基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法。首先通信双方开启时间戳和显示拥塞通告，并以计时器是否超时作为临界点判断链路的正反向拥塞，然后以在计时器的设定范围内有没有收到接收方发送的数据包为依据，判定链路拥塞状态并进行不同的处理，针对反向链路拥塞，计算反向排队时延来优化Vegas算法拥塞控制机制中的实际链路吞吐量，实现对反向链路拥塞的调节。本发明专利技术通过区分链路发生拥塞时的位置和状态即拥塞程度，对正向和反向拥塞采取不同的处理机制，预防并控制拥塞的发生，在通信网络环境恶劣时，排除了反向确认包拥塞对正向传输效率的影响，提高了链路吞吐量和对带宽资源的利用率。资源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法


[0001]本专利技术属于空间网络数据通信
，具体涉及一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法。

技术介绍

[0002]卫星通信就是把卫星作为中继，处理由地球空间站发送来的微波信号，作为中继站的通信卫星被要求固定在地球上空的某一位置，与地球以相同的方向和周期运行，故通信卫星也叫地球同步卫星。一颗地球同步卫星发射的微波信号能覆盖地球面积最大约40％，这样等间隔分布最多三颗卫星沿着地球同步轨道运行即可实现全球通信。可见卫星网络覆盖范围广，不受任何地形限制，通信容量大，适合远距离传输，所以越来越受欢迎，也逐渐成为一种趋势。但卫星网络此类特点，也带来了距离远、时延长、带宽不对称、超高误码率等问题，使得在通信过程中极易发生丢包和拥塞。传统的地面传输协议无法准确区分时延变化和导致链路吞吐量及带宽利用率下降的原因，不能做出合理且及时的调整，所以优化相关协议以改善卫星通信的现状不言而喻。
[0003]随着科技的迅速发展和技术的不断进步以及越来越高的信息满意度要求，传统通信网络的研究及规模已经不足以满足目标群体用户，卫星通信技术的研究迫在眉睫。
[0004]由于空间无线网络和地面有线网络的差异，目前广泛使用的地面传输协议TCP在卫星网络中未能产生很好的效果，空间数据系统咨询委员会(CCSDS)在TCP协议的基础上提出了适用于卫星网络且能够保持高效稳定数据传输的SCPS
‑
TP协议。在SCPS
‑
TP中使用Vegas进行拥塞控制，Vegas算法是一种基于时延反馈、以时延变化为依据的算法，但是考虑到卫星网络长延时、高误码率和带宽不对称的特点，Vegas算法对链路情况的判断就显得很单一，通过往返时延(Round Trip Time，RTT)的变化盲目改变拥塞窗口(congestion window，cwnd)，很大程度上降低了链路吞吐量，浪费了带宽资源。因此需要开发一种新的卫星链路拥塞控制方法有效提高卫星网络中的通信效率。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术提出一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法，包括：
[0006]通信双方开启时间戳和显示拥塞通告(Explicit Congestion Notification，ECN)，并以计时器是否超时作为临界点判断链路的正反向拥塞；具体表述为：
[0007]以在计时器的设定范围内有没有收到接收方发送的数据包为依据，判定链路拥塞状态并进行不同的处理，若有收到，就对正向链路拥塞情况进行判定；否则假定为反向链路拥塞，需要进一步确认。
[0008]当对正向链路拥塞情况进行判定时，统计连续收到的携带显示拥塞提醒回应(ECN
‑
echo,ECE)的确认包(Acknowledge character，ACK)数量，根据ACK的接收情况判断正向链路的拥塞程度，以调整拥塞窗口；包括：
[0009]1)若收到一个携带ECE的ACK，判定链路为轻度拥塞，在拥塞窗口cwnd小于阈值
ssthresh的情况下，将拥塞窗口调整为当前窗口的3/4倍，即cwnd＝3/4cwnd；
[0010]2)若收到连续两个携带ECE的ACK，判定链路为中度拥塞，在拥塞窗口cwnd小于阈值ssthresh的情况下，将拥塞窗口调整为当前窗口的1/2倍，即cwnd＝1/2cwnd；
[0011]3)若收到连续三个携带ECE的ACK，判定链路为重度拥塞，在拥塞窗口cwnd小于阈值ssthresh的情况下，将拥塞窗口调整为当前窗口的1/4倍，即cwnd＝1/4cwnd。
[0012]当假定为反向链路拥塞时，首先计算反向缓存队列中存在的数据包数量N
back
，进一步确认拥塞状态，若确实为反向拥塞，则计算反向排队时延QD
back
优化Vegas算法拥塞控制机制中的实际链路吞吐量，实现对反向链路拥塞的调节；具体表述为：
[0013]如果数据包接收时间超过设定的时间阈值，则计算反向缓存队列中存在的确认包数量N
