TCP协议在卫星通信系统中性能改进研究

论文摘要

卫星通信以其特有的优势已逐渐成为Internet的重要组成部分,利用卫星进行Internet宽带接入是卫星通信发展的一个趋势。TCP是互联网最广泛使用的传输层协议。然而,当TCP用于卫星网络时,由于卫星链路具有时延才长,误码率高以及信道非对称等特点,TCP性能受到了严重影响。因此,如何提高TCP在卫星信道中的应用性能己经成为重要的研究课题。本文探讨了TCP协议在卫星信道中性能恶化的原因,详细分析了现有的改善卫星网络中TCP协议性能的各种方案,并对它们的有效性和可行性进行综合评价,提出采用基于协议转换网关的方案来增强TCP协议在卫星网络中的性能。协议转换网关将端到端的TCP连接划分为三个独立的部分,在两段地面连接部分继续使用原有的TCP协议,而在协议转换网关之间的卫星链路上运行的则是本文设计的专有协议。专有协议采用基于否定确认的差错控制机制,并以一种公平有效的方式为网络中的多个连接动态分配卫星链路的可用带宽资源。本文通过网络仿真工具NS2对协议转换网关方案的性能进行了仿真,并将其与TCP Reno进行比较。仿真结果表明,利用我们设计的协议转换网关能有效改善TCP协议在卫星网络中的传输性能,并且能够确保卫星链路的可用带宽资源得到充分的利用。最后,为了能在真实的卫星环境下测试所提方案的性能,本文在基于DSP的硬件平台上设计并实现了协议转换网关,对最终投入实际应用具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 卫星通信概述
• 1.2 卫星与Internet 的融合
• 1.3 本文的研究背景
• 1.4 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 卫星环境中TCP 性能改进研究现状
• 2.1 TCP 协议概述
• 2.2 卫星链路的特点及其对TCP 性能的影响
• 2.2.1 长传播延时
• 2.2.2 高误码率
• 2.2.3 带宽非对称性
• 2.3 卫星环境中TCP 性能改进研究现状
• 2.3.1 从TCP/IP 协议角度来改进的方法
• 2.3.2 从卫星链路角度来改进的方法
• 2.3.3 几种改进方法比较
• 2.4 小结
• 第三章 协议转换网关方案设计
• 3.1 协议转换网关功能需求分析
• 3.1.1 系统网络模型介绍
• 3.1.2 协议转换网关功能需求分析
• 3.2 连接管理
• 3.3 卫星链路专有协议设计
• 3.3.1 流量控制机制
• 3.3.2 差错控制机制
• 3.3.3 数据包格式设计
• 3.4 缓存区管理
• 3.5 数据包头部压缩
• 3.6 小结
• 第四章 协议转换网关方案性能仿真
• 4.1 NS2 仿真工具介绍
• 4.1.1 分裂对象模型
• 4.1.2 使用NS2 的仿真流程
• 4.2 协议转换网关方案的仿真
• 4.2.1 单连接情况
• 4.2.2 多连接情况
• 4.3 小结
• 第五章 协议转换网关软件设计实现
• 5.1 卫星系统环境介绍
• 5.2 硬件平台介绍
• 5.3 软件设计总体框架
• 5.4 分模块设计
• 5.5 小结
• 第六章 总结与未来工作展望
• 6.1 总结
• 6.2 对未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文