[发明专利]卫星网络中友好的速率控制协议改进方法

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TFRC（TCP友好的速率控制）协议在卫星网络中的性能，属于卫星网络中传输层拥塞控制的技术领域。

背景技术

随着通信网络技术的迅速发展，Internet得到了迅速的发展和普及。与此同时，各种新的业务需求如视频点播、网络会议、软件分发、远程教学等的产生对网络带宽又提出了新的要求，现有的地面网络已不能完全满足用户的需求。交互的、高速的、和因特网相结合的新一代卫星通信网络较好的解决了这些问题。卫星通信中覆盖面积广、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，很好的适应了当前迅猛发展的Internet业务的需要，同时这也促使对卫星网络协议的研究成为当前的研究热点。

但是将卫星直接接入 Internet 仍然存在着许多急需解决的问题。这些问题的起因就在于卫星无线信道与地面有线信道有很大的差异，而大多数 Internet协议都是基于地面网络设计的，TCP/IP 协议的设计都是基于一些固有假定的，如假定数据包的丢失是网络拥塞的结果、往返时间（Round Trip Time）具有一定程度的稳定性、带宽是恒定的等等。但这些假定在卫星信道中并不满足，造成了协议性能大大降低，这些影响可以归咎于卫星无线信道以下几个特点：传播时延长、带宽不对称、链路的高误码和链路瓶颈。因此，卫星无线信道所具有的高误码率、长时延、高带宽等特性，使得传统的地面传输协议很难在卫星网络中体现出其优势。

通常在无线通信特别是在卫星无线通信中，由于信道衰减、反向多径传播信道或干扰噪声等原因，会导致错误比特的产生，从而使得无线链路的误码率会明

显高于有线链路。虽然前向纠错（FEC）可以在一定程度上降低无线链路的误码

情况，但是仍不能达到地面有线网络的误码水平。传统网络中的传输误码率很低，因此可将数据包的丢失认为是网络拥塞引起的，从而执行拥塞控制机制。但是卫星网络中的误码率很高，当检测到有数据包丢失时，TFRC协议会无一例外的认为造成丢包原因是网络拥塞，并根据估计的误码率和TCP Reno吞吐量模型降低发送速率，这直接导致TFRC吞吐量不必要的减少，进而影响到链路的传输速率，造成卫星网络中宝贵资源的浪费。而且，如果接收端的反馈分组发生丢失，使得接收方的确认信息无法抵达发送方，到达一定时间后发送端同样会降低吞吐量。因此，如果没有一种机制能正确判断网络拥塞和误码造成的数据包丢失，错误的执行拥塞控制机制将对卫星链路中TFRC协议的性能造成很大的影响。

综上所述，传统的基于地面网络的TFRC协议不能正确的区分网络拥塞和误码造成的数据丢失，所以传统的TFRC协议不能直接应用在高误码的卫星网络环境中，需要一种改进的TFRC协议来正确的判断网络拥塞和误码造成的数据包丢失，对于不同的网络情况采取不同的调节措施，从而应用在卫星网络中。

发明内容

技术问题：本发明的目的是现有技术的不足，提供一种卫星网络中TFRC协议的改进方案，解决卫星网络中TFRC不能正确判断网络拥塞和误码造成的数据包丢失的问题，从而提高卫星网络中TFRC协议的性能，提高卫星链路的利用率。

技术方案：本发明基于卫星网络的环境改进TFRC协议的拥塞控制算法，正确的区分卫星链路中由于网络拥塞和误码造成的数据包丢失，从而区分对待不同的丢包事件，以此来实现在不破坏TCP友好性的前提下，提高卫星链路中TFRC协议的吞吐量和带宽的利用率。

一、 原TFRC协议的拥塞控制机制的总体流程如下：

1、 接收端估计丢失事件率p并将信息反馈给发送方；

2、 发送端根据反馈信息计算往返时延RTT值；

3、 发送端将丢失事件率p和RTT值带入TCP Reno的吞吐量公式进行计算，计算出发送速率，并根据计算值进行调节；

4、 发送数据包。

其总体流程图如图1所示。

二、 改进后新TFRC协议的拥塞控制计划的总体流程如下：

1、 接收端根据网络拥塞标志cong_level_和预测的单程时延抖动对丢包间隔进行调节，计算新的丢失事件率p’并将信息反馈给发送方；

2、 发送端根据反馈信息计算往返时延RTT值并重新预测网络的拥塞情况，记录在拥塞标志cong_level_中；

3、 发送端将新的丢失事件率p’和RTT值带入TCP Reno的吞吐量公式进行计算，计算出发送速率，并根据计算值进行调节；

4、 发送端发送带有网络拥塞标志的数据包。