back
：
[0014][0015]式中，E
back
表示反向链路期望发送速率，A
back
表示反向链路实际发送速率，RTT
back
表示反向时延，表示反向时延最小值，cwnd(t)表示t时刻的拥塞窗口大小；
[0016]设定反向缓存阈值α，根据N
back
与阈值α的大小关系，确定链路拥塞情况；包括：
[0017]若N
back
>α，表示反向链路拥塞，计算反向排队延时时间QD
back
：
[0018]QD
back
＝RTT
back
‑
RTTNor
back
[0019]式中，RTTNor
back
为反向确认包根据数据块长度和数据传输速率计算出的发送时延与距离和信号传播速率计算出的传播时延的总和；
[0020]若N
back
≤α，查看上一时刻收到的ACK是否携带ECE，若携带则表示正向链路严重拥塞，令拥塞窗口cwnd的值为1，否则判定为是由于误码率导致的链路拥塞；
[0021]利用QD
back
优化Vegas算法拥塞控制机制中对实际链路吞吐量的计算；通过优化后的Vegas拥塞控制机制控制卫星链路的拥塞情况；
[0022]优化后的实际链路吞吐量A'表示为：
[0023]A'＝cwnd/(RTT
‑
QD
back
)
[0024]式中，RTT表示当前数据包的往返时延。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术提出了一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法，通过区分链路发生拥塞时的位置和状态即拥塞程度，对正向和反向拥塞采取不同的处理机制，预防并控制拥塞的发生，在通信网络环境恶劣时，排除了反向确认包拥塞对正向传输效率的影响，提高了链路吞吐量和对带宽资源的利用率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术中一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法流程图。
[0028]图2为本专利技术中关于吞吐量结果的预测图。
[0029]图3为本专利技术中关于丢包率结果的预测图。
[0030]图4为本专利技术中传统Vegas算法拥塞避免流程图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施实例对专利技术做进一步说明。
[0032]卫星通信中，在使用传统通信协议TCP Vegas算法进行拥塞控制时，由于无法识别丢包的原因和位置，导致不能充分利用链路带宽，吞吐量降低。针对这一问题，本专利技术提出了一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法，在数据传输过程中实时判断拥塞可能发生的位置，使得发送端对时延变化做出准确判断，及时调整拥塞窗口，预防并控制拥塞的发生。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法，其特征在于，包括：通信双方开启时间戳和显示拥塞通告，并以计时器是否超时作为临界点判断链路的正反向拥塞；以在计时器的设定范围内有没有收到接收方发送的数据包为依据，判定链路拥塞状态并进行不同的处理，若有收到，就对正向链路拥塞情况进行判定；否则假定为反向链路拥塞；当对正向链路拥塞情况进行判定时，统计连续收到的携带显示拥塞提醒回应ECE的确认包ACK数量，根据ACK的接收情况判断正向链路的拥塞程度，以调整拥塞窗口；当假定为反向链路拥塞时，计算反向缓存队列中存在的数据包数量N
back
来进一步确认拥塞状态，若判定为反向拥塞，则计算反向排队时延QD
back
优化Vegas算法拥塞控制机制中的实际链路吞吐量，实现对反向链路拥塞的调节。2.根据权利要求1所述的一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法，其特征在于，所述根据ACK的接收情况判断正向链路的拥塞程度，以调整拥塞窗口，具体表述为：若收到一个携带ECE的ACK，判定链路为轻度拥塞，在拥塞窗口cwnd小于阈值ssthresh的情况下，将拥塞窗口调整为当前窗口的3/4倍；若收到连续两个携带ECE的ACK，判定链路为中度拥塞，在拥塞窗口cwnd小于阈值ssthresh的情况下，将拥塞窗口调整为当前窗口的1/2倍；若收到连续三个携带ECE的ACK，判定链路为重度拥塞，在拥塞窗口cwnd小于阈值ssthresh的情况下，将拥塞窗口调整为当前窗口的1/4倍。3.根据权利要求1所述的一种基于状态确认的卫星链路拥塞控制方法，其特征在于，所述计算反向缓存队列中存在的数据包数量N
b...

【专利技术属性】
技术研发人员：关世杰，姜月秋，王国靖，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：