CN100505608C - 一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法及系统。该方法包括以下步骤：发送设备向接收设备发送报文；发送设备接收到反馈信息，反馈信息是拥塞信息则减小发送报文量；反馈信息是链路误码信息则重传丢失的报文；反馈信息是报文接收确认信息则继续发送报文；在预定的时间段后没有收到反馈信息，则重新开始发送报文。系统包括：发送设备，用于发送报文及接收反馈信息；中间网关节点，用于将拥塞信息反馈给发送设备并同时丢弃一定量报文以减缓拥塞状况；接收设备，用于接收发送设备通过中间网关节点发送的报文并通过重复确认将链路误码信息和报文接收确认信息反馈给发送设备。采用本发明，可提高卫星网吞吐量和公平性并减小传输时延。

Description

一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法及系统，特别是一种应用于卫星网络中的自适应拥塞控制方法及系统。

背景技术

随着信息全球化的到来和多媒体技术与电信技术的结合发展，许多新的应用需求产生了，如多媒体会议、虚拟现实和计算机可视化等。它们都需要高速处理和高速传输作为技术支持。由于卫星网络通信具有空间跨越、远程通信与广播等独特的功能，并且能够向用户提供从话音到数据、从低速到高速、从单一通信到多媒体通信、从固定到移动等各种通信方式，因此卫星网络通信在通信系统领域正发挥着越来越重要的作用。与此相对应，网络管理已成为卫星通信网的必要组成部分。

为了更有效地提供数据传输业务，减少与其他网络协议的接口转换，传输控制协议(Transmission Control Protocol，简称TCP)在卫星通信网中的应用已受到关注。TCP的核心是拥塞控制机制。由于路由器的流量过载引起网络拥塞，即数据流量超过了路由器的缓冲处理能力时，路由器就会丢弃数据报文段。发生网络拥塞以后，除了重传丢失的数据报文段以外，TCP还要降低它的传输速率，以减少网络中的数据流量，从而使得路由器有足够的时间来处理转发数据报文段。然后TCP逐渐增加传输速率来探测网络的容量，以避免拥塞的再次发生。

为有线网设计的TCP在地面有线网中性能很好，但是，在卫星网中其性能却受到严重影响。因为地面有线网络的误码率很低，报文丢失都是由于链路拥塞造成的。而卫星网络误码率高，报文丢失可能由于链路误码造成。因此为有线网设计的TCP的拥塞控制造成了卫星网吞吐量低、缺乏公平性的问题，并不能适应卫星网的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中为有线网设计的TCP的拥塞控制不能适应卫星网的需要的缺陷，提供一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法及系统，从而提高了卫星网吞吐量和公平性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，包括如下步骤：

发送设备按指数增长方式向接收设备发送报文；

该发送设备接收到反馈信息，若该反馈信息是拥塞信息，则该发送设备减小向该接收设备的发送报文量；若该反馈信息是链路误码信息，则该发送设备保持原发送速率不变向该接收设备重传丢失的报文；若该反馈信息是报文接收确认信息，则该发送设备向该接收设备继续发送报文；

若在预定的时间段后该发送设备没有收到该反馈信息，则该发送设备将报文发送量减小到1并按指数增长的方式重新开始向该接收设备发送报文。

采用上述方法，通过拥塞信息和链路误码信息辨别报文丢失的原因，对链路拥塞和链路误码造成的报文丢失分别处理，并且使用完全恢复算法，从而大大提高了吞吐量和公平性，减小了传输时延。

基于上述适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，本发明还提供了一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统，包括：

发送设备，用于发送报文及接收反馈信息，具体包括报文发送模块、反馈信息接收模块；该报文发送模块用于发送报文；该反馈信息接收模块用于接收所述拥塞信息、所述链路误码信息及所述报文接收确认信息；该反馈信息接收模块与该报文发送模块连接；

中间网关节点，用于将拥塞信息反馈给该发送设备并同时丢弃一定量报文以减缓拥塞状况；

接收设备，用于接收该发送设备通过该中间网关节点发送的报文并通过重复确认将链路误码信息和报文接收确认信息反馈给该发送设备。

采用上述系统，通过中间网关节点反馈拥塞信息和接收设备反馈链路误码信息，使网络可以辨别报文丢失的原因，通过报文发送量控制模块实现完全恢复算法，可提高网络的吞吐量和公平性。

附图说明

图1为本发明一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法实施例1的流程图；

图2为本发明一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法实施例2的部分流程图；

图3为本发明一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统实施例1的结构图；

图4为本发明一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统实施例2的结构图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供了一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，包括如下步骤：

