一种基于dtn的卫星远程教育系统及其交互式通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DTN的卫星远程教育系统及其交互式通信方法，包括：(1)分布式资源服务器群；(2)管理服务器；(3)播发服务器；(4)IPDVB网关；(5)终端节点；(6)移动通信节点：车载嵌入式计算机系统或便携式通信设备，支持802.11b/g无线通信；与终端节点通信，获取bundle消息，并将收储的消息，在获得互联网接入机会时发送给IPDTN网关；(7)IPDTN网关：连接DTN网络与IP网络，对终端节点的bundle消息解封装，以IP数据包的形式提交给播发服务器；众多的终端节点分散部署在边远地区的各个中小学或个人用户家中。进一步推进远程教育的发展，优化边远地区的教育资源配置，提高教育质量，促进教育公平。
【专利说明】一种基于DTN的卫星远程教育系统及其交互式通信方法【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种基于DTN(DTN:Delay Tolerant Network,延迟容忍网络)的卫星远程教育系统及其交互式通信方法。
【背景技术】
[0002]我国幅员辽阔，地区差异大，教育发展不平衡。远程教育对于促进边远地区的教育发展至关重要，是我国非常重视的长期发展战略。卫星远程教育充分发挥了广播优势，以较低的费用实现广大区域内大数据量的分发，降低了远程教育的实施成本，特别适合于地理分布广、人口密度低、经济欠发达的地区用来实现教育信息化、分享优质教育资源。现有的卫星远程教育信息化系统，由资源库、卫星广播网络和终端节点三部分组成。其中资源库可以存储于互联网或局域网上，通常包括数据库服务器、媒体服务器等，用来实现教育资源的编辑、制作、存储和管理。终端节点是地理上分散的远程教育用户，配置单台计算机或小型局域网，以视频、音频、多媒体课件等信息化方式来提供教学服务。卫星广播网络由播发服务器、irovB网关、卫星信道和接收端系统组成，任务是将教育资源以ip数据包的形式分发到远程用户的计算机上。
[0003]卫星远程教育系统在利用卫星传输数据时一般米用IP over DVB-S技术。DVB(Digital Video Broadcast)是一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范，其使用统一的信源编码方案，对音视频等信息进行编码、压缩、打包形成传输流(TS，Transport Stream),经过传输流复用后,通过卫星、有线电视或地面广播等不同媒介进行传输。其中，DVB-S是卫星数字电视广播方面的标准。如图1所示，在教育资源分发时，卫星网络播发中心的播发服务器访 问资源库，将资源信息以ip形式打包发送。在经过irovB网关处理后，将IP数据包封装到TS流中。然后，利用卫星信道进行TS流传输。卫星地面站的接收系统在收到TS流后，计算机再将其解封装为IP数据包，提供给终端节点的教学软件使用。
[0004]卫星远程教育基于IP over DVB-S技术，利用卫星的广播特性，可以实现单点发送数据而多点同时接收数据。这种方法能够以较高的传输速度，向远端大量用户发送高质量教育资源，使边远地区获得互联网上优质的教学内容，实现了教育资源的共享。但是，卫星广播的单向传输特性也存在着局限性。在远程教育实施过程中，终端用户对资源的需求体现出了多样性的特点:中小学校、不同地区学校、民族学校对资源的需求并不相同，且随时间变化较大，统一推送的教学内容无法满足其要求，用户希望能够根据自己的情况订阅资源。同时，用户学习的方式、学习的积极性也受到了单向网络“灌输教学”模式的制约。终端用户希望能够享受远程答疑、网上阅卷和作品发布等互联网远程教育模式下的服务。这些用户需求的提出，促使卫星远程教育系统必须将单向通信改变为双向，即引入反向回传通信机制。
[0005]由于卫星链路是单向的，所以在反向传输技术上存在两种模式，即卫星链路(即内交互)模式和外交互模式。[0006]第一种是采用卫星DVB-RCS信道作为反向回传信道的IP over DVB-S/RCS的内交互技术。该技术要求在卫星地面站同时配备卫星数据接收设备和发送设备，即地面站为双向站。在收发数据时，前向链路选用DVB-S，反向链路选用DVB-RCS，数据采用IPover DVB-S/RCS模式通信。这种技术方案成熟，但发送设备和卫星信道租用费用较贵。出于成本的考虑，对于完全不可能建设地面链路的地区，如果远程教育用户规模较大且分布相对集中，可以考虑采用；但对于边远地区的中小学校而言，地理分散、教育经费不足，无法推广普及。
[0007]双向卫星地面站较高的建设费，对于边远地区的学校无法承受。用于反向回传的卫星DVB-RCS信道，其日常租用费用需要由各个终端用户(学校)支付。远程教育应用需要回传的信息有限，DVB-RCS信道空闲率较高。
