宽带卫星网络中的TCP拥塞控制机制的研究

论文摘要

从上世纪末开始,由于基于宽带卫星数据网络的快速发展,整个卫星通信行业又开始进入新一轮的快速增长期。有许多投资巨大的宽带卫星通信网络系统正在研制或者即将发射运行,这使得宽带卫星网络面临着巨大的机遇和挑战。一方面它可以提供极具竞争优势的广播/多播服务、为地面网络服务不到或者服务不好的区域提供网络接入服务、为地面光纤骨干网提供备份应急信道、以及为军用网络服务;另一方面,由于本身的高误码率和大时延使得传统的TCP拥塞控制协议在卫星网络下的表现不能尽如人意。本文以宽带卫星网络为应用背景,从宽带卫星网络的特点出发,设计并实现了一种新的TCP拥塞控制算法——TCPCA算法。首先,针对卫星网络高误码率的特点,在接收端采用了Casablanca分类器区分链路丢包和拥塞丢包。其次,详细的介绍了发送端和接收端的设计和实现过程,并且对中间路由器的队列管理进行了介绍。其中为了改进由大时延带来的重传时间间隔过大的缺点,采用了批量重传来及时重传丢失的报文段;针对大时延使得网络恢复时间延长的缺点,在发送端改进了窗口调整策略,采用智能窗口调整策略减少由于不必要的因为链路错误减小发送窗口导致的吞吐量下降。最后从理论和实验两个角度详细分析了算法的性能。在相同的网络条件下,通过网络仿真软件NS2和传统的TCP拥塞控制机制的比较,TCPCA算法能够获得更好的吞吐量,并且保持了很好的公平性和友好性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 课题背景
• 1.2.1 宽带卫星网络概述
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 TCP拥塞控制机制的研究
• 2.1 网络拥塞概述
• 2.2 TCP拥塞控制机制
• 2.2.1 TCP流量控制与拥塞控制的关系
• 2.2.2 TCP拥塞控制原理
• 2.3 卫星网络中的TCP拥塞控制算法
• 2.3.1 TCP-Peach
• 2.3.2 TCP-Vegas
• 2.3.3 TCP-Westwood
• 2.4 本章小结
• 第3章 TCPCA算法的设计和实现
• 3.1 错误分类器的设计
• 3.1.1 基于带宽估计的错误分类器
• 3.1.2 Casablanca分类器
• 3.2 算法设计
• 3.2.1 带宽估计原理
• 3.2.2 发送端的设计和实现
• 3.2.3 接收端的设计和实现
• 3.2.4 队列管理
• 3.3 算法性能分析
• 3.3.1 传统的TCPW算法
• 3.3.2 TCPWCA算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 算法性能测试和与其他算法的比较
• 4.1 仿真环境概述
• 4.2 仿真网络拓扑介绍
• 4.3 算法性能测试
• 4.3.1 吞吐量
• 4.3.2 公平性
• 4.3.3 友好性
• 4.4 与其他算法的比较
• 4.4.1 瓶颈处缓冲区不同
• 4.4.2 链路错误率不同
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