專利名稱：一種用于衛(wèi)星網(wǎng)絡的傳輸控制協(xié)議方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機網(wǎng)絡和衛(wèi)星信道傳輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適合衛(wèi)星網(wǎng)絡的 TCP (Transmission Control Protocol)傳輸控制方法，主要用于解決衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸， 以提高傳輸數(shù)據(jù)的效率，減少系統(tǒng)開銷和網(wǎng)絡延遲。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展以及信息全球化的加快，多媒體技術(shù)、通訊技術(shù)獲得了巨 大發(fā)展。與此同時，各種新的業(yè)務需求如遠程教育、電視會議、遠程醫(yī)療的產(chǎn)生對網(wǎng)絡又提 出了新的要求，現(xiàn)有的地面網(wǎng)絡已不能完全滿足用戶的需求。交互的、高速的、和因特網(wǎng)相 結(jié)合的新一代衛(wèi)星通信網(wǎng)絡很好的解決了這些問題。衛(wèi)星通信的面積廣、通信費用與距離 無關(guān)、不受地面自然災害影響等固有的優(yōu)點，很好的適應了當前迅猛發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需 求，同時這也使得對衛(wèi)星網(wǎng)絡協(xié)議的研究成為當前的研究熱點。應用需求的不斷變化給互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)，為了更有效地提供數(shù)據(jù)傳輸 業(yè)務，減少與其他網(wǎng)絡協(xié)議的接口轉(zhuǎn)換，傳輸控制協(xié)議(Transmission ControlProtocol， TCP)在衛(wèi)星通信中受到了很大的關(guān)注。其中作為TCP協(xié)議核心的擁塞控制機制，是研究的 熱點問題之一。網(wǎng)絡中如果通過路由器的流量過大就會引起網(wǎng)絡擁塞，即超過了路由器的 緩沖處理能力的時候，路由器就會丟棄數(shù)據(jù)包。發(fā)生丟包后，除了重傳丟失的數(shù)據(jù)包以外， TCP還會降低傳輸速率，以減少網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量，使路由器有足夠的時間來處理轉(zhuǎn)發(fā)數(shù) 據(jù)，然后TCP逐漸增加傳輸速率來探測網(wǎng)絡的容量，避免擁塞再次發(fā)生。傳統(tǒng)的TCP應用于地面有線網(wǎng)絡中性能很好，但是由于衛(wèi)星網(wǎng)絡所具有的大時 延、高誤碼率、鏈路不對稱等等與地面網(wǎng)絡相異的特點，使得基于地面網(wǎng)絡的TCP協(xié)議并不 能很好的運用于衛(wèi)星網(wǎng)路中。特別是地面有線網(wǎng)絡的誤碼率很低，丟包都默認是鏈路擁塞 造成的，而衛(wèi)星網(wǎng)絡誤碼率較高，丟包可能是由于鏈路誤碼造成的，所以地面網(wǎng)絡中使用的 TCP擁塞控制會造成衛(wèi)星網(wǎng)絡吞吐量降低，不適合衛(wèi)星網(wǎng)絡，如何提高TCP協(xié)議在衛(wèi)星網(wǎng)絡 中的性能成為重要的研究課題。當前高速TCP擁塞控制是衛(wèi)星網(wǎng)絡研究的熱點，其中的TCP ffestwood是代表之 一。TCP Westwood 算法(簡稱 TCPW)是由 UCLA 大學 High Performance InternetLab 實 驗室提出的一種主要針對高誤碼率無線網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡等網(wǎng)絡的端到端的擁塞控制算法， 在原有TCP Reno基礎(chǔ)上修改而來的。它是基于帶寬估計開發(fā)的，其主要思想是通過發(fā)送 端不斷檢測ACK的到達速率來進行帶寬估計(BWE)，然后當擁塞發(fā)生時，利用估計的帶寬 去調(diào)整窗口(cwnd)和慢啟動門限(ssthresh)，有效地利用了估計帶寬。