一种卫星网络中并发TCP连接复用方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星网络中并发TCP连接复用方法，根据对客户端发起的TCP连接进行复用，在卫星网络的小站网关和中心站网关之间建立多条并发TCP长连接流，小站网关将客户端发起的大量短流复用到并发TCP长连接上，中心站网关从并发TCP长连接上将客户端短流解复用。通过避免三次握手开销和加大的发送窗口加速客户端流数据的数据，以一定的复用比对客户端短流进行复用，避免卫星链路过高的传播延时，从而提高数据传输的整体效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种卫星网络中并发TCP连接复用方法。
技术介绍
在高延迟和高误码率的卫星网络中，基于TCP协议的网络应用具有很大的延迟，原 因在于TCP的拥塞控制不能充分利用卫星网络的有效带宽。另一方面，现有互联网中绝大部 分数据流的数据量很小，运也进一步造成TCP协议的传输效率低下。例如，Web服务是目前使 用最广泛的互联网服务。根据HTTP Archive提供的全球范围内Top 1000的网站对象大小分 布可知：55%的web页面中包含的对象数超过76个，所有页面的传输量中有91 %是静态对 象，而运些静态对象的平均大小小于23KB。此外，各大浏览器厂商和Web应用提供方使用多 种方式来加速web应用的访问。IE8、Firefox和Google化rome等主流的浏览器规定每个域 名同时可W建立6条TCP连接，通过增大并行度W降低请求和响应的停等式传输带来的影 响。而Web应用提供方为了进一步加快访问速度，将不同的对象部署在不同的域名下来进一 步增大并行度。运些加速机制在低延迟的网络可W加快Web访问速度，但也导致Web应用传 输的网页对象进一步分散到不同的TCP流中，形成了大量的短数据流。运些短流在卫星网络 中的传输控制开销严重降低了卫星网络中的web服务访问速度。 目前，在卫星网络环境下，已有很多在传输层和应用层优化技术。其中，传输层优 化技术包括:通过RTT动态指数增窗和动态的降窗算法来修改TCP中的拥塞控制策略;通过 随机早期检测和窗口大小调整进行TCP拥塞控制;提升延迟敏感服务质量的包调度策略;针 对近地卫星网络中卫星频繁切换的特点，使用MPTCP平滑网络切换延迟。 在应用协议的研究中，HTTP PEP是专口针对HTTP协议进行加速，其主要使用了 HTTP对象缓存、HTTP预取等关键技术;FFDP是针对卫星网络中文件传输而设计的协议，该协 议通过定时请求未确认数据包和重传丢失数据包充分利用链路带宽，从而可W快速传输文 件;Google提出了 SPdy协议，该协议通过优先加载、多路复用、压缩、推送等技术加速HTTP的 访问，在卫星网络中可W缩短页面加载时间，但是该协议需要在浏览器和服务端同步部署， 且在高误码率的卫星网络中该协议的传输速率容易产生抖动。 W上的研究工作都忽略了目前短流占互联网流量绝大部分的特性。而实际上，TCP 采用=次握手的过程来建立连接，运在高延时的卫星网络中大大降低短流的传输效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种卫星网络中并发TCP连接复用方法，其目的在于，解决上述卫星 网络通信的高延迟和高误码率等问题，通过避免=次握手的过程和充分利用复用流窗口提 升卫星网络中短流的传输效率。 -种卫星网络中并发TCP连接复用方法，包括W下步骤：[000引步骤一，启动网关，判断当前网关类型；如果当前网关与客户端连接，则当前网关类型是小站网关，并转入步骤二； 如果当前网关与服务器相连，则当前网关是中屯、站网关，并转入步骤八； 步骤二，配置小站网关； 小站网关配置TCP并发连接数为最大值后，将客户端会话向小站网关与中屯、站网 关间TCP连接的小站映射表初始化为空，并转入步骤 步骤S，小站网关依据网络状态确定并发TCP的连接数n后，并建立n条TCP长连接 到中屯、站网关，把每条TCP连接加入到并发TCP的连接池队列中，并转入步骤四； 步骤四，小站网关接收来自客户端发送的数据包并判断接收的数据包类型； 如果数据包是客户端连接的请求则转入步骤五； 如果数据包是客户端的数据则转入步骤六； 如果数据包是中屯、站网关的数据则转入步骤屯； 步骤五，小站网关收到客户端的建立连接请求后，采用最高速率优先策略分配1条 TCP长连接给该客户端连接，在小站映射表中添加该客户端连接与其对应TCP长连接的映射 关系，并转入步骤四； 步骤六，小站网关收到并读取客户端的数据后，首先封装该客户端所对应的会话 信息，在该客户端所对应的TCP长连接上发送数据，并转入步骤四； 步骤屯:小站网关收到中屯、站网关的数据后，首先解析数据包中的会话信息，然后 在小站映射表上查找该会话所对应的客户端，向该客户端连接上转发数据，并转入步骤四； 步骤八:配置中屯、站网关； 中屯、站网关配置TCP并发连接数为最大值基本系统参数后，将小站网关与中屯、站 网关间TCP连接向服务端会话的中屯、站映射表初始化为空，并转入步骤九； 步骤九：如果中屯、站网关收到小站网关的新建TCP流请求，则把该新建TCP流加入 到并发TCP连接池的队列中，并转入步骤十;如果中屯、站网关没有收到小站网关的新建TCP 流请求，则继续等待，并重复步骤九； 步骤十：中屯、站网关收到数据包并判断接收的数据包类型； 如果数据包为小站网关的数据则转入步骤十一； 如果数据包为是服务器端的数据则转入步骤十四； 步骤十一：中屯、站网关收到小站网关的数据后，首先解析数据包中的会话信息，然 后在中屯、站映射表中查找该会话所对应的服务器端，如果可W找到，则转入步骤十二，否则 转入步骤十 步骤十二:在该会话所对应的服务端连接上转发步骤十一收到的数据，并转入步 骤十； 步骤十创建中屯、站网关到目的服务器地址的连接和会话，并在中屯、站网关的 映射表中添加会话与网关之间TCP长连接的映射关系，然后在服务端连接上发送数据，并转 入步骤十； 步骤十四：中屯、站网关收到服务端的数据后，首先封装对应的会话信息，然后在该 会话所映射的TCP长连接上发送数据，并转入步骤十。