[发明专利]适用于集成卫星通信系统的传输控制协议连接分裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于临近空间平台与卫星集成通信系统的传输控制协议连接分裂方法，本发明基于临近空间平台系统实现了传输控制协议连接分裂改进，有效降低了网络拥塞，提高了空间通信网络吞吐量，在航天、航空、军事及社会经济等领域具有较好的转化应用前景，属于卫星通信技术领域。

背景技术

卫星通信是地球上多个地球站(包括陆地、水面和大气层)利用空中人造通信卫星作为中继站而进行的无线电通信。通信卫星由若干个转发器、数副天线与位置和姿态控制、遥测和指令、电源分系统组成，其主要作用是转发各地球站信号。

临近空间平台是静止在海拔15公里到30公里之间的一个带有有效负载的空中无人教室的通信中继平台。最近研究表明了这样一种可能性，利用高空平台作业作为和直接访问卫星系统带宽服务的地面电话的一个补充或者替代。到目前为止，它已经被考虑作为卫星的有效成本替代。基于高空平台作业通信架构的卫星通常在光纤网络不可用的偏远地区提供回程链路。

一个混合的临近空间平台-卫星通信系统架构中，临近空间平台可以用于直接提供移动服务，以及提供支持带宽混合服务的卫星。对一个传统的混合临近空间平台-卫星通信系统而言，传输控制协议连接吞吐量可以表示如下：

B=MSSRTT32P]]>

上式中，MSS是传输控制协议段大小，RTT是往返时延，而P是数据包的丢失概率。这里的RTT可以按照如下公式计算：

RTT＝2×(T_C-HC+T_HC-S+T_S-HS+T_HS-S)+τ_extraN_F

式中，T_C-HC是客户端主机与客户端临近空间平台之间考虑到了传输，传播，队列等的延时，T_HC-S是客户端临近空间平台与卫星之间考虑到了传输，传播，队列等的延时，T_S-HS是卫星和服务器临近空间平台之间考虑到了传输，传播，队列等的延时，T_HS-S是服务器临近空间平台与服务器主机之间考虑到了传输，传播，队列等的延时，而τ_extraN_F是链路中额外时延，此处可以不予考虑。

发明内容

技术问题：依据上述所述由于空天网络环境下，传输控制协议连接发送过程中，RTT依赖于通道发送速率，发送窗口增长过慢，导致系统吞吐量等性能较差。本发明提供了一种混合临近空间平台-卫星通信系统上的传输控制协议连接分裂方法，它采用基于临近空间平台隐藏卫星链路传播时延，伪确认数据包首部的确认标志来增快传输控制协议发送窗口增长，来解决由于无线网路环境等因素对传输控制协议连接发送过程中拥塞窗口增长过慢的问题，有效降低了网络拥塞，提高了空间通信网络吞吐量。

技术方案：本方法在于提出临近空间平台系统来分裂终端之间的传输控制协议连接，临近空间平台系统会位于卫星链路上(因此所有流经卫星链路的流量都会经过临近空间平台)，目的是将主机和他们相应的临近空间平台和卫星系统之间的端到端传输控制协议连接分裂成三部分。如图1所示。

传输控制协议连接建立后，客户端主机向服务器主机传送数据时，数据经过临近空间平台系统，临近空间平台系统收到数据后，立刻向客户端主机发送数据包首部的确认标志确认，并存储转发数据，而客户端主机收到数据包首部的确认标志确认后，即增加发送窗口，而不必等对方主机确认。

实现了传输控制协议连接分裂，即隐藏从终端用户传输控制协议栈到卫星链路传播时延。这样在一个较小延时的路径上，数据包首部的确认标志会以一个更快的速度到来，发送端的滑动窗口增长会更快。此外，增长的带宽利用率也是同样的原因。由于任何主机发送的数据已经确认而重传需求都直接由临近空间平台完成，终端主机从相对高卫星通道误码率中独立。这就允许终端主机的滑动窗口增长以一个更正常的速率增长，而不是因为延缓拥塞技术而减少。而且一旦发送丢包或重传，只会影响链路上的传输控制协议连接，其余部分不受影响，因此对整个系统影响较小。

一、体系结构