[发明专利]一种卫星通信系统中增强TCP协议性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信领域中的一种卫星通信系统中增强TCP协 议性能的方法，特别适合利用TCP/IP协议实现业务接入的卫星通信 站使用。

背景技术

利用TCP/IP协议进行数据传输早已成为网络应用的主流，卫星 通信的宽覆盖范围、良好的广播能力和不受各种地域条件限制的优点 使卫星通信在未来仍将发挥重要作用。卫星通信将是无线Internet的 重要手段，利用卫星进行TCP/IP数据传输(卫星IP网络)更是成为 人们关注的热点。

TCP协议使用基于滑动窗口的流量和拥塞控制方式，通过确认分 组流实施控制(接收方窗口通知)，使用基于往返时间的定时器(RTT： round-trip timer)的自适应时钟来调谐重发超时，为避免拥塞采用了 称为“慢启动”的策略。TCP协议专门针对地面网络设计，其在地面网 络的应用已经获得了巨大的成功，但在空间通信领域的应用中还存在 诸多有待解决的问题。

地面网络的传输往返时间为几个到几十个毫秒，典型的往返时间 为80ms。卫星信道的传播延时则大得多，特别是在GEO系统中，往 返时间在480-560ms之间，是地面网络的6倍以上。这样大的延时使 得慢启动状态的TCP拥塞窗口增长速度变得非常缓慢。文件传输过 程中，慢启动状态花费的时间越长，文件的传输时间就越长；慢启动 阶段在整个文件传输中的比例越大，则信道的有效带宽利用率就越 低。当传输几KB到十几KB的文件(如网页浏览)时，由于整个文 件的传输都处于TCP的慢启动状态中，所以TCP无法高效地运作， 有效带宽利用率很低。

另外，TCP的最大吞吐量还受到往返时间和最大发送窗口的限 制，可由下式计算得出：

最大吞吐量＝最大发送窗口/往返时间

标准TCP传输协议的最大发送窗口设定为64KB，这样，在往返时间 约为500ms的GEO系统中，TCP协议的最大吞吐量不会超过1Mb/s。 这显然不能满足高速多媒体业务的需要，也不能充分利用大带宽的卫 星信道。即使当前提出的增大发送窗口的方法，也只能做到提高最大 的传输效率而不能彻底解决传输速率限制的问题。

卫星信道属于无线信道，在通常的GEO通信环境下，卫星信道 主要呈现高斯加性白噪声特征，误码以零散随机误码为主，误码率在 10^-4-10^-6的范围内。而且卫星信道的好坏还直接受到天气的影响。当 天气条件恶化时(雨雪天气等)信道的误码率还会更大，甚至不能正常 的通信。当由于误码造成TCP数据包丢失时，TCP协议认为网络处 于拥塞状态。这样，就会降低发送速率同时进入到拥塞避免或者慢启 动状态。这不仅降低了TCP的传输效率，而且还浪费了卫星信道的 可用带宽。

在MEO和LEO通信环境下由于受到多普勒频移和多径的影响， 卫星信道呈现莱斯或者瑞利信道特征。这样不仅有随机误码，而且还 会出现突发误码，使得TCP协议的性能更加低下。

为了克服上述不利影响，必须采用TCP协议性能增强技术。

目前的TCP协议性能增强技术主要分为两类：其一，针对卫星 信道的特点，对TCP协议本身进行修改或扩展，这种方法虽然可以 很好地解决问题，但要求更换所有用户终端设备的协议栈，显然不可 取；其二，采用协议变换的方式将TCP协议在卫星链路上转换为另 一种协议，从而增强TCP传输性能，目前国外已研发出此类设备， 但这种方法要求收发两端必须都要配置协议变换设备，应用时具有一 定的局限性，并且此类设备在卫星链路反复遮挡条件下的数据传输效 率较低，不能很好的支持“动中通”型卫星地面站。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种 卫星通信系统中TCP连接带宽可自动分配、卫星链路反复遮挡条件 下保证TCP数据高效率传输的增强TCP协议性能的方法。本发明还 具有信道利用率高、信道适应性强、可靠性高等特点。

本发明的目的是这样实现的，本发明包括步骤：

①连接建立

卫星发送站TCP性能增强网关1收到TCP客户端(2)发出的 TCP连接建立请求数据包后，向卫星接收站TCP服务器(4)转发，