一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法、系统、设备及介质技术方案

一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法、系统、设备及介质，方法包括：先建立源端与目的端的连接，发送低优先级NIL分组来探测网络可用资源进行快启动，启动超时，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接，启动成功，则对发生的拥塞进行拥塞窗口调整，调整超时，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接，调整成功，则对丢失分组进行快速重传，再发送丢失分组，对NIL分组进行快速恢复，恢复成功则继续对拥塞窗口进行调整，恢复超时，则断开连接并重新建立连接；系统、设备及介质，用于实现一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法；本发明专利技术通过快启动、拥塞调整、快速重传及快速恢复，提高网络吞吐量，缩短了端到端的传输时延。传输时延。传输时延。

【技术实现步骤摘要】
一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及空间信息
，具体涉及一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]卫星网络能够为沙漠地区及远洋海域等地面移动通信网络无法覆盖的区域提供通信服务，能实现全球宽带业务接入，满足未来多样化业务的传输要求，已经成为下一代移动网络中的重要组成部分。
[0003]现有的卫星网络传输层协议TCP(Transmission Control Protocol)，通过慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复完成端到端传输，先通过源端的拥塞窗口从1开始以二倍指数增加，一旦网络出现拥塞，目的端的接收应答反馈超时，慢启动门限变为当前发送窗口的一半，拥塞窗口降为零，并从零以二倍指数增加直至达到慢启动门限以线性加一的速度缓慢增加，当源端收到来自目的端反馈的三个相同编号的重传请求时，源端将不再等待超时，立即重发该编号的分组同时慢启动门限设置为当前拥塞窗口大小，拥塞窗口变为原来的一半，并以线性加一的速度缓慢增加，但是具有以下缺点：
[0004](1)慢启动阶段：拥塞窗口初始值从1开始以二倍指数增加，影响了源端初始数据发送速率，降低了系统的吞吐量，增大了端到端的传输时延；
[0005](2)拥塞避免阶段：拥塞窗口在每收到一个成功发送的反馈信息后，只是线性增加一个单位长度，致使源端发送速率提升缓慢，降低了系统的吞吐量，增大了端到端的传输时延；
[0006](3)快速重传阶段：源端在收到3个重复的反馈信息后，才进行重传操作，增大了重传间隔，致使源端成功发送重传分组的时间增长，降低了系统的吞吐量，增大了端到端的传输时延。
[0007]J.Qu等研究了卫星网络拥塞避免问题(An Enhanced TCP Vegas Algorithm Based on Route Surveillance and Bandwidth Estimation over GEO Satellite Networks,"2010International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation,2010,pp.464
‑
467,doi:10.1109/ICMTMA.2010.663.)，但是没有考虑大规模卫星网络中长时延问题，在实际场景中卫星网络中由于卫星到地面的高度较高，传播时延较大，LEO到地面的往返时延大约50ms，MEO到地面的往返时延大约250ms，高轨卫星到地面往返时延大约239
‑
280ms，这个量级大小的时延必然会影响整个拥塞控制的结果。同样，J.Wang and K.Pham等通过对队列管理的优化对卫星网络中的拥塞控制进行了优化，考虑了长时延带来的排队问题和高误码丢包(Design of Nonlinear Control for Active Queue Management in TCP Satellite Communication Networks,"2020IEEE Aerospace Conference,2020,pp.1
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9,doi:10.1109/AERO47225.2020.9172560.)，但是其基于主队队列管理进行标记报告区分丢包的方法并不完善，而且其将TCP的框架进行了改
变，分为高低两层进行控制，其仅给出了低层控制设计，对于高层的设计仍不完善，与现有协议框架不兼容，在现有卫星网络系统中并不能实际应用。