擁塞控制機制為 AIAD (Additive Increase adaptive Decrease,力口性增力口適度減小)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的為地面有線網(wǎng)絡設(shè)計的TCP擁塞控制不能 適應衛(wèi)星網(wǎng)絡的需要的缺點，提供一種用于衛(wèi)星網(wǎng)絡的TCP傳輸控制方法，從而提高衛(wèi)星網(wǎng)絡的吞吐量和公平性，減少系統(tǒng)開銷和網(wǎng)絡延遲。本發(fā)明提出的方法可以在NS2網(wǎng)絡仿 真器中進行仿真驗證。技術(shù)方案為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種適合衛(wèi)星網(wǎng)絡的TCP傳輸 控制協(xié)議方法，該方法是一種在現(xiàn)有TCP ffestwood算法基礎(chǔ)上改進的方法，通過改進實現(xiàn) 了一種能夠提高衛(wèi)星網(wǎng)絡傳輸性能的算法TCPW_BS⑶。一、體系結(jié)構(gòu)TCPW基本的擁塞窗口動態(tài)調(diào)整算法在慢啟動階段和擁塞避免階段都與Reno相 同，沒有改變，基本思想是當擁塞發(fā)生時用帶寬估計值(BWE)來調(diào)整擁塞窗口和慢啟動門 限值，擁塞控制機制為AIAD (加性增加適度減小)。TCPW使用最廣泛的帶寬估計算法如下，其帶寬估計的采樣尺寸如圖1所示。bk = dk/ (t.-t^i)取樣(sample)BWEk = akBWEkA + (1 -ak)(bk +，_l)指數(shù)濾波器(exponential filter)
2r - At.cck = k + 濾波器權(quán)值(filter gain)其中BWEk :tk時刻濾波器過濾的可用估計帶寬；1/ X 濾波器的中斷頻率；A tk = tftH，其它參數(shù)意義同上。TCPW BE算法采用了適時變化的濾波器權(quán)值a k，提高了帶寬 估計的穩(wěn)定性，但是算法會過高估計網(wǎng)絡帶寬，而且當有ACK壓縮發(fā)生時，帶寬估計會不穩(wěn) 定，另外過高估計帶寬使得此算法占用過多的帶寬，對TCPReno不很友好。TCPW算法原理如圖2所示。本方法是在現(xiàn)有TCP ffestwood算法基礎(chǔ)上改進的方 法。圖3給出了 TCPW-BS⑶算法的傳輸控制原理圖，其改進實現(xiàn)方法為以下三點1.采用二分增長的方法來快速搜索擁塞避免階段的最佳發(fā)送窗口，代替TCPW算 法中原有的線性增長。本發(fā)明用最大窗口值maxw和最小窗口值minw來控制擁塞窗口 cwnd 的大小，定義目標窗口 tarw為tarw = (maxw+minw)/2，用來作為下一個RTT后的擁塞窗口 的值；dist為目標窗口和當前窗口的差值；閾值smax用來限制初始時窗口增長過大。當 dist > smax時，即認為目標窗口與擁塞窗口的差值過大，則在下一個RTT后，將擁塞窗口 增加smax，即cwnd+ = smax ；當dist < smax時，在一個RTT之后將擁塞窗口增加dist，即 cwnd+ = dist。如果未發(fā)生丟包時，令cwnd = tarw，并將最小窗口值更新為此時的窗口大 小，然后使用公式tarw= (maxW+minW)/2重新更新目標窗口值。當發(fā)生丟包后，令丟包前 的窗口大小為新的最大窗口值，并將最小窗口值更新為丟包后的窗口大小，此窗口值在改 進TCPW算法中是通過帶寬估計值獲得的。同時使用公式tarw= (maxw+minw)/2更新目標 窗口值。重復此過程，直至最大窗口和最小窗口的差值小于一預設(shè)的閾值smin;2.采取一種預測方案區(qū)分鏈路擁塞或鏈路誤碼。計算鏈路中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的 個數(shù)paCketS_in_f light，然后與當前擁塞窗口 cwnd進行比較，如果大于當前擁塞窗口，則 認為丟包是擁塞造成的，從而進入擁塞控制階段；否則，則認為是誤碼等原因造成的丟包， 將窗口、慢啟動門限值保持不變，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)分組。消除衛(wèi)星網(wǎng)絡的無線鏈路高誤碼所引 起的擁塞窗口錯誤變化；3.采用SACK選擇性確認機制。在丟包時盡可能只重傳丟棄的分組，減小了 TCPW 算法在高誤碼率下發(fā)送的一次窗口數(shù)據(jù)出現(xiàn)多個分組丟棄的可能性，提高網(wǎng)絡的利用率。
