空天信息网络环境下TCP拥塞控制算法的研究及改进

论文摘要

随着航天、通信技术的发展,空天地一体化信息网将会以更高的数据接入速率来满足人们“随时、随地、与任何人”进行交互多媒体通信的需求。但是,空天信息网络通常具有误码率高、带宽低、时延大和移动频繁等特性,所以网络拥塞不再是数据丢失的唯一原因,如果直接采用传统的TCP拥塞控制技术,很多情况下会造成数据发送速率不必要的降低,从而导致网络性能的下降。因此,针对空天信息网络的特点设计一种高效的TCP拥塞控制算法既能解除拥塞,又能快速地恢复到理想的发送速率,这样用户尽可能保持一个比较高而且稳定的速率发送数据,对提高网络的利用率,具有极其重要的现实意义。本文结合国家863项目“**网络管理与互联互通技术”,主要从两个方面对空天信息网络环境下的TCP拥塞控制机制进行研究。首先,对Internet中传输控制协议的原理以及TCP拥塞控制算法中的关键技术进行了深入探讨和研究,并对几种主要TCP拥塞控制算法(Tahoe、Reno、Sack、Vegas)的优缺点进行了论述。其次,在拥塞控制算法的实现中,针对空间无线链路特点采用拥塞窗口平滑增长、初始慢启动大窗口和实时链路带宽自适应估计等策略对TCP拥塞控制算法进行改进,从而提高了协议的实时性,减少了反向包丢失率对吞吐量的影响。通过多次仿真表明,TCP协议引入改进的拥塞控制算法后,改善了TCP建立连接或超时重传阶段拥塞控制的性能,提高了空天信息网络的有效吞吐量。更重要的是改进的拥塞控制算法只需修改发送端即可,使得在网络部署中很容易实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出
• 1.3 国内外相关领域的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 TCP协议及其拥塞控制机制研究
• 2.1 传统TCP 传输控制协议的工作原理
• 2.1.1 TCP 头部格式与连接传输管理
• 2.1.2 TCP 状态机及状态变迁
• 2.1.3 TCP 的流量控制机制
• 2.1.4 TCP 拥塞控制机制
• 2.2 典型TCP 拥塞控制算法分析
• 2.2.1 TCP Tahoe
• 2.2.2 TCP Reno
• 2.2.3 TCP Sack
• 2.2.4 TCP Vegas
• 2.3 空天信息网络环境下TCP 的挑战
• 2.3.1 空天信息网络特点分析
• 2.3.2 空天信息网络环境下TCP 协议性能影响
• 2.3.3 空天信息网络环境下TCP 拥塞控制算法的设计难点
• 2.4 本章小结
• 第3章 空天信息网络环境下TCP慢启动算法的改进
• 3.1 NS 开发背景及仿真平台概述
• 3.1.1 NS 原理概述
• 3.1.2 NS 的运行平台
• 3.1.3 NS 软件包的组成
• 3.1.4 NS 相关工具详解
• 3.2 NS 网络模拟的一般过程
• 3.3 空天信息网络环境下TCP 慢启动算法的改进
• 3.3.1 空天信息网络中TCP 慢启动算法的不足
• 3.3.2 一种改进的TCP 慢启动算法的实现
• 3.4 改进的TCP 慢启动算法的性能分析
• 3.4.1 改进算法性能评估概述
• 3.4.2 改进算法模拟仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于链路带宽自适应估计的TCP 拥塞控制算法
• 4.1 空天信息网络环境下TCP 拥塞控制算法改进思想
• 4.2 基于链路带宽自适应估计TCP 拥塞控制算法的实现
• 4.3 基于链路带宽自适应估计的TCP 拥塞控制算法性能分析
• 4.3.1 仿真结果Trace 文件的处理
• 4.3.2 仿真结果图形分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