[0008]第二种是基于PSDN、DSL、GPRS或无线3G网络等接入技术来形成异构的“外交互”回传链路。该技术要求在卫星地面站配备卫星数据接收设备，并具有互联网接入功能。在收发数据时，前向链路选用DVB-S，而反向链路利用已经存在的计算机网络进行通信，即对于具有网络接入功能的卫星接收端，可以利用网络基础设施接入互联网运营商，通过Internet将用户端的请求上传到卫星播发中心。反向链路可以是基于Internet固定接入的运营商专线，如帧中继、DDN等；可以是根据实际情况建立的拨号上网链路，如电话拨号、ADSL ;也可以是无线接入网络，如WiF1、GPRS或3G等技术。对于具备搭建地面链路的地区，出于带宽和成本的考虑，在远程教育中使用外交互模式也是适合的。
[0009]这种方案的困难在于需要基础网络设施的支持，对于农牧区等地广人稀、无网络覆盖范围的偏远区域，并不适用。
[0010]第三种是基于存储介质的数据文件报送，来实现远程教育信息的反馈。该技术要求在卫星地面站只配备卫星数据接收设备即可。终端用户在卫星远程教育系统使用中，当需要进行信息的反馈或者数据的上报时，如请求资源、提交作业等，首先在终端计算机上将信息按照既定的规范生成数据文件，然后将文件拷贝到存储介质(如U盘、磁盘)中，利用邮政投递服务对存储介质进行寄送。卫星播发中心收到寄来的存储介质后，在计算机中对用户文件进行数据解析，根据双方既定的规范予以处理，满足用户提出的要求。这种技术方案的优势在于利用了国家财政予以大力支持的“村村通”邮政服务系统，终端用户不需要进行反向通信链路的建设和维护，使用成本较低。这种基于邮政投递服务的数据文件报送方式，可以满足信息“孤岛”小规模用户的简单需求。
[0011]这种技术方案存在着软件接口设计耦合度高、数据处理繁琐和软件设计复杂等问题，不利于大量应用的推广。对于终端用户而言，数据通信过程对用户不透明，用户使用不便。对于远程教育系统运营者而言，规模庞大的基础用户群造成数据文件手工处理的工作量非常繁重。此外，采用存储介质还可能带来病毒扩散等安全隐患，并且日常使用中介质的损耗较高。
【发明内容】
[0012]终端用户希望卫星远程教育系统提供的交互式服务主要分为以下三类:一、内容服务，用户可以订阅自己喜欢的教育资源，定制卫星分发内容；二、教学服务，包括作业答疑、网络考试与阅卷等；三、个性化服务，如美术作品展示、个人资源分享等。分析终端用户的需求，可以发现，这三类服务的数据传输量不尽相同，但响应时间要求都不是很高，不需要立刻予以反馈，延迟通常可以放宽到几天的范围。
[0013]卫星远程教育系统用户的这种反向通信特点，具有延迟容忍网络(DTN:DelayTolerant Network)的特点。在DTN网络中，数据在传递时,可能由于巨大的延时和间歇性的链路断开，而无法保持端到端的连接，使得经典的互联网协议不能继续工作。DTN使用“存储-转发”的思想来解决由于间歇性连接、长且可变延时所带来的问题。在数据发送时，消息(即bundle)沿着路径，从一个节点依次转存到另一个节点上。这种方法隔离了延时，从而支持间歇性连接的节点之间的通信。
[0014]鉴于卫星远程教育的应用及通信特点，为了克服现有反向回传通信技术成本高、依赖基础通信设施或用户使用不便等不足，本发明提出一种基于DTN的卫星远程教育系统交互式通信方法。
[0015]本发明的技术方案如下:
[0016]一种基于DTN的卫星远程教育系统，包括:(I)分布式资源服务器群；(2)管理服务器；(3)播发服务器:根据用户需求进行资源定制，制定内容下发策略，构造IP数据包，向IroVB网关发送:(4) IroVB网关:将从播发服务器收到的ip数据包，转换成ts后利用卫星信道进行卫星数据广播；(5)终端节点:终端节点配置DVB-S卫星数据接收卡和支持802.llb/g的无线局域网网卡，采用单向卫星地面站，具有卫星数据接收能力，同时可以基于802.llb/g的Ad Hoc模式与数百米内的其他节点进行无线通信；接收卫星数据广播，在本地进行远程教学；提交交互式服务请求，以DTN消息即bundle封装，在本地存储；在合适的时机，利用802.llb/g无线接口向移动通信节点发送；(6)移动通信节点:车载嵌入式计算机系统或便携式通信设备，支持802.llb/g无线通信；与终端节点通信，获取bundle消息，并将收储的消息，在获得互联网接入机会时发送给II3DTN网关；(7) IPDTN网关:连接DTN网络与IP网络，对终端节点的bundle消息解封装，以IP数据包的形式提交给播发服务器；其中，管理服务器、播发服务器、IroVB网关和IroTN网关，都部署在卫星网络播发中心，属于同一个可信域；众多的终端节点分散部署在边远地区的各个中小学或个人用户家中。