二、方法流程現(xiàn)有標準的地面TCP協(xié)議采用三次握手方式建立連接，其核心擁塞控制機制一般 采用四種算法實現(xiàn)①慢啟動(Slow-start)慢啟動為發(fā)送方的TCP增加了擁塞窗口 (congestionwindow)，記為cwnd。當TCP連接建立時，擁塞窗口被初始化為1個報文段，每 返回一個ACK，擁塞窗口 cwnd加l(Cwnd以字節(jié)為單位，但是這里以報文段大小為單位進行 增加)。發(fā)送方開始時發(fā)送一個報文段，然后等待ACK。當收到該ACK時，擁塞窗口從1增 加到2，即可以發(fā)送兩個報文段。當收到這兩個報文段的ACK時，擁塞窗口就增加為4。就 這樣呈指數(shù)增加，從1迅速增加到慢啟動門限。②擁塞避免(Congestion avoidance)當擁塞窗口 cwnd大于慢啟動門限 ssthresh后，就采用擁塞避免機制，預防可能發(fā)生的擁塞。此時擁塞窗口增長緩慢，要求每 次收到一個ACK確認時將cwnd增加1/cwnd，即在每個往返時間RTT內(nèi)cwnd窗口線性增加 1，這是一種加性增長(additive increase) 0慢啟動和擁塞避免過程如圖1所示。③快速重傳(Fast retransmit)收到3個相同的ACK，判定數(shù)據(jù)分組丟失，這時進 行快速重傳，把ssthresh設(shè)置為cwnd的一半，再把cwnd設(shè)置為ssthresh的值，重新進入 擁塞避免階段。④快速恢復(Fast recover)當收到3個重復ACK時，把ssthresh設(shè)置為cwnd的 一半，把cwnd設(shè)置為ssthresh的值加3，然后重傳丟失的報文段，再收到重復的ACK時，擁 塞窗口增加1。當收到新的數(shù)據(jù)包的ACK時，把cwnd設(shè)置為之前的ssthresh的值，再次進 入擁塞避免狀態(tài)。對于每一個TCP連接包括接收窗口 rwnd，擁塞窗口 cwnd以及慢啟動門限 ssthresh，其中接收窗口是接收端的流量控制，而擁塞窗口則是源于發(fā)送端的流量控制。一 般都認為擁塞窗口大于接收窗口，即網(wǎng)絡的擁塞限制發(fā)送窗口的大小。根據(jù)擁塞窗口增長 的模式不同，整個TCP連接可以劃分為慢啟動和擁塞避免兩個階段。網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，當發(fā) 送端連續(xù)收到三個以上重復ACK確認信號則認為對應分組丟失，此時啟動快速重傳機制， 發(fā)送端不等重傳定時器超時，直接重新傳送該分組。而快速恢復機制將cwnd和ssthresh都 減少一半。在成功重傳丟失的數(shù)據(jù)段后，進入到擁塞避免階段。若出現(xiàn)多個數(shù)據(jù)丟失，cwnd 和ssthresh會重復減半。其避免了擁塞窗口重新從1開始所導致的長時間慢啟動階段。TCPW算法中，在檢測到分組丟失后，根據(jù)帶寬估計來確定新的窗口門限值，不像 Reno那樣盲目降低窗口，消除了高誤碼率的影響，所以在誤碼較多的衛(wèi)星鏈路中TCPW能夠 獲得較好的性能。雖然TCPW能夠較好處理高誤碼率的影響，但是在長時延的環(huán)境中，表現(xiàn) 較差。實驗表明，隨著時延的增加，TCPW的吞吐量迅速下降，波動幅度加大，在時延較小時， 發(fā)生丟包后，TCPW通過處理可以及時調(diào)整窗口值來提高吞吐量，但是隨著時延的增大，往返 時延RTT的測量精度下降，導致性能下降。在慢啟動和擁塞避免階段仍然采用Reno的標準窗口增加機制，但是這種機制沒 有考慮網(wǎng)絡的實際可用帶寬，沒有區(qū)分分組丟失原因，比較盲目。本發(fā)明基于TCPW算法提 出的TCPW-BS⑶算法克服了以上缺點，使之能夠較好的應用于衛(wèi)星網(wǎng)絡中，提高了傳輸性 能。本發(fā)明的具體方法流程如下
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步驟1)建立連接，進入監(jiān)聽狀態(tài)，等待發(fā)送端的連接請求，地面網(wǎng)絡的發(fā)送端發(fā) 出TCP連接請求，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡鏈路的傳輸?shù)竭_接收端，根據(jù)三次握手的方式建立連接，
