CN201810961254 A CN 201810961254A CN 109257418 B CN109257418 B CN 109257418B
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Abstract

本发明属于空天信息网络通信协议技术领域，公开了一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，主要实现步骤包括：1)通信源端与通信目的端之间建立端到端分段数据通信连接；2)移动可靠传输代理间交互端到端通信连接信息；3)开始端到端分段数据传输；4)发现移动可靠传输代理切换，暂停端到端分段数据传输过程；5)切换移动可靠传输代理，并进行端到端连接同步；6)结束本次移动可靠传输代理切换，恢复端到端分段数据传输过程。本发明与现有技术相比，设计了移动可靠传输代理间的信息交互机制，在移动可靠传输代理的切换过程中保障了端到端的连接的持续性，有效利用了链路带宽资源。

Description

一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法
技术领域
本发明属于空天信息网络通信协议技术领域，尤其涉及一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法。
背景技术
空天信息网络是一种融合多种空基和天基系统的综合网络，该网络中的网络节点包括各类飞行器，临近空间平台以及轨道高度、类型不同的各种卫星，为各类空中以及地面的用户提供信息传输服务。相比于地面蜂窝网络，空天信息网络通信覆盖范围广，可不依赖于复杂的地面基础设施而支持用户终端的接入，在如森林、深山、沙漠或是海上等通信范围广但人烟稀少的通信场景中，因为部署卫星地面站或临近空间平台基站是缺乏经济效益的或是不现实的，所以在上述场景中，通过终端直接接入卫星或是临近空间平台是最理想的选择，进而可充分发挥空天信息网络的优势。
地面广泛使用的传输控制协议(TCP)由于受到空间无线链路高误码、长时延、上下行链路不对称等特点而使得传输性能严重下降。目前主要存在有三种提升空间链路传输效率的方案，第一种方案是调整TCP协议参数以适应空间链路环境，可调整参数包括TCP发送窗口，拥塞控制算法等；第二种方案是采用新的更加适应于空间链路特性的可靠传输协议，如CCSDS提出的SCPS-TP协议；第三种方案是基于分段技术的可靠传输代理网关，将端到端的连接进行分段，使得每一段连接都可以使用适应其链路特性的可靠传输协议，进而提升端到端链路带宽利用率。第三种方案是商业应用中目前采用最为普遍的一种方法，通过在卫星链路的两侧接入点各设置一个可靠传输代理，从而将一条端到端的TCP连接分为3段，可靠传输代理两侧的地面链路仍采用标准的TCP'协议，而在两个可靠传输代理间采用其他适应于空间链路的可靠传输协议，但该方案针对如森林、深山、沙漠或是海上等可靠传输代理在地面部署困难的通信场景则无法适用。此外，为了提高端到端的传输效率，将可靠传输代理部署在低轨卫星或是临近空间各种飞行器之上，由于移动可靠传输代理与移动通信终端之间的相对移动而引起移动可靠传输代理的切换，使得原有基于可靠传输代理进行分段的通信连接受到破坏，端到端可靠数据传输过程发生中断，从而导致端到端数据传输的可靠性及持续性无法保证，造成链路带宽的有效利用率低下，用户应用服务质量下降。
综上所述，现有技术存在的问题是：由于移动可靠传输代理的移动所引起的移动可靠传输代理的切换，使得原有基于移动可靠传输代理进行分段的通信连接受到破坏，端到端可靠数据传输过程发生中断，进而无法保证端到端数据传输的可靠性及持续性，最终造成链路带宽的有效利用率低下，用户应用服务质量下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，旨在解决由于移动可靠传输代理的移动所引起的移动可靠传输代理的切换，使得原有基于移动可靠传输代理进行分段的通信连接受到破坏，进而导致端到端数据传输的可靠性及持续性难以保证、链路带宽的有效利用率低下以及用户应用服务质量下降的问题。
实现上述目的技术思路是，所述基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法中，包括如下步骤：
(1)通信源端与通信目的端之间建立端到端分段数据通信连接；通信源端经由源端侧移动可靠传输代理、任意通信子网和目的端侧移动可靠传输代理将通信源端和通信目的端之间的数据通信连接分为三段，分别为通信源端和源端侧移动可靠传输代理之间的数据通信连接，源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理之间的数据通信连接以及目的端侧移动可靠传输代理和通信目的端之间的数据通信连接。
(2)移动可靠传输代理间交互端到端通信连接信息，包括：
(2a)分发数据通信连接信息，当新的端到端数据通信连接建立完成时，该端到端数据通信连接所包含的源端侧移动可靠传输代理及目的端侧移动可靠传输代理将该端到端数据通信连接放入在线连接列表，标识该数据通信连接为“同步”状态；并向其地理位置相邻的移动可靠传输代理发送该端到端数据通信连接信息；
(2b)更新连接信息，当移动可靠传输代理收到端到端数据通信连接信息时，将该端到端数据通信连接信息放入预备连接列表，并为该端到端数据通信连接设定超时定时器，若定时器超时，则将该端到端数据通信连接从预备连接列表中删除。
(3)开始端到端分段数据传输；在未发生移动可靠传输代理的切换前，通信源端先后经由源端侧移动可靠传输代理、目的端侧移动可靠传输代理，与通信目的端进行分段可靠数据传输。