[0017]本发明还提供一种基于DTN的卫星远程教育系统的交互式通信方法，终端节点的用户在使用远程教育系统学习时，利用终端节点的卫星数据接收系统来接收卫星播发中心广播的资源；当用户需要进行信息发送时，如果附近没有移动通信节点，终端节点则将其缓存在本地的硬盘中；终端节点检测到移动通信节点无线信号时，与移动通信节点构成自组织网络进行数据通信，提交终端节点上存储的信息；移动通信节点接收信息并存储，携带着信息继续移动；当移动通信节点到达具有互联网接入的地点时，将携带的信息利用互联网传递给卫星播发中心，从而实现终端节点用户的反向回传通信。
[0018]所述的交互式通信方法，所述交互式通信具体包括以下步骤:
[0019]S1.1:播发服务器将教育资源清单及常用的教学资源组织成IP数据包的形式，周期性地向irovB网关发送；
[0020]S1.2:1PDVB网关将IP数据包封装到TS流后，利用DVB-S卫星信道传输；
[0021]S1.3:终端节点通过DVB-S接收系统收到TS流，解封装后形成IP包，将其组织成教育资源，在本地的终端教学软件系统中以网页、视频、声音、图片形式进行教学；
[0022]S1.4:远程教育用户在学习过程中，将其需要交流的信息或资源请求等通过教学软件界面向系统提交；[0023]S1.5:终端节点将用户提交的请求信息以bundle消息封装，存储在本地；
[0024]S1.6:终端节点周期性地查找无线通信范围内是否有移动通信节点存在；
[0025]S1.7:终端节点发现无线通信范围内存在移动通信节点时，与移动通信节点使用无线网络建立Ad Hoc连接；
[0026]S1.8:终端节点与移动通信节点之间进行认证，确认其身份是否合法；
[0027]S1.9:认证失败，终端节点被视为不可信任节点，请求信息发送失败；
[0028]S1.10:认证成功,终端节点将存储的bundle消息转发给移动通信节点；
[0029]S1.11:移动通信节点携带bundle消息继续移动，并收储其他终端节点发送的bundle 消息；
[0030]S1.12:移动通信节点到达具有互联网接入的地点(如邮局等)，将存储的bundle消息通过互联网一起发送给IPDTN网关；
[0031]S1.13 =IPDTN网关将收到的bundle消息解封装，还原为用户的请求信息，再封装入IP数据包中，发送给播发服务器，供其处理。
[0032]所述的交互式通信方法，所述终端节点发送消息的过程包括以下步骤S2.1?
52.12:
[0033]S2.1:终端节点接收用户提交的请求信息；
[0034]S2.2:终端节点根据请求信息的数据量大小进行分片，以bundle格式封装，生成一个或多个bundle消息；
[0035]S2.3:终端节点将bundle消息设置优先级，存储在本地的发送队列中；
[0036]S2.4:终端节点定期通告其节点标识，等待无线通信范围内移动通信节点的连接与认证;
[0037]S2.5:终端节点与移动通信节点建立无线Ad Hoc连接后，移动通信节点对终端节点进行认证；
[0038]S2.6:终端节点未通过认证，消息发送失败；
[0039]S2.7:终端节点通过认证后，将发送队列中的bundle消息复本发送给移动通信节
占.[0040]S2.8:终端节点发送bundle消息给移动通信节点后，等待移动通信节点发回的接收确认；
[0041]S2.9:终端节点收到移动通信节点的接收确认，信息发送成功。终端节点对已成功发送给移动通信节点的bundle消息设置“监管”标志和重传时限，将其从发送队列移入监管队列中。然后，继续发送下一个bundle消息；
[0042]S2.10:终端节点没有收到移动通信节点的回应消息，在重传次数未超限的情况下重发丢失的信息，转去执行S2.8，否则不再进行发送，而等待下一次与移动通信终端的连接机会。
[0043]所述的交互式通信方法，所述终端节点接收卫星广播数据的过程包括S3.1?
53.8:
[0044]S3.1:终端节点接收卫星广播的TS流信息；
[0045]S3.2:终端节点对TS流进行解封装处理，得到IP数据包；
[0046]S3.3:终端节点对IP数据包头部进行解析，根据源节点的不同而分支处理；[0047]S3.4:对于播发服务器发送来的IP数据包，终端节点将其提交给上层的教学应用软件进行使用；
[0048]S3.5:对于IPDTN网关发送来的IP数据包，终端节点从IP数据包中提取bundle
监管信息；
[0049]S3.6:终端节点判断监管信息是否与节点本身匹配，即是否是对本节点所发送bundle的监管确认；
[0050]S3.7:如果是发送给本节点的监管确认，终端节点根据bundle标识将对应的bundle消息从监管队列中删除；
[0051]S3.8:如果是发送给其他节点的监管确认，终端节点将数据包丢弃，不做进一步处理。
[0052]所述的交互式通信方法，所述移动通信节点转发消息的过程执行步骤S4.1?
