[发明专利]面向卫星网络的传输控制机制改进方法

说明书

技术领域

本发明是一种面向卫星网络中传输层协议的性能解决方案。主要用于提高TCP-Vegas协议在卫星网络中的性能，属于卫星网络传输层拥塞控制的技术领域。

背景技术

随着互联网技术的迅速发展，人们对网络的要求越来越高，需要更广的网络覆盖范围、更快的网络接入速度和更大的网络带宽，而卫星通信技术具有覆盖面积广、通信费用与距离无关、不受地面自然灾害影响等固有的优点，使得基于卫星网络的互联网技术成为今后通信领域的研究热点。但是由于卫星网络所具有的大传输时延、高链路误码率、链路不对称性等与地面网络相异的特点，使得基于地面网络的TCP协议并不能很好的应用于卫星网络中。因此，如何进行合理的拥塞控制，提高TCP协议在卫星网络中的应用性能将成为卫星通信领域重要的研究课题。

拥塞是指在要求网络传输的分级数量开始接近网络的分组处理能力时，通信网络不能很好满足用户的网络通信服务需要。拥塞表现为分组丢失和分组传输往返时间太长。拥塞控制就是采取一定的策略，将网络中的分组维持在一定的水平，尽可能保持最高吞吐量。1994年，Brakmo提出了TCP-Vegas算法，TCP-Vegas是一种通过检测网络流量来避免拥塞的控制机制。它主要从3个方面对TCP拥塞控制的基本机制进行改进：拥塞避免、快速重传和慢启动。Vegas的慢启动机制采用一种更为谨慎的方法来增加窗口的大小，每收到两个分组确认后cwnd的值加1，从而减少最初过程中报文的丢失。Vegas的快速重传机制在接收到第1个重复确认后可以检测到报文是否超时，不需要等待3个重复的ACK后才做出反应。Vegas拥塞避免机制与TCP基本机制不同，每收到1个ACK后，Vegas通过检测预期吞吐量与实际吞吐量的差值，预测拥塞的发生，其基本思想是由源端估计路径上缓存区里该源的包的数量d，并通过调节窗口大小使这个数量值d保持在α与β之间，一般取α＝1，β＝3。若d值较小，认为网络没有发生拥塞；若d值较大，则网络很有可能出现拥塞。定义expected rate＝cwnd/BaseRTT，actual rate＝cwnd/RTT，d＝(expected rate-actual rate)*BaseRTT。其中，cwnd为当前拥塞窗口的大小，BaseRTT是该连接上最小的一次往返时延记录，而RTT是当前测得的往返时延值。Vegas调整拥塞窗口的算法可描述如下：若d＜α，则cwnd＝cwnd+1；若d＞β，则cwnd＝cwnd-1；若α≤d≤β，则cwnd＝cwnd。Vegas期望达到的目标就是保持一个窗口的数据中有α到β个数据包，并使得它们处于拥塞路由器的缓冲区内。因为vegas算法能够较为准确的估测网络带宽，所以它可以最大限度利用系统资源而不导致网络拥塞。

Brakmo指出，Vegas相对于Reno能多获得37％到71％的吞吐量，减少20％到50％的丢包率。Vegas算法的触发只与RTT的改变有关，而与包的具体传输时延无关。这主要是因为Vegas采用期望速率与实际速率之间的差值去估算可用网络带宽和网络拥塞程度，并调整发送端窗口大小与之相适应，这样可以较好地预测带宽使用情况。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种卫星网络中基于TCP-Vegas的拥塞控制方案，解决卫星网络中TCP-Vegas默认参数值α与β不能随网络的情况的变化自适应调整，从而提高卫星网络中TCP-Vegas协议的性能。

技术方案：本方法是一种策略性的方法，基于卫星网络的环境，通过自适应性的方法和策略，改进TCP-Vegas的拥塞控制算法，对网络的瞬时吞吐量变化情况进行考虑，使α和β值可以自动调整，能更好的改善拥塞控制机制，自动适应网络状况的变化.算法的改进表现在拥塞避免阶段。

Brakmo提出了TCP-Vegas算法，指出TCP-Vegas相对于TCP-Reno能多获得37％到71％的吞吐量，减少20％到50％的丢包率，当路由器有足够的缓存时，Vegas能获的更大的吞吐量和快速的反应时间。Vegas还有重要的一点是它只是更有效的利用现有的网络资源，而对使用其它算法的TCP连接的影响不大。vegas对Reno做了主要三个方面的改进，分别是快速重传机制、拥塞避免阶段和慢启动阶段。对这三个方面改进具体情况如下。