步驟2)傳輸數(shù)據(jù)，步驟2. 1)慢啟動，當TCP連接建立，擁塞窗口被初始化為1個報文段，每返回一個 石角認字符 ACK (ACKnowledge Character，)，擁塞窗口 cwnd (congestionwindow)力口 1，單位 是報文段；發(fā)送方開始時發(fā)送一個報文段，然后等待確認字符ACK確認，當收到該確認信號 時，擁塞窗口從1增加到2，即可以發(fā)送兩個報文段；當收到這兩個報文段的ACK確認時，擁 塞窗口就增加為4 ；就這樣呈指數(shù)增加，從1迅速增加到慢啟動門限，慢啟動階段的發(fā)送窗 口的增長速率與數(shù)據(jù)往返時間RTT呈反比關(guān)系，即RTT越長，發(fā)送速率增長越慢；步驟2. 2) 二分增長探測擁塞窗口，當擁塞窗口 cwnd大于慢啟動門限 ssthresh(slow start thresh,)時，采用二分增長的方法來快速搜索該階段的最佳發(fā)送窗 口，而不是TCPW算法(TCP Westwood的簡稱)中原有的線性增長；用最大窗口值maxw和最 小窗口值minw來控制擁塞窗口 cwnd的大小，定義目標窗口 tarw為tarw= (maxw+minw)/2, 用來作為下一個RTT后的擁塞窗口的值；定義dist為目標窗口和當前窗口的差值，定義閾 值smax用來限制初始時窗口增長過大，當dist > smax時，即認為目標窗口與擁塞窗口的 差值過大，則在下一個RTT后，將擁塞窗口增加smax，即cwnd+ = smax ；當dist < smax時， 在一個RTT之后將擁塞窗口增加dist，即cwnd+ = dist ；如果未發(fā)生丟包時，令cwnd = tarw，并將最小窗口值更新為此時的窗口大小，然后使用公式tarw = (maxw+minw)/2重新 更新目標窗口值；當發(fā)生丟包后，令丟包前的窗口大小為新的最大窗口值，并將最小窗口值 更新為丟包后的窗口大小，此窗口值在改進TCPW算法中是通過帶寬估計值獲得的；同時使 用公式tarw = (maxw+minw)/2更新目標窗口值；重復此過程，直至最大窗口和最小窗口的 差值小于一預設(shè)的閾值smin ；這種窗口增長比線性增長快，可以快速達到最佳的發(fā)送窗口值，提高傳輸效率；步驟2. 3)傳輸中，若發(fā)生timeout超時，根據(jù)體系結(jié)構(gòu)中講到的預測方案來判斷 是擁塞或誤碼造成超時，該預測方案就是計算鏈路中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的個數(shù)packet^ in_f light (當前傳輸鏈路中的數(shù)據(jù)包 packets_in_f light = snd_nxt-snd_una_left_out， 其中snd_nxt為發(fā)送端下一個要發(fā)送的數(shù)據(jù)包序號，sncLima為最早的還沒有被確認的數(shù) 據(jù)包序號，left_out為基于SACK (Selective Acknowledgment，選擇性確認)機制接收方通 告給發(fā)送方?jīng)]有收到的數(shù)據(jù)包數(shù))，然后與當前擁塞窗口 cwnd進行比較，若大于cwnd，則認 為是網(wǎng)絡擁塞造成的，否則認為是誤碼造成的，如果是擁塞造成超時，那么就重傳期望的數(shù) 據(jù)包，令 ssthresh = (BTO*RTTmin)/seg_size，其中 BTO 為 TCPWestwood 算法估計可用帶 寬，RTTmin為測得的最小RTT，seg_size為報文段的大??；cwnd = 1，然后重新回到慢啟動 階段，否則各參數(shù)保持不變，繼續(xù)傳輸接下來的數(shù)據(jù)包；步驟2. 4)若收到三個重復的ACK，表示數(shù)據(jù)包丟失，同樣根據(jù)本發(fā)明提出的預測 方案判斷是擁塞或誤碼導致的丟包，如果是誤碼造成的，保持參數(shù)不變，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包， 如果是擁塞造成丟包，則進入第4步快速重傳；步驟2. 5)快速重傳當發(fā)送端檢測到三個重復ACK時，令ssthresh = (BffE^RTTmin) /seg_size,如果 cwnd > ssthresh,則 cwnd = ssthresh,重傳丟失的數(shù)據(jù)包， 不需等到定時器超時，接下來進入第2步二分增長探測窗口階段，而不是慢啟動階段；