S4.10:
[0053]S4.1:移动通信节点在边远地区行进，实施信函投递等业务；
[0054]S4.2:移动通信节点在无线通信范围内发现终端节点，建立无线Ad Hoc连接；
[0055]S4.3:移动通信节点验证终端节点是否合法；
[0056]S4.4:终端节点未通过验证,拒绝接受该终端节点发送的bundle消息；
[0057]S4.5:终端节点通过验证,移动通信节点接收该终端节点发送的bundle消息,存储在本地硬盘中；
[0058]S4.6:移动通信节点继续原定行程，若途中仍有终端节点，转去执行步骤S4.2 ；
[0059]S4.7:移动通信节点继续行驶，到达有Internet接入的地点，利用互联网建立与IPDTN网关的连接，将bundle消息封装在IP数据包中发送给IPDTN网关；
[0060]S4.8:移动通信节点等待IPDTN网关返回的接收应答消息；
[0061]S4.9:移动通信节点收到II3DTN网关的回应消息，信息发送成功；
[0062]S4.10:移动通信节点没收到IPDTN网关的回应消息，重发丢失的bundle消息，转去执行S4.8。
[0063]所述的交互式通信方法，所述IPDTN网关处理信息的过程执行步骤S5.1?S5.9:
[0064]S5.1 =IPDTN网关从其网络接口接收数据包；
[0065]S5.2 =IPDTN网关判断数据包是否来自于移动通信节点；
[0066]S5.3:如果数据包不是来自于移动通信节点，则将其丢弃；
[0067]S5.4:如果数据包来自于移动通信节点，IPDTN网关将数据包向上层交付，直到bundle层处理进程,完成bundle消息的解封装；
[0068]S5.5 =IPDTN网关对收到的bundle消息进行接收确认，生成bundle应答消息，封装在IP数据包中，回复给相应的移动通信节点；
[0069]S5.6 =IPDTN网关对bundle信息解析，获得bundle消息的产生者标识，构造IP数据包，在其中添加bundle监管信息后，发送给IroVB网关进行卫星数据广播，传递给终端节
占.[0070]S5.7 =IPDTN网关检查收到的bundle消息是否存在后续的分片，即是否可构成完整的用户请求信息；
[0071]S5.8:如果bundle消息无后续的分片，则提取用户请求信息，将该信息封装到IP数据包中，发送到播发服务器；
[0072]S5.9:如果bundle消息存在后续的分片,则不进行处理。
[0073]所述的交互式通信方法，所述播发服务器处理信息的过程执行步骤S6.1?S6.9:
[0074]S6.1:播发服务器根据资源播发列表，周期性地从资源服务器提取教育资源，封装到IP数据包中，发送给IrovB网关进行卫星数据广播，传递给终端节点；
[0075]S6.2:播发服务器收到IPDTN网关发来的IP数据包；
[0076]S6.3:播发服务器对IP数据包解封装，获得用户的请求信息；
[0077]S6.4:播发服务器根据用户请求，制定资源调度策略，更新资源播发列表后，返回步骤S6.1。
[0078]本发明将IP over DVB技术与DTN技术融合起来，提出新型的卫星远程教育网络交互式通信方法。数据通信的下行链路通信协议采用IP over DVB-S，用于从卫星播发中心到接收终端的资源下发。上行链路的通信协议由两段组成，一段是利用Ad Hoc通信及移动通信节点携带信息运动的特性来支持报文转发，提供“携带”链路，用于服务请求的收储；另一段是基于互联网的“外交互”链路，接力“携带”链路的信息递送过程，将信息上传到卫星播发中心。这种新型的交互式通信方法，适合边远地区的人口地理分布特点，能够向边远地区的卫星远程教育用户提供新型交互式教学服务，可使原有的单向被动的资源推送教学方式，扩展为双向交流的用户自主学习方式。这将进一步推进远程教育的发展，优化边远地区的教育资源配置，提高教育质量，促进教育公平。
【专利附图】
【附图说明】
[0079]图1为现有的卫星远程教育系统示意图；
[0080]图2为本发明基于DTN的卫星远程教育系统交互式通信机制；
[0081]图3为远程教育系统的交互式通信流程；
[0082]图4为终端节点发送消息的过程；
[0083]图5为终端节点接收卫星广播数据的过程；
[0084]图6为移动通信节点转发消息的过程；
[0085]图7为IPDTN网关处理信息的过程；
[0086]图8为播发服务器处理信息的过程。
【具体实施方式】
[0087]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0088]2.2.1卫星远程教育网络组成
[0089]将IP over DVB与DTN技术结合，卫星远程教育系统中采用交互式通信机制后，网络组成将如下图2所示。
