卫星通信中基于带宽估计的TCP传输控制算法研究

摘要

卫星通信在军事和民用方面都发挥着日益重要的作用，提高卫星通信中传输层协议的性能是目前国内外正在研究的重要课题。传统TCP协议虽然为有线网络通信提供了可靠的端到端数据传输，但在长时延、高误码的卫星通信环境中，TCP并不能获得较高的传输性能。为了提高卫星链路中数据传输的吞吐量和带宽利用率，必须针对卫星通信的环境特点对现有的传输控制算法作出改进。 本文首先详细分析了TCP协议规范，描述了卫星链路的特点，指出TCP应用于卫星通信时存在的问题。接着介绍了一些适合卫星通信的改进的传输层协议，并对它们的原理进行了阐述。带宽估计算法能改善传输协议在卫星通信中的性能，当发送端检测到数据包丢失时不盲目减小拥塞窗口，而是根据带宽估计值来设置拥塞窗口及慢启动门限值，能较好地解决卫星链路高误码带来的问题。由于受到突发数据、延迟确认、确认压缩等因素的影响，传统带宽估计算法存在着估计值偏高的问题，本文在此基础上提出了卫星通信中基于带宽估计的TCP传输控制算法BE-TCP（Bandwidth Estimation based Transmission Control Protocol），该算法改进了带宽采样值的计算方法，取得了更准确的带宽估计值，并使用了一种新的更新门限值的方法。 在对BE-TCP算法的吞吐量和带宽估计准确性进行理论分析之后，我们使用NS2仿真工具对BE-TCP的传输性能和带宽估计的准确性进行了仿真，理论分析和仿真结果均显示BE-TCP能准确地估计链路可用带宽，改善了TCP在卫星通信中的传输性能。