[發明專利]一種基于衛星網絡狀態進行自適應調節的通信方法

有效

• 申請號: 201811536441.8
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109286640B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 司鵬搏;郝國超;劉雯琪;于航;吳文君;張延華
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04B7/185
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于衛星網絡狀態進行自適應調節的通信方法，本發明的系統收到用戶的通信申請，系統同意請求后開始通信；通過獲取通信衛星品質因數、通信帶寬和用戶發送功率以及通信鏈路長度和此次的傳輸波長等參數判斷當前網絡通信狀態，將各個參數帶入公式中進行計算，得到初始發送速率，并以此完成通信連接等操作；系統自適應調整環節，每完成k次數據包的傳輸，就重新計算丟包間隔C_i′并生成新的數據發送率X；本次通信結束。本方法可以根據網絡實時狀態做出自適應調整，方程式中的主要參數不需要預估設定，便于動態變化適應實際通信環境，更加靈活；相比于其他傳輸控制協議，本方法具有更好的適應性，以及更高的網絡效率。

技術領域

本發明屬于無線網絡通信技術領域，涉及一種衛星網絡中多媒體業務傳輸控制協議，該方法適用于中軌道衛星網絡流媒體業務傳輸。

背景技術

隨著時代的發展，人們對于互聯網多媒體業務的需求逐漸增強，如IP電話、視頻點播、視頻會議、遠程教育等流媒體應用借助無線網絡獲得了巨大的發展，其中衛星網絡通信方式更是未來的發展方向。衛星網絡具有部署靈活，覆蓋范圍大等優勢，為許多沒有有線網絡基礎設施的地區提供了互聯網接入服務。傳輸控制協議(transmission controlprotocol，TCP)是網絡中一種主要的數據傳輸協議，但因為TCP是面向連接的協議，無法保證業務的實時性要求，其在多媒體數據方面傳輸效率較低。而面向非連接的UDP協議在傳輸多媒體數據業務時又會不公平地占有大量帶寬，大大抑制了其它TCP流的吞吐率，并會加重整個網絡的擁塞情況，最終導致網絡的崩潰因此，互聯網工程工作組(IETF)提出了一種基于速率的傳輸協議——TCP友好速率控制協議(TCP friendly rate control，TFRC)來傳輸多媒體業務數據。TFRC根據TCP吞吐量方程計算發送速率，并提供平穩的數據流通信，該協議對TCP和UDP兩種數據流都保持了較高的友好性，其性能已經在有線IP網中得到了廣泛的認同。然而TFRC協議在無線網絡中的性能較差，因為無線網絡本身的高誤碼率造成的丟包與路由器隊列擁塞造成的丟包并存，而接收端則將丟包全部歸咎為網絡擁塞造成，使系統不能準確地發現網絡中的擁塞情況，從而盲目的減小數據流的發送速率，造成網絡性能的下降。

目前國內外對于TFRC的擴展改進主要如下：1)TFRC wireless：將LDA算法(LossDifferentiationAlgorithm)加入到TFRC協議中。協議通過LDA算法可以對丟失的數據包進行區分，只考慮網絡擁塞丟包而忽略無線損失丟包，目前的LDA算法主要有Biaz、Spike和ZigZag等，這些算法都是根據延時抖動來判斷數據包的丟失類型，即通過數據包在鏈路中的相對單程時間(ROTT)進行丟包分類。但是它們都需要人為設定相應的判斷閾值，該閾值不能適應無線網絡中時刻變化的環境，如傳輸距離等，且在某些特定情況下可能會遇到較高的誤分類率。2)MULTFRC：該算法的核心思想是在同一條鏈路上創建多個TFRC連接，用以彌補單個連接的鏈路利用率不足的缺陷。該算法是一種端到端的機制改進，不需要對網絡硬件設備進行任何修改。但是該算法需要較多資源來控制連接，發送端的數據分割和接收端的數據重組也增加了系統資源開銷，綜合性價比不高。3)MBTFRC：基于測量的TFRC(Measurement-based TFRC，MBTFRC)3)MBTFRC:基于測量的TFRC(Measurement-basedTFRC，MBTFRC)在接收端使用無源帶寬測量來調節數據發送速率，提高TFRC協議性能。該算法使用基于窗口的指數加權移動平均值(WEWMA)來調整速率，具備一定的靈活性和系統穩定性。但是該算法需要設定兩個權重值，且不區分網絡丟包的類型，也不考慮長時間的傳播延遲，不適合衛星網絡環境。

以上三種算法為目前TFRC在無線網絡環境中的主要改進方式。但是這些擴展方式比較固定，權重、閾值需要預估設定，且不便于頻繁更改，而無線網絡環境又是時刻處于動態變化的，尤其是衛星網絡環境，由于所處地區的天氣和通信距離的影響，鏈路狀態時好時壞，不能一概而論。