[0090]参与网络通信的实体包括:(I)分布式资源服务器群:保存着全部的教育资源，进行资源管理。(2)管理服务器:进行用户管理、安全和认证管理等工作的一组服务器，如密钥分发服务器。(3)播发服务器:根据用户需求进行资源定制，制定内容下发策略，构造IP数据包，向IPDVB网关发送。(4) IroVB网关:将从播发服务器收到的IP数据包，转换成TS后利用卫星信道进行数据广播。(5)终端节点:接收卫星数据广播，在本地进行远程教学。提交交互式服务请求，以DTN消息即bundle封装，在本地存储。在合适的时机，利用802.1lb/g无线接口向移动通信节点发送。(6)移动通信节点:车载嵌入式计算机系统或便携式通信设备，支持802.llb/g无线通信。与终端节点通信，获取bundle消息，并将收储的消息，在获得互联网接入机会时发送给IPDTN网关。(7) IPDTN网关:连接DTN网络与IP网络，对终端节点的bundle消息解封装，以IP数据包的形式提交给播发服务器。其中，管理服务器、播发服务器、irovB网关和IroTN网关，都部署在卫星网络播发中心，属于同一个可信域；众多的终端节点分散部署在边远地区的各个中小学或个人用户家中。
[0091]2.2.1交互式通信流程
[0092]如图3所示，卫星远程教育系统的交互式通信执行步骤S1.1?S1.8如下:
[0093]S1.1:播发服务器将教育资源清单及常用的教学资源组织成IP数据包的形式，周期性地向irovB网关发送。
[0094]S1.2 =IPDVB网关将IP数据包封装到TS流后，利用DVB-S卫星信道传输。
[0095]S1.3:终端节点通过DVB-S接收系统收到TS流，解封装后形成IP包，将其组织成教育资源，在本地的终端教学软件系统中以网页、视频、声音、图片等形式进行教学。
[0096]S1.4:远程教育用户在学习过程中，将其需要交流的信息或资源请求等通过教学软件界面向系统提交。
[0097]S1.5:终端节点将用户提交的请求信息以bundle消息封装，存储在本地。
[0098]S1.6:终端节点周期性地查找无线通信范围内是否有移动通信节点存在。
[0099]S1.7:终端节点发现无线通信范围内存在移动通信节点时，与移动通信节点使用无线网络(如采用802.llb/g)建立Ad Hoc连接。
[0100]S1.8:终端节点与移动通信节点之间进行认证，确认其身份是否合法。
[0101]S1.9:认证失败，终端节点被视为不可信任节点，请求信息发送失败。
[0102]S1.10:认证成功,终端节点将存储的bundle消息转发给移动通信节点。
[0103]S1.11:移动通信节点携带bundle消息继续移动，并收储其他终端节点发送的bundle 消息。
[0104]S1.12:移动通信节点到达具有互联网接入的地点(如邮局等)，将存储的bundle消息通过互联网一起发送给IPDTN网关。
[0105]S1.13 =IPDTN网关将收到的bundle消息解封装，还原为用户的请求信息，再封装入IP数据包中，发送给播发服务器，供其处理。
[0106]2.2.2终端节点发送消息的过程
[0107]如图4所示，终端节点发送消息的过程执行步骤S2.1?S2.12如下:
[0108]S2.1:终端节点接收用户提交的请求信息。
[0109]S2.2:终端节点根据请求信息的数据量大小进行分片，以bundle格式封装，生成一个或多个bundle消息。
[0110]S2.3:终端节点将bundle消息设置优先级，存储在本地的发送队列中。
[0111]S2.4:终端节点定期通告其节点标识，等待无线通信范围内移动通信节点的连接与认证。
[0112]S2.5:终端节点与移动通信节点建立无线Ad Hoc连接后，移动通信节点对终端节点进行认证。[0113]S2.6:终端节点未通过认证，消息发送失败。
[0114]S2.7:终端节点通过认证后，将发送队列中的bundle消息复本发送给移动通信节点。
[0115]S2.8:终端节点发送bundle消息给移动通信节点后，等待移动通信节点发回的接收确认。
[0116]S2.9:终端节点收到移动通信节点的接收确认，信息发送成功。终端节点对已成功发送给移动通信节点的bundle消息设置“监管”标志和重传时限，将其从发送队列移入监管队列中。然后，继续发送下一个bundle消息。
[0117]S2.10:终端节点没有收到移动通信节点的回应消息，在重传次数未超限的情况下重发丢失的信息，转去执行S2.8，否则不再进行发送，而等待下一次与移动通信终端的连接机会。
[0118]2.2.3终端节点接收卫星广播数据的过程
[0119]如图5所示，终端节点接收卫星广播数据的过程执行步骤S3.1?S3.8如下:
[0120]S3.1:终端节点接收卫星广播的TS流信息。
[0121]S3.2:终端节点对TS流进行解封装处理，得到IP数据包。