(4)发现移动可靠传输代理切换；当移动可靠传输代理收到了端到端通信数据报文时，进行归属判断；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“同步”状态，则对该报文进行分段可靠传输；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“未同步”状态，则将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中；若该数据报文归属于预备连接列表中的某端到端数据通信连接，则将该端到端数据通信连接移入在线连接列表，标识为“未同步”状态，并将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中，标识该移动可靠传输代理为接管代理，转入步骤(5)；否则丢弃该数据报文。
(5)切换移动可靠传输代理并进行端到端连接同步，具体包括：
(5a)移动可靠传输代理为“未同步”状态的端到端数据通信连接进行同步，并向源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理发送端到端同步请求报文；
(5b)当移动可靠传输代理收到端到端同步请求报文时，进行归属判断；若该端到端同步请求报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据连接，将该端到端数据连接状态修改为“未同步”状态，并将该端到端数据通信连接所对应的同步信息封装在端到端同步应答报文中，与发起该端到端同步请求报文的移动可靠传输代理进行交互，开始端到端同步过程；并在端到端同步过程结束时，发送端到端同步结束报文，更新在线连接列表；
(5c)当移动可靠传输代理收到来自标识为“未同步”状态的端到端数据通信连接所对应的源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理所发来的端到端同步结束报文时，将该标识为“未同步”状态的数端到端据通信连接标识为“同步”状态，转入步骤(6)。
(6)结束本次移动可靠传输代理切换，恢复端到端分段数据传输过程，返回步骤(2)。
进一步，所述基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法步骤(1)中的端到端数据通信连接信息中应包含通信源端、源端侧移动可靠传输代理、目的端侧移动可靠传输代理、通信目的端等节点的通信地址信息；“同步”状态表示该端到端数据通信当前可按照各分段通信连接进行分段可靠数据传输。
进一步，所述基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法步骤(4)中的“未同步”状态表示该端到端数据通信连接各分段通信连接数据传输过程不匹配，需暂停分段可靠传输过程。
进一步，所述基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法步骤(5b)中端到端数据同步过程中移动可靠传输代理向发起该端到端数据同步请求的移动可靠传输代理建立可靠数据传输连接，可采用任意可保证数据可靠性的数据传输协议。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
针对移动可靠传输代理移动过程中引起的移动可靠传输代理的切换而最终导致原有基于移动可靠传输代理进行分段的连接受到破坏的问题，本发明提出了一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，在移动可靠传输代理的切换过程中保障了端到端的连接的持续性，原有的端到端传输的业务数据不需要重新进行传输，进而有效利用了链路带宽资源。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法应用场景图。
图3是本发明实施例提供的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法中移动可靠传输代理切换前后链路示意图。
图4是本发明实施例提供的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法中建立连接及数据传输过程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，采用TCP协议作为端到端数据可靠传输协议对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法包括以下步骤：
S101:通信源端与通信目的端之间建立端到端分段数据通信连接；
S102:移动可靠传输代理间交互端到端通信连接信息；
S103:开始端到端分段数据传输；
S104:发现移动可靠传输代理切换，暂停端到端分段数据传输过程；
S105:切换移动可靠传输代理，并进行端到端连接同步；
S106:结束本次移动可靠传输代理切换，恢复端到端分段数据传输过程。
本发明实施例提供的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法具体包括以下步骤：
1)通信源端与通信目的端之间建立端到端分段传输连接，假定通信源端向通信目的端发起TCP连接，先后经由源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理进行虚拟应答，将通信源端与通信目的端之间的TCP连接分为三段，分别为通信源端和源端侧移动可靠传输代理之间的TCP连接，源端侧移动可靠传输代理与目的端侧移动可靠传输代理之间的TCP连接，目的端侧移动可靠传输代理与通信目的端之间的TCP连接，其分段TCP连接建立过程具体如下：
(1a)通信源端向通信目的端发起TCP连接请求SYN；
