卫星通信中基于带宽估计的TCP传输控制算法研究

论文摘要

卫星通信在军事和民用方面都发挥着日益重要的作用,提高卫星通信中传输层协议的性能是目前国内外正在研究的重要课题。传统TCP协议虽然为有线网络通信提供了可靠的端到端数据传输,但在长时延、高误码的卫星通信环境中,TCP并不能获得较高的传输性能。为了提高卫星链路中数据传输的吞吐量和带宽利用率,必须针对卫星通信的环境特点对现有的传输控制算法作出改进。本文首先详细分析了TCP协议规范,描述了卫星链路的特点,指出TCP应用于卫星通信时存在的问题。接着介绍了一些适合卫星通信的改进的传输层协议,并对它们的原理进行了阐述。带宽估计算法能改善传输协议在卫星通信中的性能,当发送端检测到数据包丢失时不盲目减小拥塞窗口,而是根据带宽估计值来设置拥塞窗口及慢启动门限值,能较好地解决卫星链路高误码带来的问题。由于受到突发数据、延迟确认、确认压缩等因素的影响,传统带宽估计算法存在着估计值偏高的问题,本文在此基础上提出了卫星通信中基于带宽估计的TCP传输控制算法BE-TCP（Bandwidth Estimation based Transmission Control Protocol）,该算法改进了带宽采样值的计算方法,取得了更准确的带宽估计值,并使用了一种新的更新门限值的方法。在对BE-TCP算法的吞吐量和带宽估计准确性进行理论分析之后,我们使用NS2仿真工具对BE-TCP的传输性能和带宽估计的准确性进行了仿真,理论分析和仿真结果均显示BE-TCP能准确地估计链路可用带宽,改善了TCP在卫星通信中的传输性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本文研究背景
• 1.2 本文研究现状
• 1.3 本文主要研究工作及内容组织
• 2 TCP 协议在卫星通信中的应用
• 2.1 TCP 协议原理
• 2.1.1 TCP 协议的功能
• 2.1.2 TCP 的拥塞控制
• 2.1.3 TCP 的重传机制
• 2.2 卫星链路的特点及其对TCP 的影响
• 2.2.1 长时延
• 2.2.2 高误码
• 2.2.3 信道带宽不对称
• 2.2.4 通信链路易中断
• 2.3 卫星通信中传输层协议的研究现状
• 2.4 本章小结
• 3 基于带宽估计的传输控制算法
• 3.1 影响带宽估计的因素
• 3.2 Westwood 带宽估计算法
• 3.2.1 Westwood 带宽估计值的计算
• 3.2.2 Westwood 对cwnd 和ssthresh 的设置
• 3.3 传统带宽估计算法的缺点
• 3.4 BE-TCP 算法
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 BE-TCP 算法的数学模型
• 3.5 本章小结
• 4 BE-TCP 算法仿真与结果分析
• 4.1 仿真工具 NS2 介绍
• 4.2 BE-TCP 算法的实现
• 4.2.1 确认数据量的计算
• 4.2.2 采样带宽的计算
• 4.2.3 滤波算法的实现
• 4.2.4 慢启动门限值的更新
• 4.3 仿真平台的搭建与方案设计
• 4.3.1 仿真平台的搭建
• 4.3.2 仿真方案的设计
• 4.4 仿真结果分析
• 4.4.1 传输性能
• 4.4.2 带宽估计的准确性
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：研究生学习期间参与的课题和研究成果