[0122]S3.3:终端节点对IP数据包头部进行解析，根据源节点的不同而分支处理。
[0123]S3.4:对于播发服务器发送来的IP数据包，终端节点将其提交给上层的教学应用软件进行使用。
[0124]S3.5:对于IPDTN网关发送来的IP数据包，终端节点从IP数据包中提取bundle
监管信息。
[0125]S3.6:终端节点判断监管信息是否与节点本身匹配，即是否是对本节点所发送bundle的监管确认。
[0126]S3.7:如果是发送给本节点的监管确认，终端节点根据bundle标识将对应的bundle消息从监管队列中删除。
[0127]S3.8:如果是发送给其他节点的监管确认，终端节点将数据包丢弃，不做进一步处理。
[0128]2.2.4移动通信节点转发消息的过程
[0129]如图6所示，移动通信节点转发消息的过程执行步骤S4.1?S4.10如下:
[0130]S4.1:移动通信节点(如邮车、邮递员)在边远地区行进，实施信函投递等业务。
[0131]S4.2:移动通信节点在无线通信范围内发现终端节点，建立无线Ad Hoc连接。
[0132]S4.3:移动通信节点验证终端节点是否合法。
[0133]S4.4:终端节点未通过验证,拒绝接受该终端节点发送的bundle消息。
[0134]S4.5:终端节点通过验证,移动通信节点接收该终端节点发送的bundle消息,存储在本地硬盘中。
[0135]S4.6:移动通信节点继续原定行程，若途中仍有终端节点，转去执行步骤S4.2。
[0136]S4.7:移动通信节点继续行驶，到达有Internet接入的地点(如邮局等)，利用互联网建立与IPDTN网关的连接，将bundle消息封装在IP数据包中发送给IPDTN网关。
[0137]S4.8:移动通信节点等待IPDTN网关返回的接收应答消息。
[0138]S4.9:移动通信节点收到IPDTN网关的回应消息，信息发送成功。[0139]S4.10:移动通信节点没收到II3DTN网关的回应消息，重发丢失的bundle消息，转去执行S4.8。
[0140]2.2.5IPDTN网关处理信息的过程
[0141]如图7所示，IPDTN网关处理信息的过程执行步骤S5.1?S5.9如下:
[0142]S5.1 =IPDTN网关从其网络接口接收数据包。
[0143]S5.2 =IPDTN网关判断数据包是否来自于移动通信节点。
[0144]S5.3:如果数据包不是来自于移动通信节点，则将其丢弃。
[0145]S5.4:如果数据包来自于移动通信节点，IPDTN网关将数据包向上层交付，直到bundle层处理进程,完成bundle消息的解封装。
[0146]S5.5 =IPDTN网关对收到的bundle消息进行接收确认，生成bundle应答消息，封装在IP数据包中，回复给相应的移动通信节点。
[0147]S5.6 =IPDTN网关对bundle信息解析，获得bundle消息的产生者(即终端节点)标识，构造IP数据包，在其中添加bundle监管信息(如终端节点标识、bundle消息标识等)后，发送给irovB网关进行卫星数据广播，传递给终端节点。
[0148]S5.7 =IPDTN网关检查收到的bundle消息是否存在后续的分片，即是否可构成完整的用户请求信息。
[0149]S5.8:如果bundle消息无后续的分片，则提取用户请求信息，将该信息封装到IP数据包中，发送到播发服务器。
[0150]S5.9:如果bundle消息存在后续的分片，贝U不进行处理。
[0151]2.2.6播发服务器处理信息的过程
[0152]如图8所示，播发服务器处理信息的过程执行步骤S6.1?S6.9如下:
[0153]S6.1:播发服务器根据资源播发列表，周期性地从资源服务器提取教育资源，封装到IP数据包中，发送给IrovB网关进行卫星数据广播，传递给终端节点。
[0154]S6.2:播发服务器收到IPDTN网关发来的IP数据包。
[0155]S6.3:播发服务器对IP数据包解封装，获得用户的请求信息。
[0156]S6.4:播发服务器根据用户请求，制定资源调度策略，更新资源播发列表后，返回步骤S6.1。
[0157]本发明提出了一种融合了 IP over DVB技术与DTN技术的卫星远程教育系统交互式通信方法。与现有的其他方法不同的是，本方法除了考虑到现有的卫星远程教育系统的资源分发功能，还在此基础上结合考虑边远地区用户需求，发明了卫星远程教育系统的信息回传功能，构建出新型的交互式卫星远程教育系统。本方法的优点具体表现在以下几个方面:
[0158]I)交互性:原有的单向被动的资源推送教学方式，可扩展为双向交流的用户自主学习方式。
[0159]2)经济性:针对现有的远程教育系统，采用新的交互式通信方法仅需要较小的投入。硬件投入少，开销低。
