[发明专利]一种针对空间数据通信的拥塞控制算法

权利要求书

1.一种针对空间数据通信的拥塞控制算法，通过设计状态机，将拥塞控制过程分成不同于传统TCP协议的四个状态：快速启动阶段、拥塞避免阶段、状态稳定阶段和快速恢复阶段。算法采用扩张计时器和等待计时器的双计时模式，通过设计不同阶段的窗口变化，克服了传统TCP慢启动的缺点，克服了丢包后恢复窗口需再次慢开始的缺点，以及在传输过程中维护了大的发送窗口。

2.根据权利要求1所述的针对空间数据通信的拥塞控制算法，其特征在于，通过在发送方加入两个计时器，每个计时器内统计发送窗口的滑动情况，设计计时器与窗口滑动关系探测网络链路情况，并设计窗口扩张因子α。

3.根据权利要求2所述的针对空间数据通信的拥塞控制算法，其特征在于，所述计时器分为扩张计时器TimeStamp1和等待计时器TimeStamp2，其中等待计时器设置为1个RTT的时长，用于检测在单个RTT内数据是否能够被完全接收；扩张计时器设置为1/N个RTT的时长(N为整数，取值视具体链路类型而定)，用于将RTT分解成多个细小的发送轮次，增加发送速率。同时根据RTT与拥塞窗口cwnd计算时延带宽积(Bandwidth-Delay Product，BDP)，对照标准时延带宽积来判断窗口扩张因子的增大或减小。

4.根据权利要求2所述的针对空间数据通信的拥塞控制算法，其特征在于，所述窗口滑动因子α为本实施例中拥塞控制的关键参数，通过窗口滑动因子动态调整发送窗口大小，实现空间数据传输的性能提升。窗口滑动因子α在本方案的不同阶段具有不同的计算方式，后续实施例对此具体说明。

5.根据权利要求3所述的针对空间数据通信的拥塞控制算法，其特征在于，所述快速启动阶段，首先发送方和接收方进行三次握手获得RTT值，此时设置TimeStamp1为RTT，设置TimeStamp2为1/N个RTT。在发送报文开始时，初始的拥塞窗口cwnd为1，最大发送窗口门限为max_cwnd，初始的窗口扩张因子α为1。发送方以TimeStamp2为周期发送数据，且每轮拥塞窗口增加为上一次的α倍。当一个TimeStamp1内发送的数据全部确认接收以后，根据窗口滑动情况重新记录RTT，并更新TimeStamp1，根据TimeStamp1和cwnd计算当前的BDP值，具体计算公式如下：

BDP＝Timestamp1×cwnd (1)

MAX_BDP＝Timestamp1×max_cwnd (2)

若此时的BDP小于或等于链路可承载的最大时延带宽积MAX_BDP，则扩张因子α扩大为原来的2倍；若测试的BDP大于MAX_BDP，则快速启动已经后窗口已经占满了带宽资源，可能会产生拥堵，因此进入拥塞避免阶段。

6.根据权利要求5所述的针对空间数据通信的拥塞控制算法，其特征在于，所述拥塞避免阶段，由于快速启动阶段的拥塞窗口增长非常快，可以较早地到达传统TCP中的拥塞避免状态。当本轮BDP大于MAX_BDP时，此时网络可能已经超载，判断进入拥塞避免阶段。设置α为α₀(一个略小于1的数，具体取值视网络状况而定)，继续比较每轮的BDP与MAX_BDP，直至BDP小于MAX_BDP，则进入状态稳定阶段。

7.根据权利要求6所述的针对空间数据通信的拥塞控制算法，其特征在于，所述状态稳定阶段，是保证网络不丢包的同时能够维护较高发送窗口的阶段。拥塞避免完成以后，网络仍有较小的带宽资源可以利用，但若持续占用所有管道则会使网络发生拥堵，因此设置状态稳定集合A＝{α1，α2，α3}，在每个TimeStamp2内，快速扩张因子从状态稳定集合中随机选取一个值，进行拥塞控制窗口的调整。