[發明專利]面向衛星網絡的傳輸控制機制改進方法

有效

• 申請號: 201210035780.4
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102594434A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 肖甫;胡婷;孫力娟;王汝傳;葉曉國;鄒志強;劉林峰;李鵬;郭劍
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L12/56;H04L29/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種面向衛星網絡中傳輸層協議的性能解決方案。主要用于提高TCP-Vegas協議在衛星網絡中的性能，屬于衛星網絡傳輸層擁塞控制的技術領域。

背景技術

隨著互聯網技術的迅速發展，人們對網絡的要求越來越高，需要更廣的網絡覆蓋范圍、更快的網絡接入速度和更大的網絡帶寬，而衛星通信技術具有覆蓋面積廣、通信費用與距離無關、不受地面自然災害影響等固有的優點，使得基于衛星網絡的互聯網技術成為今后通信領域的研究熱點。但是由于衛星網絡所具有的大傳輸時延、高鏈路誤碼率、鏈路不對稱性等與地面網絡相異的特點，使得基于地面網絡的TCP協議并不能很好的應用于衛星網絡中。因此，如何進行合理的擁塞控制，提高TCP協議在衛星網絡中的應用性能將成為衛星通信領域重要的研究課題。

擁塞是指在要求網絡傳輸的分級數量開始接近網絡的分組處理能力時，通信網絡不能很好滿足用戶的網絡通信服務需要。擁塞表現為分組丟失和分組傳輸往返時間太長。擁塞控制就是采取一定的策略，將網絡中的分組維持在一定的水平，盡可能保持最高吞吐量。1994年，Brakmo提出了TCP-Vegas算法，TCP-Vegas是一種通過檢測網絡流量來避免擁塞的控制機制。它主要從3個方面對TCP擁塞控制的基本機制進行改進：擁塞避免、快速重傳和慢啟動。Vegas的慢啟動機制采用一種更為謹慎的方法來增加窗口的大小，每收到兩個分組確認后cwnd的值加1，從而減少最初過程中報文的丟失。Vegas的快速重傳機制在接收到第1個重復確認后可以檢測到報文是否超時，不需要等待3個重復的ACK后才做出反應。Vegas擁塞避免機制與TCP基本機制不同，每收到1個ACK后，Vegas通過檢測預期吞吐量與實際吞吐量的差值，預測擁塞的發生，其基本思想是由源端估計路徑上緩存區里該源的包的數量d，并通過調節窗口大小使這個數量值d保持在α與β之間，一般取α＝1，β＝3。若d值較小，認為網絡沒有發生擁塞；若d值較大，則網絡很有可能出現擁塞。定義expected?rate＝cwnd/BaseRTT，actual?rate＝cwnd/RTT，d＝(expected?rate-actual?rate)*BaseRTT。其中，cwnd為當前擁塞窗口的大小，BaseRTT是該連接上最小的一次往返時延記錄，而RTT是當前測得的往返時延值。Vegas調整擁塞窗口的算法可描述如下：若d＜α，則cwnd＝cwnd+1；若d＞β，則cwnd＝cwnd-1；若α≤d≤β，則cwnd＝cwnd。Vegas期望達到的目標就是保持一個窗口的數據中有α到β個數據包，并使得它們處于擁塞路由器的緩沖區內。因為vegas算法能夠較為準確的估測網絡帶寬，所以它可以最大限度利用系統資源而不導致網絡擁塞。

Brakmo指出，Vegas相對于Reno能多獲得37％到71％的吞吐量，減少20％到50％的丟包率。Vegas算法的觸發只與RTT的改變有關，而與包的具體傳輸時延無關。這主要是因為Vegas采用期望速率與實際速率之間的差值去估算可用網絡帶寬和網絡擁塞程度，并調整發送端窗口大小與之相適應，這樣可以較好地預測帶寬使用情況。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種衛星網絡中基于TCP-Vegas的擁塞控制方案，解決衛星網絡中TCP-Vegas默認參數值α與β不能隨網絡的情況的變化自適應調整，從而提高衛星網絡中TCP-Vegas協議的性能。

技術方案：本方法是一種策略性的方法，基于衛星網絡的環境，通過自適應性的方法和策略，改進TCP-Vegas的擁塞控制算法，對網絡的瞬時吞吐量變化情況進行考慮，使α和β值可以自動調整，能更好的改善擁塞控制機制，自動適應網絡狀況的變化.算法的改進表現在擁塞避免階段。

Brakmo提出了TCP-Vegas算法，指出TCP-Vegas相對于TCP-Reno能多獲得37％到71％的吞吐量，減少20％到50％的丟包率，當路由器有足夠的緩存時，Vegas能獲的更大的吞吐量和快速的反應時間。Vegas還有重要的一點是它只是更有效的利用現有的網絡資源，而對使用其它算法的TCP連接的影響不大。vegas對Reno做了主要三個方面的改進，分別是快速重傳機制、擁塞避免階段和慢啟動階段。對這三個方面改進具體情況如下。