技术实现思路

[0008]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法、系统、设备及介质，通过连接建立阶段发送NIL分组探测网络资源，及发生拥塞后通过调整拥塞窗口和对丢失分组的快速重传，提高了网络吞吐量，具有缩短端到端的传输时延的特点。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、建立源端与目的端的连接，并发送低优先级NIL分组来探测网络可用资源，进行快启动，启动成功，则执行步骤2，启动超时，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接；
[0012]步骤2、当步骤1发生拥塞时，进行拥塞窗口调整，调整成功，则执行步骤3，调整超时，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接；
[0013]步骤3、当步骤1和步骤2中出现丢失分组时，则进行快速重传；
[0014]步骤4、发送丢失分组，对NIL分组进行快速恢复，恢复成功，返回步骤2继续对拥塞窗口进行调整，恢复超时，则断开连接并重新建立连接。
[0015]所述的步骤1具体包括以下步骤：
[0016]步骤1.1、源端在发送SYN分组建立连接时，NIL分组在TCP协议规定的分组格式中
，
利用未规定的扩展位设置NIL标志位，发送不携带数据的NIL分组，发送的NIL分组数目见式(1)：
[0017]num＝ssthresh/seg_size 式(1)
[0018]式(1)中，num为NIL分组数目，ssthresh为慢启动门，seg_size为NIL分组的大小；
[0019]步骤1.2、NIL分组设置为低优先级，在中间的地面转发节点及卫星节点中收到分组后进行解析，检查分组中的NIL标志位是否为1，当发生拥塞时，丢弃顺序为：NIL分组>NIL ACK分组>非NIL分组；
[0020]步骤1.3、目的端收到NIL分组后，回馈NIL ACK分组给源端，源端每收到一个NIL分组，就在拥塞窗口中增加一个分组大小，在第三次握手连接建立前增加一个分组，当连接建立并开始发送组后，源端接收到NIL分组直接销毁，拥塞窗口不再增加一个分组大小，此时启动成功；
[0021]步骤1.4、源端在给目的端发送建立连接请求信息后，在规定的时间内，目的端没有及时反馈应答信息，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接。
[0022]所述的步骤2具体包括以下步骤：
[0023]步骤2.1、当步骤1发生拥塞时，通过式(2)计算当前网络情况下的理想吞吐量：
[0024]Expected＝cwnd(t
‑
1)/RTT_min 式(2)
[0025]式(2)中，Expected为在当前网络情况下的理想吞吐量，cwnd为上一时刻拥塞窗口值,RTT_min为最小往返时延；
[0026]步骤2.2、通过式(3)计算，当前网络情况下的实际吞吐量为：
[0027]Actual＝cwnd(t
‑
1)/RTT 式(3)
[0028]式(3)中，Actual为当前网络状况下的实际吞吐量，cwnd为上一时刻拥塞窗口值,RTT为当前往返时延；
[0029]步骤2.3、通过式(4)计算理想本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立源端与目的端的连接，并发送低优先级NIL分组来探测网络可用资源，进行快启动，启动成功，则执行步骤2，启动超时，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接；步骤2、当步骤1发生拥塞时，进行拥塞窗口调整，调整成功，则执行步骤3，调整超时，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接；步骤3、当步骤1和步骤2中出现丢失分组时，则进行快速重传；步骤4、发送丢失分组，对NIL分组进行快速恢复，恢复成功，返回步骤2继续对拥塞窗口进行调整，恢复超时，则断开连接并重新建立连接。2.根据权利要求1所述的一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1、源端在发送SYN分组建立连接时，NIL分组在TCP协议规定的分组格式中
，
利用未规定的扩展位设置NIL标志位，发送不携带数据的NIL分组，发送的NIL分组数目见式(1)：num＝ssthresh/seg_size 式(1)式(1)中，num为NIL分组数目，ssthresh为慢启动门，seg_size为NIL分组的大小；步骤1.2、NIL分组设置为低优先级，在中间的地面转发节点及卫星节点中收到分组后进行解析，检查分组中的NIL标志位是否为1，当发生拥塞时，丢弃顺序为：NIL分组>NIL ACK分组>非NIL分组；步骤1.3、目的端收到NIL分组后，回馈NIL ACK分组给源端，源端每收到一个NIL分组，就在拥塞窗口中增加一个分组大小，在第三次握手连接建立前增加一个分组，当连接建立并开始发送分组后，源端接收到NIL分组直接销毁，拥塞窗口不再增加一个分组大小，此时启动成功；步骤1.4、源端在给目的端发送建立连接请求信息后，在规定的时间内，目的端没有及时反馈应答信息，则断开连接并重新建立源端与目的端的连接。3.根据权利要求1所述的一种面向长时延高误码通信环境的端到端传输方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、当步骤1发生拥塞时，通过式(2)计算当前网络情况下的理想吞吐量：Expected＝cwnd(t
‑
1)/RTT_min 式(2)式(2)中，Expected为在当前网络情况下的理想吞吐量，cwnd为上一时刻拥塞窗口值,RTT_min为最小往返时延；步骤2.2、通过式(3)计算，当前网络情况下的实际吞吐量为：Actual＝cwnd(t
‑
1)/RTT 式(3)式(3)中，Actual为当前网络状况下的实际吞吐量，cwnd为上一时刻拥塞窗口值,RTT为当前往返时延；步骤2.3、通过式(4)计算理想吞吐量与实际吞吐量的差值，并估计路由器中的缓存量：式(4)中，Diff为估计的路由器中的缓存量；
步骤2.4、将步骤2.3中估计的路由器缓存大小Diff与阈值α和阈值β进行比较，根据式(5)调整拥塞窗口cwn...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱彦，盛敏，谢泽辉，李建东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：