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卫星通信网络拥塞控制算法研究

作　者: 李静森
导　师: 杨力
学　校: 大连大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 传输控制协议 拥塞控制 卫星网络 传播时延 非对称
分类号: TN927.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 6次
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内容摘要


目前，地面网络通信技术已经相当成熟，针对地面网络设计的拥塞控制算法在长延时、高误码率和非对称的卫星链路环境中性能受到严重影响。卫星网络作为未来全球移动通信系统的重要基础设施，信息的高效可靠传输对拥塞控制算法提出了更高的要求。为解决此问题，首先介绍了卫星网络的特点以及卫星网络中拥塞控制算法的国内外研究现状。其次，介绍了TCP协议的工作机制以及地面网中广泛使用的TCP westwood算法，并且分析了该算法在卫星通信中面临的问题。最后，针对具有高动态时延变化和非对称带宽特点的卫星网络，提出了新的改进方案。本文的主要创新工作及研究成果总结如下：(1)针对卫星网络通信路径发生改变引起往返时延突变，导致现有的TCP westwood算法对超时重传时间估计不准确，并对拥塞窗口计算产生不利影响的问题，本文提出了一种基于链路长度的带宽估计算法——TCPW-BLC算法。通过计算通信链路长度合理调整拥塞窗口、慢启动阈值及超时重传定时器中相关参数的增益因子，使拥塞控制算法在往返时延突变情况下仍保持较高吞吐量，适应卫星网络的高动态环境特性。(2)针对非对称卫星网络反向链路发生拥塞时，确认信息延迟或丢失，抑制前向链路发送速率增长，造成TCP性能下降的问题，本文提出了一种通过反向链路拥塞检测与拥塞警告机制合理调整源端拥塞窗口的算法——TCPW-ASN算法。该算法通过比较前向链路发送数据包和反向链路接收确认包的相对速度来监听网络状态，根据不同的状态启动相应的拥塞控制策略，达到提高非对称卫星网络TCP性能的效果。采用NS2仿真软件对本文算法进行仿真校验，仿真结果表明，与TCP westwood等算法的性能相比，TCPW-BLC算法能够有效提高卫星网络的吞吐量，降低时延突变对拥塞控制机制产生的不利影响；TCPW-ASN算法在反向链路拥塞发生时，吞吐量性能明显优于其它算法，避免了卫星链路的带宽浪费。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-11
1 绪论  11-20
  1.1 背景及问题的提出  11-14
    1.1.1 课题研究背景  11-12
    1.1.2 课题的提出  12-14
  1.2 TCP 拥塞控制研究现状  14-18
    1.2.1 针对长时延改进算法  14-16
    1.2.2 针对高误码改进算法  16-17
    1.2.3 针对带宽不对称改进算法  17-18
  1.3 研究内容与论文结构  18-20
    1.3.1 研究内容  18
    1.3.2 论文结构  18-20
2 TCP 拥塞控制技术研究  20-27
  2.1 TCP 协议的工作机制  20-21
    2.1.1 慢启动和拥塞避免  20
    2.1.2 快重传和快恢复  20-21
  2.2 TCP westwood 算法介绍  21-24
    2.2.1 带宽估计原理  21-23
    2.2.2 慢启动阈值和拥塞窗口的设置  23-24
  2.3 卫星链路对 TCP westwood 算法的影响  24-25
    2.3.1 最小往返时延估计不准  24
    2.3.2 超时重传计时器失效  24-25
    2.3.3 反向链路拥塞  25
  2.4 结论  25-27
3 高动态卫星网络 TCP westwood 算法改进  27-43
  3.1 TCPW-BLC 算法的提出  27
  3.2 超时重传计算器相关参数分析  27-29
  3.3 TCPW-BLC 算法的设计思想  29-35
    3.3.1 计算星间通信链路长度  31-32
    3.3.2 更新重传定时器  32-33
    3.3.3 阈值选取  33-35
    3.3.4 最小往返时延计算的优化  35
  3.4 TCPW-BLC 算法性能仿真分析  35-42
    3.4.1 仿真工具与仿真环境  35-37
    3.4.2 仿真结果分析  37-42
  3.5 结论  42-43
4 非对称卫星网络 TCP westwood 算法改进  43-53
  4.1 TCPW-ASN 算法的提出  43-44
  4.2 TCPW-ASN 算法的设计思想  44-47
    4.2.1 反向链路拥塞检测  44-45
    4.2.2 反向链路拥塞警告  45-46
    4.2.3 拥塞控制策略  46-47
  4.3 TCPW-ASN 算法性能仿真分析  47-52
    4.3.1 仿真工具与仿真环境  48-49
    4.3.2 仿真结果分析  49-52
  4.4 结论  52-53
5 总结与展望  53-55
  5.1 本文的工作  53
  5.2 未来的研究方向  53-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  58-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 卫星通信和宇宙通信 > 卫星通信
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