[0160]3)适应性:移动通信节点可直接借用“村村通邮”工程中的邮车、电教服务或科技服务的车辆、人员来予以实现，对于在边远地区推广具有较强的适应性。
[0161]4)兼容性:此方法能完全兼容现有卫星远程教育系统的基本功能，可支持现有的教育资源的分发方案，目前的单向卫星地面站用户使用不受任何影响。
[0162]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于DTN的卫星远程教育系统，其特征在于，包括:(1)分布式资源服务器群；(2)管理服务器；(3)播发服务器:根据用户需求进行资源定制，制定内容下发策略，构造IP数据包，向II3DVB网关发送；(4) IPDVB网关:将从播发服务器收到的IP数据包，转换成TS后利用卫星信道进行卫星数据广播；(5)终端节点:终端节点配置DVB-S卫星数据接收卡和支持802.llb/g的无线局域网网卡，采用单向卫星地面站，具有卫星数据接收能力，同时可以基于802.llb/g的Ad Hoc模式与数百米内的其他节点进行无线通信；接收卫星数据广播，在本地进行远程教学；提交交互式服务请求，以DTN消息即bundle封装，在本地存储；在合适的时机，利用802.llb/g无线接口向移动通信节点发送；(6)移动通信节点:车载嵌入式计算机系统或便携式通信设备，支持802.llb/g无线通信；与终端节点通信，获取bundle消息，并将收储的消息，在获得互联网接入机会时发送给II3DTN网关；(7) IPDTN网关:连接DTN网络与IP网络，对终端节点的bundle消息解封装，以IP数据包的形式提交给播发服务器；其中，管理服务器、播发服务器、IroVB网关和IroTN网关，都部署在卫星网络播发中心，属于同一个可信域；众多的终端节点分散部署在边远地区的各个中小学或个人用户家中。
2.基于DTN的卫星远程教育系统的交互式通信方法，其特征在于，终端节点的用户在使用远程教育系统学习时，利用终端节点的卫星数据接收系统来接收卫星播发中心广播的资源；当用户需要进行信息发送时，如果附近没有移动通信节点，终端节点则将其缓存在本地的硬盘中；终端节点检测到移动通信节点无线信号时，与移动通信节点构成自组织网络进行数据通信，提交终端节点上存储的信息；移动通信节点接收信息并存储，携带着信息继续移动；当移动通信节点到达具有互联网接入的地点时，将携带的信息利用互联网传递给卫星播发中 心，从而实现终端节点用户的反向回传通信。
3.根据权利要求2所述的交互式通信方法，其特征在于，所述交互式通信具体包括以下步骤: S1.1:播发服务器将教育资源清单及常用的教学资源组织成IP数据包的形式，周期性地向IrovB网关发送； S1.2 =IPDVB网关将IP数据包封装到TS流后，利用DVB-S卫星信道传输； S1.3:终端节点通过DVB-S接收系统收到TS流，解封装后形成IP包，将其组织成教育资源，在本地的终端教学软件系统中以网页、视频、声音、图片形式进行教学； S1.4:远程教育用户在学习过程中，将其需要交流的信息或资源请求等通过教学软件界面向系统提交； S1.5:终端节点将用户提交的请求信息以bundle消息封装，存储在本地； S1.6:终端节点周期性地查找无线通信范围内是否有移动通信节点存在； S1.7:终端节点发现无线通信范围内存在移动通信节点时，与移动通信节点使用无线网络建立Ad Hoc连接； S1.8:终端节点与移动通信节点之间进行认证，确认其身份是否合法； S1.9:认证失败，终端节点被视为不可信任节点，请求信息发送失败； S1.10:认证成功，终端节点将存储的bundle消息转发给移动通信节点； S1.11:移动通信节点携带bundle消息继续移动，并收储其他终端节点发送的bundle消息； S1.12:移动通信节点到达具有互联网接入的地点(如邮局等)，将存储的bundle消息通过互联网一起发送给IPDTN网关； . 51.13 =IPDTN网关将收到的bundle消息解封装，还原为用户的请求信息，再封装入IP数据包中，发送给播发服务器，供其处理。
4.根据权利要求2所述的交互式通信方法，其特征在于，所述终端节点发送消息的过程包括以下步骤S2.1~S2.12: . 52.1:终端节点接收用户提交的请求信息； S2.2:终端节点根据请求信息的数据量大小进行分片，以bundle格式封装，生成一个或多个bundle消息； S2.3:终端节点将bundle消息设置优先级，存储在本地的发送队列中； S2.4:终端节点定期通告其节点标识，等待无线通信范围内移动通信节点的连接与认证； S2.5:终端节点与移动通信节点建立无线Ad Hoc连接后，移动通信节点对终端节点进行认证； S2.6:终端节点未通过认证，消息发送失败； S2.7:终端节点通过认证后，将发送队列中的bundle消息复本发送给移动通信节点； S2.8:终端节点发送bundle消息给移动通信节点后，等待移动通信节点发回的接收确认； S2.9:终端节点收到移动通信节点的接收确认，信息发送成功。终端节点对已成功发送给移动通信节点的bundle消息设置“监管”标志和重传时限，将其从发送队列移入监管队列中。然后，继续发送下一个bundle消息；. 52.10:终端节点没有收到移动通信节点的回应消息，在重传次数未超限的情况下重发丢失的信息，转去执行S2.8，否则不再进行发送，而等待下一次与移动通信终端的连接机八