(1b)源端侧移动可靠传输代理截获通信源端发往通信目的端的连接建立请求SYN，代替通信源端向通信目的端发起连接建立请求SYN，同时将该端到端数据通信连接所对应的四元组信息放入预备连接列表，并为该端到端数据通信连接设定超时定时器，若定时器触发超时，则将该端到端数据通信连接从预备连接列表中删除；
(1c)目的端侧移动可靠传输代理截获源端侧移动可靠传输代理发往通信目的端的建立连接请求SYN，并继续代替通信源端向通信目的端发起建立连接请求SYN，同时将该端到端数据通信连接信息所对应的四元组放入预备连接列表，并为该端到端数据通信连接设定超时定时器，若定时器超时，则将该端到端数据通信连接从预备连接列表中删除；
(1d)通信目的端收到通信源端发往自己的连接建立请求SYN，向通信源端发送建立连接请求应答SYN-ACK；
(1e)目的端侧移动可靠传输代理截获通信目的端发往通信源端的建立连接请求应答SYN-ACK，并代替通信目的端向通信源端回复建立连接请求应答SYN-ACK，同时在连接信息库中查询该端到端数据通信连接信息，若该数据报文归属于预备连接列表中的某端到端数据通信连接，则将该端到端数据通信连接放入在线连接列表，标识为“未同步”状态；否则丢弃该报文；
(1f)源端侧移动可靠传输代理截获目的端侧移动可靠传输代理发往通信源端的建立连接请求应答SYN-ACK，并继续代替通信目的端向通信源端回复建立连接请求应答SYN-ACK，同时在连接信息库中查询该端到端数据通信连接信息，若该数据报文归属于预备连接列表中的某端到端数据通信连接，则将该端到端数据通信连接放入在线连接列表，标识为“未同步”状态；否则丢弃该报文；
(1g)通信源端收到源端侧移动可靠传输代理代替通信目的端发来的建立连接请求应答SYN-ACK，同时向通信目的端发送建立请求应答ACK；
(1h)源端侧移动可靠传输代理截获通信源端发往通信目的端的连接建立请求应答ACK，并代替通信源端向通信目的端发起连接建立请求应答ACK，同时在连接信息库中查询该端到端数据通信连接信息，若该端到端数据同步请求报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据连接，且该端到端数据连接状态修改为“未同步”状态，将该标识为“未同步”状态的数端到端据通信连接标识为“同步”状态，并向邻居移动可靠传输代理发送该数据通信连接信息；否则丢弃该报文；
(1i)目的端侧移动可靠传输代理截获通信源端侧移动可靠传输代理发往通信目的端的建立连接请求应答ACK，并继续代替通信源端向通信目的端发起建立连接请求应答ACK，同时在连接信息库中查询该端到端数据通信连接信息，若该端到端数据同步请求报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据连接，且该端到端数据连接状态修改为“未同步”状态，将该标识为“未同步”状态的数端到端据通信连接标识为“同步”状态，并向邻居移动可靠传输代理发送该数据通信连接信息；否则丢弃该报文；
(1j)通信目的端收到来自通信源端的建立连接请求应答ACK，至此，分段连接建立过程结束。
(2)当移动可靠传输代理收到端到端数据通信连接信息时，将该端到端数据通信连接信息放入预备连接列表，并为该端到端数据通信连接设定超时定时器，若定时器超时，则将该端到端数据通信连接从预备连接列表中删除。
(3)当移动可靠传输代理收到了端到端数据通信数据报文时，进行归属判断。若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“同步”状态，则对该报文进行分段可靠传输；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“未同步”状态，则将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中；若该数据报文归属于预备连接列表中的某端到端数据通信连接，则将该端到端数据通信连接放入在线连接列表，标识为“未同步”状态，并将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中，转入步骤(4)；否则丢弃该数据包。
(4)发现移动可靠传输代理切换，暂停端到端分段数据传输过程；当移动可靠传输代理收到了端到端通信数据报文时，进行归属判断；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“同步”状态，则对该报文进行分段可靠传输；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“未同步”状态，则将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中；若该数据报文归属于预备连接列表中的某端到端数据通信连接，则将该端到端数据通信连接移入在线连接列表，标识为“未同步”状态，并将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中，标识该移动可靠传输代理为接管代理，转入步骤(5)；否则丢弃该数据报文；
(5)切换移动可靠传输代理，并进行端到端连接同步；具体包括：
(5a)移动可靠传输代理为“未同步”状态的端到端数据通信连接进行同步，并向源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理发送端到端同步请求报文；
(5b)当移动可靠传输代理收到端到端同步请求报文时，进行归属判断；若该端到端同步请求报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据连接，将该端到端数据连接状态修改为“未同步”状态，并将该端到端数据通信连接所对应的同步信息封装在端到端同步应答报文中，与发起该端到端同步请求报文的移动可靠传输代理进行交互，开始端到端同步过程；并在端到端同步过程结束时，发送端到端同步结束报文，更新在线连接列表；
