一种基于SCPS-TP的自适应网络拥塞控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SCPS‑TP的自适应网络拥塞控制方法，包括以下步骤：SCPS‑TP网关源端接收并向目的端转发数据报文；根据解析的报文信息判断是否有新的数据被确认；如果没有新的数据被确认，当重复ACK计数器增加到一定值后，将窗口大小增长模式变为线性自适应模式；若有新的数据被确认，拥塞控制为指数增长模式，扩大窗口后Diff大于设定阈值，拥塞控制方式变为线性自适应模式；若拥塞控制为线性自适应模式，根据Diff调整窗口大小；SCPS‑TP网关源端向目的端发送丢包缓冲区中的数据，并根据拥塞窗口大小发送新的数据；本发明专利技术能避免中间路由器队列太长导致网络拥塞严重丢包，又可充分利用带宽，部署在高传输时延、高链路误码率的卫星网络中，能提供网络传输加速功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络可靠传输方法，具体涉及一种基于SCPS-TP的自适应网络拥塞控制方法。
技术介绍
目前，由于卫星通信覆盖范围广、组网快速灵活、不受地理限制等优势，近几年来与地面通信形成互补、竞争之势；广泛应用于卫星电话、导航定位、抢险救灾等突发事件的应用通信、国家防御系统等经济和军事领域。卫星通信利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信；由于卫星通信的无线电信号传输距离非常遥远，导致传输时延巨大；比如多用于导航定位和数据中继的地球静止轨道卫星通信距离有约36000千米，传输时延可达500ms～800ms；传输距离遥远同时也会引起信号的极大衰减，接收到的信号信噪比极低，不稳定的空间环境导致链路误码率高居不下；实际应用中空间通信的误码率可达10-3，而地面传输的误码率仅为10-10；高时延和链路的高误码率对传统的通信方式提出了挑战。目前常用的针对空间通信高传输时延、高误码率、上下行信道不对称等不良因素对传输协议的影响，提出了一系列解决办法；例如TCP Westwood协议在传统TCP协议的基础上，加入了带宽测量机制，用于拥塞窗口的调整策略，从而消除了高误码率的影响，但是由于其慢启动和拥塞避免阶段仍沿用TCP传统的策略，协议受时延影响较大，不能很好的利用带宽；XCP协议在中间路由器监测网络流量状况，通过修改报文头部字段，将网络状况反馈给发送端，但是协议需要专用的路由器对协议进行支持；TCP-Peach协议通过发送哑元报文来测试网络的拥塞情况，同时使用突然启动和快速恢复机制，可以在连接建立和丢包后快速恢复和占用带宽，适用于高时延和高误码率的网络，但是协议要求中间路由器支持优先级策略，否则哑元会对链路造成压力；时延容忍网络(Delay Tolerant Networks，DTN)架构在整个网络中使用复制/泛洪数据包副本的策略，虽然这样可以提高传输概率并且降低传输延时，但是过多冗余副本对网络资源造成极大浪费，而且DTN需要中间节点在收到的包成功地转发之前，将所有收到的包存储在缓冲区，这将大量消耗卫星网络资源；空间通信传输协议(Space Communications Protocol Specification-Transport Protocol，SCPS-TP)是空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS)提出的面向空间通信环境的传输协议，基于传统地面通信的传输协议拓展而来，协议采用更大的窗口尺寸，加入选择性否定确认(Selective Negative Acknowledgment，SNACK)机制，头压缩功能，数据速率控制功能，使协议可以适应大带宽时延积和高误码率的卫星网络，是目前使用最广泛的网络传输协议，但是还是存在中间路由器队列太长导致网络拥塞严重丢包的现象，并且不能根据实际网络的情况，充分利用带宽。
技术实现思路
本专利技术提供一种可以可根据实际网络运行情况改变网络窗口大小的自适应网络拥塞控制方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于SCPS-TP的自适应网络拥塞控制方法，包括以下步骤：A、SCPS-TP源端网关接收地面端的ACK报文和数据报文，将数据报文重新封装，发送给目的端网关；SCPS-TP目的端网关接收到源端网关ACK报文和数据报文后，进行解析和存储并将数据报文转发至地面目的端；B、步骤A中解析的ACK报文和数据报文信息中有SNACK选项信息时，将信息记录在丢包缓冲区的链表中；C、根据步骤A中解析的ACK报文和数据报文信息中判断有无新的数据被确认；如果有新的数据被确认，更新数据信息；如果没有新的数据被确认，重复ACK计数器计数，当重复ACK计数器增加到一定值后，减小窗口大小，将增长模式变为线性自适应模式；D、若步骤C中有新的数据被确认，测量出带宽估计值样本，并对样本进行滤波，计算期望吞吐量和实际吞吐量的差异Diff；E、若增长模式为指数增长模式，扩大窗口后若步骤D中的Diff大于设定阈值，增长模式变为线性自适应模式；若增长模式为线性自适应模式，根据步骤D中的Diff调整窗口大小；F、SCPS-TP网关源端向目的端发送步骤B中丢包缓冲区中的数据，并根据拥塞窗口大小发送新的数据。