步驟3)拆除連接發(fā)送端發(fā)送連接結(jié)束數(shù)據(jù)包，等待對方的應答，當接收端收到 連接結(jié)束TCP數(shù)據(jù)包后，返回連接拆除確認應答數(shù)據(jù)包，拆除此次連接，進入到監(jiān)聽狀態(tài)， 發(fā)送端接收到拆除應答后，拆除連接。有益效果本發(fā)明提供了一種適合衛(wèi)星網(wǎng)絡的TCP傳輸 控制的新協(xié)議方法，主要 用于衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸中，以提高傳輸數(shù)據(jù)的效率，減少系統(tǒng)開銷和網(wǎng)絡延遲。下面我們給 出具體的說明。TCPW-BS⑶算法在TCP Westwood這種高速TCP擁塞控制算法的基礎(chǔ)上，采用了二 分增長的思想來快速搜索擁塞避免階段的最佳發(fā)送窗口，此外采取了一種計算鏈路中正在 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的個數(shù)，然后與當前擁塞窗口進行比較的方法區(qū)分鏈路擁塞和傳輸誤碼從而 有效解決了衛(wèi)星網(wǎng)絡的無線鏈路高誤碼所引起的擁塞窗口錯誤變化，可以較大幅度的提高 衛(wèi)星網(wǎng)絡傳輸吞吐量，減小了系統(tǒng)開銷。


圖ITCPW帶寬估計(BE)取樣尺寸，圖2TCPW算法慢啟動和擁塞避免原理示意圖，圖3TCPW-BS⑶算法的具體擁塞控制原理圖，圖4衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲圖。
具體實施例方式為了方便描述，我們假定有如下應用實例開發(fā)一個衛(wèi)星網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)，應用的基 本要求是減小衛(wèi)星網(wǎng)絡高誤碼率大時延等特性對傳輸?shù)挠绊?，提高傳輸?shù)據(jù)的吞吐量。實施方案(1)開發(fā)人員根據(jù)需求創(chuàng)建實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男l(wèi)星網(wǎng)絡，生成數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾€節(jié)占.
^ \\\ (2)開發(fā)人員把數(shù)據(jù)的傳輸分解成由網(wǎng)絡的各個功能層分別來完成；(3)開發(fā)人員根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡特點設(shè)計傳輸層的傳輸控制協(xié)議的算法；(4)開發(fā)人員把傳輸控制協(xié)議具體算法在傳輸系統(tǒng)的各個節(jié)點中實現(xiàn)。本發(fā)明的特點是其可以在開放源代碼的Linux操作系統(tǒng)中實現(xiàn)，在開放源代碼的 NS2網(wǎng)絡仿真軟件中仿真驗證，具體方法流程如下步驟(1)建立連接進入監(jiān)聽狀態(tài)，等待發(fā)送端的連接請求。地面網(wǎng)絡的發(fā)送端發(fā)出TCP連接請求，通 過衛(wèi)星網(wǎng)絡鏈路的傳輸?shù)竭_接收端，根據(jù)三次握手的方式建立連接。步驟⑵傳輸數(shù)據(jù)步驟(2.1)慢啟動(Slow-start)當TCP連接建立，擁塞窗口被初始化為1個報文段，每返回一個ACK確認信號，擁 塞窗口 cwnd加1 (cwnd以字節(jié)為單位，但是這里以報文段大小為單位進行增加)。發(fā)送方開 始時發(fā)送一個報文段，然后等待ACK確認。當收到該確認信號時，擁塞窗口從1增加到2，即 可以發(fā)送兩個報文段。當收到這兩個報文段的ACK確認時，擁塞窗口就增加為4。就這樣呈 指數(shù)增加，從1迅速增加到慢啟動門限。慢啟動階段的發(fā)送窗口的增長速率與數(shù)據(jù)往返時間(RTT)呈反比關(guān)系，即RTT越長，發(fā)送速率增長越慢。步驟(2. 2) 二分增長探測擁塞窗口當擁塞窗口 cwnd大于ssthresh時，采用二分增長的方法來快速搜索該階段的最佳發(fā)送窗口，而不是TCPW算法中原有的線性增長。用最大窗口值maxw和最小窗口值minw 來控制擁塞窗口 cwnd的大小，定義目標窗口 tarw為tarw= (maxw+minw)/2，用來作為下一 個RTT后的擁塞窗口的值。