[發明專利]一種針對空間數據通信的擁塞控制算法

在審

• 申請號: 201810787946.5
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN110740098A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 孫嚴智;崔晨;羅海林;白勇;范新東;張軍偉;馬瑞強;馬文鳳;吳怡;劉旋;溫泉
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種針對空間數據通信的擁塞控制算法，通過設計狀態機，將擁塞控制過程分成不同于傳統TCP協議的四個狀態：快速啟動階段、擁塞避免階段、狀態穩定階段和快速恢復階段。算法采用擴張計時器和等待計時器的雙計時模式，通過設計不同階段的窗口變化，克服了傳統TCP慢啟動的缺點，克服了丟包后恢復窗口需再次慢開始的缺點，以及在傳輸過程中維護了大的發送窗口。

2.根據權利要求1所述的針對空間數據通信的擁塞控制算法，其特征在于，通過在發送方加入兩個計時器，每個計時器內統計發送窗口的滑動情況，設計計時器與窗口滑動關系探測網絡鏈路情況，并設計窗口擴張因子α。

3.根據權利要求2所述的針對空間數據通信的擁塞控制算法，其特征在于，所述計時器分為擴張計時器TimeStamp1和等待計時器TimeStamp2，其中等待計時器設置為1個RTT的時長，用于檢測在單個RTT內數據是否能夠被完全接收；擴張計時器設置為1/N個RTT的時長(N為整數，取值視具體鏈路類型而定)，用于將RTT分解成多個細小的發送輪次，增加發送速率。同時根據RTT與擁塞窗口cwnd計算時延帶寬積(Bandwidth-Delay Product，BDP)，對照標準時延帶寬積來判斷窗口擴張因子的增大或減小。

4.根據權利要求2所述的針對空間數據通信的擁塞控制算法，其特征在于，所述窗口滑動因子α為本實施例中擁塞控制的關鍵參數，通過窗口滑動因子動態調整發送窗口大小，實現空間數據傳輸的性能提升。窗口滑動因子α在本方案的不同階段具有不同的計算方式，后續實施例對此具體說明。

5.根據權利要求3所述的針對空間數據通信的擁塞控制算法，其特征在于，所述快速啟動階段，首先發送方和接收方進行三次握手獲得RTT值，此時設置TimeStamp1為RTT，設置TimeStamp2為1/N個RTT。在發送報文開始時，初始的擁塞窗口cwnd為1，最大發送窗口門限為max_cwnd，初始的窗口擴張因子α為1。發送方以TimeStamp2為周期發送數據，且每輪擁塞窗口增加為上一次的α倍。當一個TimeStamp1內發送的數據全部確認接收以后，根據窗口滑動情況重新記錄RTT，并更新TimeStamp1，根據TimeStamp1和cwnd計算當前的BDP值，具體計算公式如下：

BDP＝Timestamp1×cwnd (1)

MAX_BDP＝Timestamp1×max_cwnd (2)

若此時的BDP小于或等于鏈路可承載的最大時延帶寬積MAX_BDP，則擴張因子α擴大為原來的2倍；若測試的BDP大于MAX_BDP，則快速啟動已經后窗口已經占滿了帶寬資源，可能會產生擁堵，因此進入擁塞避免階段。

6.根據權利要求5所述的針對空間數據通信的擁塞控制算法，其特征在于，所述擁塞避免階段，由于快速啟動階段的擁塞窗口增長非常快，可以較早地到達傳統TCP中的擁塞避免狀態。當本輪BDP大于MAX_BDP時，此時網絡可能已經超載，判斷進入擁塞避免階段。設置α為α₀(一個略小于1的數，具體取值視網絡狀況而定)，繼續比較每輪的BDP與MAX_BDP，直至BDP小于MAX_BDP，則進入狀態穩定階段。

7.根據權利要求6所述的針對空間數據通信的擁塞控制算法，其特征在于，所述狀態穩定階段，是保證網絡不丟包的同時能夠維護較高發送窗口的階段。擁塞避免完成以后，網絡仍有較小的帶寬資源可以利用，但若持續占用所有管道則會使網絡發生擁堵，因此設置狀態穩定集合A＝{α1，α2，α3}，在每個TimeStamp2內，快速擴張因子從狀態穩定集合中隨機選取一個值，進行擁塞控制窗口的調整。