进一步的，所述线性自适应模式下，窗口的控制方式如下：其中：Wt为t时刻窗口大小，MAXSEG为最大报文长度，SRTT为平滑后的RTT值，Alphat为t时刻的Alpha值，Betat为t时刻的Beta值，为t时刻经过滤波之后的带宽估计值；阻尼阈值Alphat和Betat根据当前吞吐量和上一时刻的吞吐量自适应的调整，采用平均法将阈值区间围绕Diff移动，具体方法如下： X t = | Alpha t - 1 - Diff t | 2 ]]> Y t = | Beta t - 1 - Diff t | 2 ]]> ( Alpha t , Beta t ) = ( Alpha t - 1 - X t , Beta t - 1 - X t ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SCPS‑TP的自适应网络拥塞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、SCPS‑TP源端网关接收地面端的ACK报文和数据报文，将数据报文重新封装，发送给目的端网关；SCPS‑TP目的端网关接收到源端网关ACK报文和数据报文后，进行解析和存储并将数据报文转发至地面目的端；B、步骤A中解析的ACK报文和数据报文信息中有SNACK选项信息时，将信息记录在丢包缓冲区的链表中；C、根据步骤A中解析的ACK报文和数据报文信息中判断有无新的数据被确认；如果有新的数据被确认，更新数据信息；如果没有新的数据被确认，重复ACK计数器计数，当重复ACK计数器增加到一定值后，减小窗口大小，将增长模式变为线性自适应模式；D、若步骤C中有新的数据被确认，测量出带宽估计值样本，并对样本进行滤波，计算期望吞吐量和实际吞吐量的差异Diff；E、若增长模式为指数增长模式，扩大窗口后若步骤D中的Diff大于设定阈值，增长模式变为线性自适应模式；若增长模式为线性自适应模式，根据步骤D中的Diff调整窗口大小；F、SCPS‑TP网关源端向目的端发送步骤B中丢包缓冲区中的数据，并根据拥塞窗口大小发送新的数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于SCPS-TP的自适应网络拥塞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、SCPS-TP源端网关接收地面端的ACK报文和数据报文，将数据报文重新封装，发送给目的端网关；SCPS-TP目的端网关接收到源端网关ACK报文和数据报文后，进行解析和存储并将数据报文转发至地面目的端；B、步骤A中解析的ACK报文和数据报文信息中有SNACK选项信息时，将信息记录在丢包缓冲区的链表中；C、根据步骤A中解析的ACK报文和数据报文信息中判断有无新的数据被确认；如果有新的数据被确认，更新数据信息；如果没有新的数据被确认，重复ACK计数器计数，当重复ACK计数器增加到一定值后，减小窗口大小，将增长模式变为线性自适应模式；D、若步骤C中有新的数据被确认，测量出带宽估计值样本，并对样本进行滤波，计算期望吞吐量和实际吞吐量的差异Diff；E、若增长模式为指数增长模式，扩大窗口后若步骤D中的Diff大于设定阈值，增长模式变为线性自适应模式；若增长模式为线性自适应模式，根据步骤D中的Diff调整窗口大小；F、SCPS-TP网关源端向目的端发送步骤B中丢包缓冲区中的数据，并根据拥塞窗口大小发送新的数据。2.根据权利要求1所述的一种基于SCPS-TP的自适应网络拥塞控制方法，其特征在于，所述线性自适应模式下，窗口的控制方式如下：其中：Wt为t时刻窗口大小，MAXSEG为最大报文长度，SRTT为平滑后的RTT值，Alphat为t时刻的Alpha值，Betat为t时刻的Beta值，为t时刻经过滤波之后的带宽估计值；阻尼阈值Alphat和Betat根据当前吞吐量和上一时刻的吞吐量自适应的调整，采用平均法将阈值区间围绕Diff移动，具体方法如下： X t = | Alpha t - 1 - Diff t | 2 ]]> Y t = | Beta t - 1 - Diff t | 2 ]]> ( Alpha t , Beta t ) = ( Alpha t - 1 - X t , Beta t - 1 - X t ) Actual t < Actual t - 1 A N D Diff t < Alpha t - 1 ( Alpha t - 1 - Y t , Beta t - 1 - Y t ) Actual t < Actual t - 1 A N D Diff t > Beta t - 1 ( Alpha t - 1 + X t , Beta ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊峰，闫宇轩，高展，丁雪峰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51