卫星互联网TCP拥塞控制算法研究

摘要

目前互联网的业务需求剧增，但世界上还存在着许多偏远地区的用户无法享受到互联网服务的问题。随着宇航技术的快速发展，针对该问题，国内外多家互联网公司正在融资制定“卫星互联网”计划，旨在通过卫星系统实现全球互联网覆盖。这促使卫星通信系统成为实现全球互联网覆盖的重要基础设施。
　　卫星互联网中采用TCP/IP协议进行数据传输，而针对地面网络设计的TCP拥塞控制协议并不适用于卫星网络。这是因为其无法保证通信的高效可靠传输。针对卫星互联网的特点，提出适应卫星互联网的 TCP拥塞控制算法已成为卫星互联网亟待解决的问题。
　　本文首先介绍了卫星互联网的发展历史以及国内外对卫星网络提出的拥塞控制算法的研究现状；然后阐述了 TCP协议的工作机制以及传统拥塞控制算法，并分析了TCP Vegas算法在卫星互联网系统中存在的问题；最后，针对卫星互联网的时延突变和Vegas算法的带宽竞争力不足的问题，提出一种TCP Vegas-W改进算法。
　　针对卫星互联网TCP拥塞控制算法的研究，本文的主要贡献如下：
　　1、分析卫星互联网通信链路，并通过仿真验证铱星和泰利迪斯卫星网络系统存在普遍的往返时延突变现象，提出一种基于链路路径计算修正往返时延突变的LPC算法。该算法通过计算星间的通信路径长度并修正往返时延，使得提出的算法在TCP Vegas拥塞控制算法中能消除时延突变现象。
　　2、针对TCP Vegas算法在高动态卫星互联网下存在吞吐量性能下降问题，提出了带宽估计判决的Vegas-W改进算法。该算法通过结合LPC算法，并在拥塞避免阶段中引入带宽估计判决，使得 Vegas算法的带宽竞争力得到提升，适应Vegas算法在卫星互联网中的应用。
　　本文采用NS2仿真软件对所提算法进行仿真验证。首先仿真验证了LPC算法能有效消除卫星互联网的时延突变。然后把TCP Vegas-W算法和传统Vegas算法分别与Sack算法共享链路进行仿真验证。仿真结果表明Vegas-W相比Vegas算法在卫星互联网网络中吞吐量性能提高了40%，有效降低了时延突变和带宽竞争不足给 Vegas拥塞控制算法造成的不利影响。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 研究背景与意义

§1.2国内外研究现状

§1.3 论文研究内容与章节安排

第二章 卫星互联网与TCP协议分析

§2.1 TCP/IP协议介绍

§2.2 TCP拥塞的定义

§2.3 TCP拥塞控制算法过程

§2.4卫星网络对TCP拥塞控制算法的影响

§2.5本章总结

第三章 高动态卫星互联网LPC算法的设计与实现

§3.1 LEO卫星网络分析

§3.2卫星互联网往返时延仿真

§3.3 LPC算法方案

§3.4仿真结果与分析

§3.5 本章总结

第四章 高动态卫星互联网TCP Vegas-W算法

§4.1 Vegas算法介绍

§4.2 Vegas-W算法描述

§4.3仿真结果与分析

本章总结

第五章 总结与展望

§5.1 全文工作总结

§5.2 未来展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间主要研究成果