定義dist為目標窗口和當前窗口的差值，定義閾值smax用來 限制初始時窗口增長過大，當dist > smax時，即認為目標窗口與擁塞窗口的差值過大，則 在下一個RTT后，將擁塞窗口增加smax，即cwnd+ = smax ；當dist < smax時，在一個RTT 之后將擁塞窗口增加dist，即cwnd+ = dist。如果未發(fā)生丟包時，令cwnd = tarw，并將最 小窗口值更新為此時的窗口大小，然后使用公式tarw = (maxw+minw)Λ重新更新目標窗口 值。當發(fā)生丟包后，令丟包前的窗口大小為新的最大窗口值，并將最小窗口值更新為丟包后 的窗口大小，此窗口值在改進TCPW算法中是通過帶寬估計值獲得的。同時使用公式tarw =(maxw+minw)/2更新目標窗口值。重復此過程，直至最大窗口和最小窗口的差值小于一 預設(shè)的閾值smin ；這種窗口增長比線性增長快，可以快速達到最佳的發(fā)送窗口值，提高傳輸效率。步驟(2.3)傳輸中，若發(fā)生timeout超時，根據(jù)本發(fā)明提出的預測方案來判斷是 擁塞或誤碼造成超時，計算鏈路中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的個數(shù)paCketS_in_flight，packet、 in_f light = snd_nxt-snd_una-left_out，然后與當前擁塞窗口 cwnd進行比較，若大于 cwnd，則認為是網(wǎng)絡擁塞造成的，否則認為是誤碼造成的，如果是擁塞造成超時，那么就重 傳期望的數(shù)據(jù)包，令 ssthresh = (BWE*RTTmin)/seg_size (而不是 cwnd/2，BffE 為 TCPW 算 法估計可用帶寬)，cwnd = 1，然后重新回到慢啟動階段，否則各參數(shù)保持不變，繼續(xù)傳輸接 下來的數(shù)據(jù)包。步驟(2. 4)若收到三個重復的ACK，表示數(shù)據(jù)包丟失，同樣根據(jù)本發(fā)明提出的預測 方案判斷是擁塞或誤碼導致的丟包，如果是誤碼造成的，保持參數(shù)不變，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包， 如果是擁塞造成丟包，則進入第4步快速重傳。步驟(2. 5)快速重傳，當發(fā)送端檢測到三個重復ACK時，令ssthresh = (BffE^RTTmin) /seg_size (而不是 ssthresh = cwnd/2),如果 cwnd > ssthresh,貝cwnd = ssthresh,重傳丟失的數(shù)據(jù)包，不需等到定時器超時，接下來進入第2步二分增長探測窗口 階段，而不是慢啟動階段。步驟(3)拆除連接發(fā)送端發(fā)送連接結(jié)束數(shù)據(jù)包，等待對方的應答，當接收端收到連接結(jié)束TCP數(shù)據(jù) 包后，返回連接拆除確認應答數(shù)據(jù)包，拆除此次連接，進入到監(jiān)聽狀態(tài)，發(fā)送端接收到拆除 應答后，拆除連接。
權(quán)利要求
一種用于衛(wèi)星網(wǎng)絡的傳輸控制協(xié)議方法，其特征在于該傳輸控制方法的具體方法流程如下步驟1)建立連接，進入監(jiān)聽狀態(tài)，等待發(fā)送端的連接請求，地面網(wǎng)絡的發(fā)送端發(fā)出TCP連接請求，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡鏈路的傳輸?shù)竭_接收端，根據(jù)三次握手的方式建立連接，步驟2)傳輸數(shù)據(jù)，步驟2.1)慢啟動，當TCP連接建立，擁塞窗口被初始化為1個報文段，每返回一個確認字符ACK，擁塞窗口cwnd加1，單位是報文段；發(fā)送方開始時發(fā)送一個報文段，然后等待確認字符ACK確認，當收到該確認信號時，擁塞窗口從1增加到2，即可以發(fā)送兩個報文段；當收到這兩個報文段的ACK確認時，擁塞窗口就增加為4；就這樣呈指數(shù)增加，從1迅速增加到慢啟動門限，慢啟動階段的發(fā)送窗口的增長速率與數(shù)據(jù)往返時間RTT呈反比關(guān)系，即RTT越長，發(fā)送速率增長越慢；步驟2.2)二分增長探測擁塞窗口，當擁塞窗口cwnd大于慢啟動門限ssthresh時，采用二分增長的方法來快速搜索該階段的最佳發(fā)送窗口，用最大窗口值maxw和最小窗口值