(5c)当移动可靠传输代理收到来自标识为“未同步”状态的端到端数据通信连接所对应的源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理所发来的端到端同步结束报文时，将该标识为“未同步”状态的数端到端据通信连接标识为“同步”状态，转入步骤(6)。
(6)结束本次移动可靠传输代理切换，恢复端到端分段数据传输过程。返回步骤(2)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通信源端与通信目的端之间建立端到端分段数据通信连接；
(2)移动可靠传输代理间交互端到端通信连接信息；
(3)开始端到端分段数据传输；在未发生移动可靠传输代理的切换前，通信源端先后经由源端侧移动可靠传输代理、目的端侧移动可靠传输代理，与通信目的端进行分段可靠数据传输；
(4)发现移动可靠传输代理切换；
(5)切换移动可靠传输代理并进行端到端连接同步；
(6)结束本次移动可靠传输代理切换，恢复端到端分段数据传输过程，返回步骤(2)；
所述步骤(4)包括：
当移动可靠传输代理收到了端到端通信数据报文时，进行归属判断；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“同步”状态，则对该报文进行分段可靠传输；若该数据报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据通信连接，且该端到端数据通信连接为“未同步”状态，则将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中；若该数据报文归属于预备连接列表中的某端到端数据通信连接，则将该端到端数据通信连接移入在线连接列表，标识为“未同步”状态，并将该数据报文添加到该端到端数据通信连接的数据缓冲区队列中，标识该移动可靠传输代理为接管代理，转入步骤(5)；否则丢弃该数据报文。
2.如权利要求1所述的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，通信源端经由源端侧移动可靠传输代理、任意通信子网和目的端侧移动可靠传输代理将通信源端和通信目的端之间的数据通信连接分为三段，分别为通信源端和源端侧移动可靠传输代理之间的数据通信连接，源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理之间的数据通信连接以及目的端侧移动可靠传输代理和通信目的端之间的数据通信连接。
3.如权利要求1所述的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，所述步骤(4 )中端到端数据通信连接信息中应包含通信源端、源端侧移动可靠传输代理、目的端侧移动可靠传输代理、通信目的端等节点的通信地址信息；“同步”状态表示该端到端数据通信当前可按照各分段通信连接进行分段可靠数据传输。
4.如权利要求1所述的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
(2a)分发数据通信连接信息，当新的端到端数据通信连接建立完成时，该端到端数据通信连接所包含的源端侧移动可靠传输代理及目的端侧移动可靠传输代理将该端到端数据通信连接放入在线连接列表，标识该数据通信连接为“同步”状态；并向其地理位置相邻的移动可靠传输代理发送该端到端数据通信连接信息；
(2b)更新连接信息，当移动可靠传输代理收到端到端数据通信连接信息时，将该端到端数据通信连接信息放入预备连接列表，并为该端到端数据通信连接设定超时定时器，若定时器超时，则将该端到端数据通信连接从预备连接列表中删除。
5.如权利要求1所述的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中“未同步”状态表示该端到端数据通信连接各分段通信连接数据传输过程不匹配，需暂停分段可靠传输过程。
6.如权利要求1所述的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：
(5a)移动可靠传输代理为“未同步”状态的端到端数据通信连接进行同步，并向源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理发送端到端同步请求报文；
(5b)当移动可靠传输代理收到端到端同步请求报文时，进行归属判断；若该端到端同步请求报文归属于在线连接列表中的某个端到端数据连接，将该端到端数据连接状态修改为“未同步”状态，并将该端到端数据通信连接所对应的同步信息封装在端到端同步应答报文中，与发起该端到端同步请求报文的移动可靠传输代理进行交互，开始端到端同步过程；并在端到端同步过程结束时，发送端到端同步结束报文，更新在线连接列表；
(5c)当移动可靠传输代理收到来自标识为“未同步”状态的端到端数据通信连接所对应的源端侧移动可靠传输代理和目的端侧移动可靠传输代理所发来的端到端同步结束报文时，将该标识为“未同步”状态的数端到端据通信连接标识为“同步”状态，转入步骤(6)。
7.如权利要求6所述的基于移动可靠传输代理的分段可靠传输方法，其特征在于，所述步骤(5b)中端到端同步过程中：移动可靠传输代理向发起端到端同步请求的移动可靠传输代理建立可靠数据传输连接，可采用任意可保证数据可靠性的数据传输协议。
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