发送设备向接收设备发送报文；

该发送设备接收到反馈信息，若该反馈信息是拥塞信息，则该发送设备减小向该接收设备的发送报文量；若该反馈信息是链路误码信息，则该发送设备向该接收设备重传丢失的报文；若该反馈信息是报文接收确认信息，则该发送设备向该接收设备继续发送报文；

若在预定的时间段后该发送设备没有收到该反馈信息，则该发送设备重新开始向该接收设备发送报文。

图1为该方法实施例1的流程图，具体包括如下步骤：

发送设备通过中间网关节点向接收设备发送报文，网络进入慢启动阶段。慢启动是TCP协议中的一个标准算法，在慢启动中报文发送量的变化为1、2、4、8...，是一个指数形式的增长方式；

当报文发送量达到预定的门限值后，为了防止链路的拥塞必须减小报文发送量，网络进入拥塞避免阶段，报文发送量按加性方式即报文发送量每次增加1增长。

发送设备根据接收到的反馈信息的内容进行判断；

若该反馈信息是中间网关节点反馈的拥塞信息，即动态随机早期丢弃—显式拥塞通告(Dynamic Random Early Detection—Explicit CongestionNotification，简称DRED-ECN)回馈，则发送设备减小向接收设备发送报文量，可将发送报文量减小为原发送报文量的一半并以加性增长方式向接收设备发送报文，也可将发送报文量减小到其它适宜卫星网络传输的量；

若该反馈信息是接收设备反馈的链路误码信息，即重复确认，则发送设备向接收设备重传丢失的报文；

若该反馈信息是报文接收确认信息，则该发送设备向该接收设备继续发送报文。

若在预定的时间段后发送设备没有收到拥塞信息、链路误码信息或报文接收确认信息，则说明网络状态不可知，那么按照最保守的方法，重新进入慢启动阶段，即发送设备将报文发送量减小到1并按指数增长的方式向接收设备发送报文。

本实施例在卫星网络中引入了DRED-ECN回馈和重复确认。若发送设备收到了DRED-ECN回馈，则说明网络中的链路发生了拥塞。链路误码信息由多个重复的报文接收确认信息组成，接收端收到一个报文后要发送相应的报文接收确认信息ACK，比如接收端收到了编号为87的报文后发送相应的报文接收确认信息ACK。如果隔了一个时间段t没收到编号为88的报文，那么接收端再次发送87的报文接收确认信息ACK表明在等待报文88，以后每等待一个时间段发送一次87的报文接收确认信息ACK，发送端收到这样的多个重复的报文接收确认信息ACK称为重复确认。本实施例通过拥塞信息和链路误码信息辨别报文丢失的原因，对链路拥塞和链路误码造成的报文丢失分别处理，从而大大提高了吞吐量和公平性，减小了传输时延。

图2为本发明适合卫星网络的自适应拥塞控制方法实施例2的部分流程图。实施例2中，若该反馈信息是接收设备反馈的链路误码信息，即重复确认，则具体为：按照原来报文发送速率向接收设备重传丢失的报文，即快速重传丢失的报文；丢失的报文重传后，发送设备按照原来报文发送速率并以加性增长方式向接收设备发送报文。

在实施例2中，同样对链路拥塞和链路误码造成的报文丢失分别处理，并且由于已经根据链路误码信息和拥塞信息区分了报文丢失的原因，因此当系统知道此时的报文丢失是由于链路误码造成的，就不按传统方法将报文发送量减小，而按照完全恢复算法，保持报文发送量不变，进入拥塞避免阶段，从而能进一步提高吞吐量、减小传输时延。

基于上述适合卫星网络的自适应拥塞控制方法本发明还提供了一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统。图4为本发明一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统实施例1的结构图，系统包括：发送设备1，进一步具体包括报文发送模块11、反馈信息接收模块12；中间网关节点2；接收设备3。

发送设备1用于通过中间网关节点2向接收设备3发送报文及接收反馈信息。具体是报文发送模块11通过中间网关节点2向接收设备3发送报文，在慢启动阶段，发送设备1以指数形式增长方式向接收设备3发送报文，报文发送量的变化为1、2、4、8...，是一个指数形式的增长；当报文发送量达到预定的门限值后，为了防止链路的拥塞必须减小报文发送量，网络进入拥塞避免阶段，发送设备1以加性增长方式向接收设备3发送报文，即报文发送量每次增加1增长。反馈信息接收模块12接收中间网关节点2反馈的拥塞信息及接收设备3反馈的链路误码信息和报文接收确认信息，反馈信息接收模块12若接收到拥塞信息即DRED-ECN回馈，则发送设备1减小向接收设备3发送报文量，反馈信息接收模块12若接收到链路误码信息，即多个重复的报文收到确认信息，则发送设备1向接收设备3重传丢失的报文；若反馈信息接收模块12接收到报文接收确认信息，则发送设备1继续向接收设备3发送报文。