minw來控制擁塞窗口cwnd的大小，定義目標窗口tarw為tarw＝(maxw+minw)/2，用來作為下一個RTT后的擁塞窗口的值；定義dist為目標窗口和當前窗口的差值，定義閾值smax用來限制初始時窗口增長過大，當dist＞smax時，即認為目標窗口與擁塞窗口的差值過大，則在下一個RTT后，將擁塞窗口增加smax，即cwnd+＝smax；當dist＜smax時，在一個RTT之后將擁塞窗口增加dist，即cwnd+＝dist；如果未發(fā)生丟包時，令cwnd＝tarw，并將最小窗口值更新為此時的窗口大小，然后使用公式tarw＝(maxw+minw)/2重新更新目標窗口值；當發(fā)生丟包后，令丟包前的窗口大小為新的最大窗口值，并將最小窗口值更新為丟包后的窗口大小，此窗口值在改進TCPW算法中是通過帶寬估計值獲得的；同時使用公式tarw＝(maxw+minw)/2更新目標窗口值；重復此過程，直至最大窗口和最小窗口的差值小于一預設(shè)的閾值smin；步驟2.3)傳輸中，若發(fā)生timeout超時，根據(jù)體系結(jié)構(gòu)中講到的預測方案來判斷是擁塞或誤碼造成超時，該預測方案就是計算鏈路中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的個數(shù)，然后與當前擁塞窗口cwnd進行比較，若大于cwnd，則認為是網(wǎng)絡擁塞造成的，否則認為是誤碼造成的，如果是擁塞造成超時，那么就重傳期望的數(shù)據(jù)包，令ssthresh＝(BWE*RTTmin)/seg_size，其中BWE為TCP Westwood算法估計可用帶寬，RTTmin為測得的最小RTT，seg_size為報文段的大??；cwnd＝1，然后重新回到慢啟動階段，否則各參數(shù)保持不變，繼續(xù)傳輸接下來的數(shù)據(jù)包；步驟2.4)若收到三個重復的ACK，表示數(shù)據(jù)包丟失，同樣根據(jù)本發(fā)明提出的預測方案判斷是擁塞或誤碼導致的丟包，如果是誤碼造成的，保持參數(shù)不變，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包，如果是擁塞造成丟包，則進入第4步快速重傳；步驟2.5)快速重傳當發(fā)送端檢測到三個重復ACK時，令ssthresh＝(BWE*RTTmin)/seg_size，如果cwnd＞ssthresh，則cwnd＝ssthresh，重傳丟失的數(shù)據(jù)包，不需等到定時器超時，接下來進入第2步二分增長探測窗口階段，而不是慢啟動階段；步驟3)拆除連接發(fā)送端發(fā)送連接結(jié)束數(shù)據(jù)包，等待對方的應答，當接收端收到連接結(jié)束TCP數(shù)據(jù)包后，返回連接拆除確認應答數(shù)據(jù)包，拆除此次連接，進入到監(jiān)聽狀態(tài)，發(fā)送端接收到拆除應答后，拆除連接。
全文摘要
一種用于衛(wèi)星網(wǎng)絡的傳輸控制協(xié)議方法是一種在衛(wèi)星網(wǎng)絡傳輸層中進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品椒?，用來在網(wǎng)絡中進行傳輸?shù)牧髁靠刂坪筒铄e控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，該方法主要針對擁塞控制中的擁塞避免進行改進，用二分增長來探測最佳發(fā)送窗口，然后通過計算當前網(wǎng)絡中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個數(shù)這種預測方法來進行擁塞誤碼的區(qū)分，從而有效地解決了高誤碼率的問題。同時采用了SACK選擇性確認機制，丟包時盡可能只重傳丟棄的分組，減小了高誤碼率下發(fā)送的一次窗口數(shù)據(jù)出現(xiàn)多個分組丟棄的可能性，提高了網(wǎng)絡利用率。本發(fā)明用在高誤碼率大時延的衛(wèi)星網(wǎng)絡中，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。
文檔編號H04W80/06GK101854738SQ201010179728
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者葉曉國, 孫力娟, 王汝傳, 肖甫, 謝銳, 郭劍, 黃海平 申請人:南京郵電大學