所述步骤=中并发TCP的连接数n由W下公式确定： 其中，BW为带宽，V为每条TCP连接的速率，叩和!?!'!'分别为小站网关在 初始化时设定的丢包率和延迟。 建立n条到中屯、站网关的TCP长连接流，此后保持运n条TCP长连接流且不会再添加 新的TCP连接流，客户端和服务端的所有数据都在运n条TCP长连接流上传输，从而避免了建 立TCP连接的=次握手过程，提升了传输的效率。 所述步骤五中采用最高速率优先策略分配1条TCP长连接给该客户端连接的具体 过程如下： 根据每条TCP长连接流实时的拥塞窗口 CW和往返延时RTT，计算出CW/RTT作为每条 TCP长连接流的传输速率;从中选择传输速率最大的TCP长连接流与该客户端连接建立映 射。 保证数据的快速传输。 有益效果 本专利技术提供了一种卫星网络中并发TCP连接复用方法，根据对客户端发起的TCP连 接进行复用，在卫星网络的小站网关和中屯、站网关之间建立多条并发TCP长连接流，小站网 关将客户端发起的大量短流复用到并发TCP长连接上，中屯、站网关从并发TCP长连接上将客 户端短流解复用。通过避免=次握手开销和加大的发送窗口加速客户端流数据的数据，W 一定的复用比对客户端短流进行复用，避免卫星链路过高的传播延时，从而提高数据传输 的整体效率。【附图说明】 图1为本专利技术的流程示意图； 图2为在RlT为500ms、不同丢包的卫星网络环境下，通过浏览器访问本地部署的多 个网站的网页加载时间示意图； 图3为在丢包为1 %、不同RlT的卫星网络环境下，通过浏览器访问本地部署的多个 网站的网页加载时间示意图； 图4为在RTT为500ms、不同丢包的卫星网络环境下，通过浏览器访问国内访问量 top5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星网络中并发TCP连接复用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，启动网关，判断当前网关类型；如果当前网关与客户端连接，则当前网关类型是小站网关，并转入步骤二；如果当前网关与服务器相连，则当前网关是中心站网关，并转入步骤八；步骤二，配置小站网关；小站网关配置TCP并发连接数为最大值后，将客户端会话向小站网关与中心站网关间TCP连接的小站映射表初始化为空，并转入步骤三；步骤三，小站网关依据网络状态确定并发TCP的连接数n后，并建立n条TCP长连接到中心站网关，把每条TCP连接加入到并发TCP的连接池队列中，并转入步骤四；步骤四，小站网关接收来自客户端发送的数据包并判断接收的数据包类型；如果数据包是客户端连接的请求则转入步骤五；如果数据包是客户端的数据则转入步骤六；如果数据包是中心站网关的数据则转入步骤七；步骤五，小站网关收到客户端的建立连接请求后，采用最高速率优先策略分配1条TCP长连接给该客户端连接，在小站映射表中添加该客户端连接与其对应TCP长连接的映射关系，并转入步骤四；步骤六，小站网关收到并读取客户端的数据后，首先封装该客户端所对应的会话信息，在该客户端所对应的TCP长连接上发送数据，并转入步骤四；步骤七：小站网关收到中心站网关的数据后，首先解析数据包中的会话信息，然后在小站映射表上查找该会话所对应的客户端，向该客户端连接上转发数据，并转入步骤四；步骤八：配置中心站网关；中心站网关配置TCP并发连接数为最大值基本系统参数后，将小站网关与中心站网关间TCP连接向服务端会话的中心站映射表初始化为空，并转入步骤九；步骤九：如果中心站网关收到小站网关的新建TCP流请求，则把该新建TCP流加入到并发TCP连接池的队列中，并转入步骤十；如果中心站网关没有收到小站网关的新建TCP流请求，则继续等待，并重复步骤九；步骤十：中心站网关收到数据包并判断接收的数据包类型；如果数据包为小站网关的数据则转入步骤十一；如果数据包为是服务器端的数据则转入步骤十四；步骤十一：中心站网关收到小站网关的数据后，首先解析数据包中的会话信息，然后在中心站映射表中查找该会话所对应的服务器端，如果可以找到，则转入步骤十二，否则转入步骤十三；步骤十二：在该会话所对应的服务端连接上转发步骤十一收到的数据，并转入步骤十；步骤十三：创建中心站网关到目的服务器地址的连接和会话，并在中心站网关的映射表中添加会话与网关之间TCP长连接的映射关系，然后在服务端连接上发送数据，并转入步骤十；步骤十四：中心站网关收到服务端的数据后，首先封装对应的会话信息，然后在该会话所映射的TCP长连接上发送数据，并转入步骤十。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄家玮，何辞，张俊祥，王维，王建新，
申请(专利权)人：中南大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43