适合卫星网络的自适应拥塞控制系统实施例1通过中间网关节点2反馈拥塞信息和接收设备3反馈链路误码信息，使网络可以辨别报文丢失的原因，对链路拥塞和链路误码造成的报文丢失分别处理，从而提高了网络的吞吐量和公平性，减小了传输时延。

图5为本发明一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统实施例2的结构图，在实施例1的基础上，系统还包括报文发送量控制模块13，分别与报文发送模块11及反馈信息接收模块12连接。报文发送量控制模块13进一步根据反馈信息接收模块12接收到的拥塞信息、链路误码信息或报文接收确认信息控制报文发送模块的报文发送量。若反馈信息接收模块12接收到链路误码信息，则报文发送量控制模块13控制发送设备1按照原来报文发送速率向接收设备3重传丢失的报文，即快速重传丢失的报文，丢失的报文重传后，控制发送设备1按照原来报文发送速率并以加性增长方式向接收设备3发送报文；反馈信息接收模块12若接收到拥塞信息，则报文发送量控制模块13控制发送设备1减小向接收设备3发送报文量；若反馈信息接收模块12接收到报文接收确认信息，则报文发送量控制模块13控制发送设备1继续向接收设备3发送报文；反馈信息接收模块12若没有收到任何信息，则报文发送量控制模块13控制发送设备1将报文发送量减小到1并按指数增长的方式向接收设备3发送报文。

适合卫星网络的自适应拥塞控制系统实施例2通过报文发送量控制模块13对链路拥塞和链路误码造成的报文丢失分别处理，当系统知道此时的报文丢失是由于链路误码造成的，就不按传统方法将报文发送量减小，而按照完全恢算法，进入拥塞避免阶段，从而能进一步提高吞吐量、减小传输时延。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，其中，包括如下步骤：

发送设备按指数增长方式向接收设备发送报文；

该发送设备接收到反馈信息，若该反馈信息是拥塞信息，则该发送设备减小向该接收设备的发送报文量；若该反馈信息是链路误码信息，则该发送设备保持原发送速率不变向该接收设备重传丢失的报文；若该反馈信息是报文接收确认信息，则该发送设备向该接收设备继续发送报文；

若在预定的时间段后该发送设备没有收到该反馈信息，则该发送设备将报文发送量减小到1并按指数增长的方式重新开始向该接收设备发送报文。

2.根据权利要求1所述的适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，其中，所述发送设备按指数增长方式向接收设备发送报文具体包括如下步骤：

所述发送设备按指数增长方式向所述接收设备发送报文；

报文发送量达到预定的门限值，所述发送设备按加性增长方式向所述接收设备发送报文。

3.根据权利要求2所述的适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，其中，所述发送设备减小向该接收设备发送报文量具体为所述发送设备将发送报文量减小为原发送报文量的一半并以加性增长方式向所述接收设备发送报文。

4.根据权利要求1或2或3所述的适合卫星网络的自适应拥塞控制方法，其中，所述保持原发送速率不变向该接收设备重传丢失的报文之后还包括所述发送设备按照原报文发送量并以加性增长方式向所述接收设备发送报文的步骤。

5.一种适合卫星网络的自适应拥塞控制系统，其中，包括：

发送设备，用于发送报文及接收反馈信息，具体包括报文发送模块、反馈信息接收模块；该报文发送模块用于发送报文；该反馈信息接收模块用于接收所述拥塞信息、所述链路误码信息及所述报文接收确认信息；该反馈信息接收模块与该报文发送模块连接；

中间网关节点，用于将拥塞信息反馈给该发送设备并同时丢弃一定量报文以减缓拥塞状况；

接收设备，用于接收该发送设备通过该中间网关节点发送的报文并通过重复确认将链路误码信息和报文接收确认信息反馈给该发送设备。

6.根据权利要求5所述的适合卫星网络的自适应拥塞控制系统，其中，所述发送设备还包括报文发送量控制模块，用于根据所述反馈信息接收模块收到的所述拥塞信息或所述链路误码信息控制该报文发送模块的报文发送量。

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