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5.根据权利要求2所述的交互式通信方法，其特征在于，所述终端节点接收卫星广播数据的过程包括S3.1~S3.8: 53.1:终端节点接收卫星广播的TS流信息； S3.2:终端节点对TS流进行解封装处理，得到IP数据包； S3.3:终端节点对IP数据包头部进行解析，根据源节点的不同而分支处理； S3.4:对于播发服务器发送来的IP数据包，终端节点将其提交给上层的教学应用软件进行使用； S3.5:对于IPDTN网关发送来的IP数据包，终端节点从IP数据包中提取bundle监管信息； S3.6:终端节点判断监管信息是否与节点本身匹配，即是否是对本节点所发送bundle的监管确认； S3.7:如果是发送给本节点的监管确认,终端节点根据bundle标识将对应的bundle消息从监管队列中删除； S3.8:如果是发送给其他节点的监管确认，终端节点将数据包丢弃，不做进一步处理。
6.根据权利要求2所述的交互式通信方法，其特征在于，所述移动通信节点转发消息的过程执行步骤S4.1~S4.10:S4.1:移动通信节点在边远地区行进，实施信函投递等业务； S4.2:移动通信节点在无线通信范围内发现终端节点，建立无线Ad Hoc连接； S4.3:移动通信节点验证终端节点是否合法； S4.4:终端节点未通过验证,拒绝接受该终端节点发送的bundle消息； S4.5:终端节点通过验证,移动通信节点接收该终端节点发送的bundle消息,存储在本地硬盘中； S4.6:移动通信节点继续原定行程，若途中仍有终端节点，转去执行步骤S4.2 ； S4.7:移动通信节点继续行驶，到达有Internet接入的地点，利用互联网建立与IPDTN网关的连接，将bundle消息封装在IP数据包中发送给II3DTN网关； S4.8:移动通信节点等待IPDTN网关返回的接收应答消息； S4.9:移动通信节点收到IPDTN网关的回应消息，信息发送成功； 。54.10:移动通信节点没收到IPDTN网关的回应消息，重发丢失的bundle消息，转去执行 S4.8。
7.根据权利要求2所述的交互式通信方法，其特征在于，所述IroTN网关处理信息的过程执行步骤S5.1~S5. 9: 55.1 =IPDTN网关从其网络接口接收数据包； S5.2 =IPDTN网关判断数据包是否来自于移动通信节点； S5.3:如果数据包不是来自于移动通信节点，则将其丢弃； S5.4:如果数据包来自于移动通信节点，IPDTN网关将数据包向上层交付，直到bundle层处理进程，完成bundle消息的解封装； S5.5 =IPDTN网关对收到的bundle消息进行接收确认，生成bundle应答消息，封装在IP数据包中，回复给相应的移动通信节点； S5.6:1TOTN网关对bundle信息解析，获得bundle消息的产生者标识，构造IP数据包，在其中添加bundle监管信息后，发送给IroVB网关进行卫星数据广播，传递给终端节点；S5.7 =IPDTN网关检查收到的bundle消息是否存在后续的分片，即是否可构成完整的用户请求信息； S5.8:如果bundle消息无后续的分片，则提取用户请求信息，将该信息封装到IP数据包中，发送到播发服务器； 。55.9:如果bundle消息存在后续的分片，则不进行处理。
8.根据权利要求2所述的交互式通信方法，其特征在于，所述播发服务器处理信息的过程执行步骤S6.1~S6.9: 。56.1:播发服务器根据资源播发列表，周期性地从资源服务器提取教育资源，封装到ip数据包中，发送给irovB网关进行卫星数据广播，传递给终端节点； S6.2:播发服务器收到IPDTN网关发来的IP数据包； S6.3:播发服务器对IP数据包解封装，获得用户的请求信息； S6.4:播发服务器根据用户请求，制定资源调度策略，更新资源播发列表后，返回步骤S6.1。
【文档编号】H04H20/74GK104009985SQ201410212413
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】白翔宇, 吴承勇, 李茹, 邢熠, 黄艳君, 王淑芳, 李钢小 申请人:内蒙古大学