[发明专利]适用于卫星空间信息传输网络的滑模预测拥塞控制系统

说明书

本发明公开了一种适用于卫星空间信息传输网络的滑模预测拥塞控制系统，包括以下步骤：滑模控制器、SCPS‑TP协议Vegas模块、网络路由器模块、预测模块和干扰估计模块，其中，滑模控制器包括趋近律滑模面模型和补充项，与SCPS‑TP协议Vegas模块单向连接；SCPS‑TP协议Vegas模块包括非线性模块和匹配型干扰新模块，与网络路由器模块单向连接；网络路由器模块与干扰估计模块单向连接；预测模型不置于控制回路内，与滑模控制器直接连接；干扰估计模块与滑模控制器双向连接。该控制系统具有抗干扰能力且保持较好的稳定性和鲁棒性，能够应对长时延带来的负面影响，最终实现对卫星空间信息传输网络的拥塞控制。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种适用于卫星空间信息传输网络的滑模预测拥塞控制系统。

背景技术

北斗卫星在2020年完成组网后，已经开启了大规模的商业化产业融合推进，在航天、农业、制造业以及养殖业中已经取得了不错的效益，越来越多的行业将采用北斗卫星实现信息传输。但北斗卫星的通信性能一直是约束其自身发展的瓶颈问题，现如今地面北斗接收设备数量不断扩大时，由于卫星链路带宽是不可轻易增加的，当卫星系统无法承受地面发出的大量数据时，卫星的通信链路可能会处于拥塞状态，进而会造成卫星-地面链路的通信不稳定和较差的通信质量。因此，为了应对北斗卫星未来发展面临的既定通信约束，需要设计适用于卫星空间通信的拥塞控制方法，以提高卫星的通信能力。

北斗卫星在空间中以混合星座模式分布于中高轨道，建立通信链路后的传输时延是不可忽略的重要问题，通常链路单向时延在100～120ms范围内，同时地面向卫星传输的数据流量具有突发性，上述两个问题使得卫星通信网络与地面现有TCP网络不同，针对地面TCP/IP网络设计的拥塞控制算法直接应用于卫星通信网络时，通信缓存器中的队长会发生大幅度的波动，甚至在短时间内无法收敛到控制目标长度，这种现象会引发地源端降低发送速率，但实际的网络中有大量的带宽资源且网络不处于拥塞状态，进而浪费了大量的链路资源。SCPS-TP是应对远距离传输的重要模型，其拥塞处理Vegas动态机制中将时延变化率考虑为判断拥塞的重要标准，因此可设计在Vegas机制的基础上，考虑了卫星链路中的特殊性，建立了更符合北斗卫星信息传输的模型，但现有的控制方法多针对于TCP模型设计，而针对SCPS-TP模型设计的控制算法较少，需要重新考虑控制器设计中出现的特殊性问题。

进一步地在卫星空间信息传输网络控制器设计过程中，存在以下几个方面问题：(1)现有的拥塞控制器设计多基于针对地面通信网络设计的TCP/IP传输协议，但是卫星-地面链路传播时延大且信道带宽误码率高、非对称性强。TCP/IP协议无法应用于卫星信息传输网络，而SCPS-TP协议将通信时延变化率作为动态更新拥塞窗口的因素之一，加强了模型本身应对星地高时延影响的能力，但由于模型非线性过强导致现有研究较少且模型单一；(2)现有的SCPS-TP通信协议采用Vegas拥塞控制机制，但模型中并没有考虑星地链路高误码率的现象，其中误码率主要受卫星信道中短时突发流的影响，这是卫星网络流量即使具备长相关性，也无法避免的匹配型干扰；(3)虽然可以选择引入干扰项，但引入必然会导致控制器不稳定，同时由于通信时延是星地链路中不可忽略的问题，高时延会抑制通信源端的传输速率，这种保守机制会降低卫星通信的带宽利用率，这也是与地面通信网络不同而需要重新考虑的重要问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种适用于卫星空间信息传输网络的滑模预测拥塞控制系统。