卫星-地面混合网络TCP拥塞控制机制优化研究

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卫星-地面混合网络具有很大的网络覆盖范围和很强的应急通信能力,但是组网复杂,应用场景多变,导致往返时延和丢包率范围很大,可靠高效的传输数据面临巨大挑战。本文研究混合网络使用TCP传输数据时拥塞控制机制的优化问题,主要内容如下:首先,研究了混合网络传输协议性能现状和发展趋势。讨论了混合网络的特性及其对传输性能的影响;探索了国内外重要组织或机构研究的进展和成果;对基于网络分割和端到端传输加速方案的研究成果进行了总结。第二,提出一种针对长往返时延的传输加速算法。使用固定加速比把混合网络较大的往返时延范围进行压缩,提高了拥塞窗口打开速度,在拥塞避免阶段使用立方函数控制,使拥塞窗口能够长久保持。该算法能够在长往返时延环境保持高速发送数据,提高了传输性能。第三,提出基于往返时延偏移的传输速率自适应机制。选择合理的上下限,对往返时延进行标准化处理得到标准延迟因子,这个因子能够反应网络资源的剩余情况。使用标准化延迟因子修正拥塞窗口增长和减小因子,实现数据发送速率随往返时延偏移自适应调整。该机制减少了网络拥塞发生的可能性,能够区分随机丢包和网络拥塞。最后,构建仿真环境,对提出的两种优化技术进行了全面深入的仿真实验和分析。结果表明,优化后算法传输性能提升超过20%,传输加速算法主要侧重于长往返时延环境,而基于往返时延偏移的传输速率自适应机制在高丢包率环境具有更好的性能。算法的协议公平性指数优于现有算法,能够为并发传输流公平分配带宽。
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