[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

本發明公開了一種針對空間數據通信的擁塞控制算法，通過狀態機的方式將擁塞控制過程分成四個狀態：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，針對擁塞控制過程的不同狀態，進行可變窗口設計；針對快速恢復階段，提出快速恢復曲線。本發明能夠改善傳統TCP慢啟動的過程對于傳輸速率的影響，克服了丟包后恢復窗口慢恢復的缺點，算法在傳輸過程中維護了大的發送窗口，能有效提升衛星鏈路的帶寬的利用率和數據傳輸的實時性，改善通信性能。

技術領域

本發明涉及網絡技術領域，特別是指一種針對空間數據通信的擁塞控制算法。

背景技術

近年來，國內自然災害頻發，為了提高電力通信網絡抵御自然災害的能力，滿足災害及突發事件情況下的通信需求，應急通信應運而生。應急通信主要用于電力光纜受到嚴重破壞時的電力調度業務。在各類應急通信方式中，電力衛星應急通信具有其它通信方式無法比擬的靈活、穩定、抗災能力強等優勢，已經逐漸成為通信技術的重要發展方向。

然而在衛星鏈路中使用傳統的傳輸控制協議(Transmission Control Protocol，TCP)時，衛星鏈路固有的長時延、高誤碼、高時延帶寬積等缺陷，會導致TCP協議的通信性能嚴重下降，數據傳輸實時性較差：

一方面，在傳統TCP協議的慢開始階段，TCP的擁塞窗口(congestion window，cwnd)會根據鏈路的往返時延(Round-Trip Time，RTT)周期性的倍增，直至達到慢開始門限后進入擁塞避免狀態。然而衛星鏈路中的RTT很大，使得cwnd倍增的速度大幅降低，TCP協議需要在慢開始階段滯留較長時間后，才能進入擁塞避免狀態；

另一方面，衛星鏈路的高誤碼率會使得網絡的丟包率顯著提高，而傳統的TCP協議對于丟包的處理方式是將cwnd設置為最小且回退到慢開始狀態，導致TCP協議很可能在鏈路帶寬利用率并不高的情況下大幅縮小發送窗口。

綜上所述，在衛星鏈路中使用傳統TCP協議會造成帶寬資源的極大浪費，從而導致通信性能的嚴重下降。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種針對空間數據通信的擁塞控制算法，通過狀態機的方式將擁塞控制過程分成四個階段：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，同時在傳輸過程中維護了較高的發送窗口。

本實施例中，通過在發送方加入擴張計時器和等待計時器，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；

所述窗口滑動變化，指接收方接收到數據后，會返回一個ACK報文通過確認號告訴發送方已經完全接收上一輪發送的數據，可以發送下一輪數據。由于TCP協議需要維護可靠傳輸，已發送的數據需要保存在發送窗口中，直到被接收方確認收到后才從發送窗口清除，即窗口滑動。

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cwnd計算時延帶寬積(Bandwidth-Delay Product，BDP)，對照標準時延帶寬積來增大或減小窗口擴張因子。

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。

附圖說明