衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸層協(xié)議研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使全球連在一起，未來人類的發(fā)展將向太空邁進(jìn)。下一代互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將是組網(wǎng)的重要一個環(huán)節(jié)。但衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)本身由于衛(wèi)星高速移動造成的鏈路誤比特率高、鏈路時(shí)延較大且時(shí)延變化劇烈、鏈路狀態(tài)變化頻繁等不同于地面網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),造成地面因特網(wǎng)中協(xié)議實(shí)現(xiàn)部分關(guān)于網(wǎng)絡(luò)特性的假設(shè)不再適用。本文詳細(xì)分析了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鏈路特性以及因?yàn)檫@些特性導(dǎo)致傳輸層協(xié)議（TCP）為什么不適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的原因。并改進(jìn)了一種動態(tài)估計(jì)吞吐量的方法并在演示驗(yàn)證平臺上實(shí)現(xiàn)空間通

2、信協(xié)議規(guī)格-傳輸協(xié)議（SCPS-TP）協(xié)議，以驗(yàn)證其協(xié)議的優(yōu)越性。
　　首先，本文對TCP協(xié)議在地面網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的前提進(jìn)行說明，并分析了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鏈路特點(diǎn)，得出TCP協(xié)議不適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的結(jié)論。針對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，根據(jù)CCSDS提出的基于TCP協(xié)議改進(jìn)的SCPS-TP協(xié)議進(jìn)行協(xié)議設(shè)計(jì)。針對鏈路長往返時(shí)延特性，SCPS-TP協(xié)議用發(fā)送窗口擴(kuò)展機(jī)制與增加超時(shí)重傳時(shí)間機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)；針對鏈路高誤比特率，SCPS-TP協(xié)議用包頭壓縮機(jī)制與選擇否定重

3、傳（SNACK）機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)；針對鏈路上下行速率不對稱特性，SCPS-TP協(xié)議用ACK延遲應(yīng)答與Vegas擁塞控制算法進(jìn)行改進(jìn)。在SCPS-TP的Vegas算法上，本文改進(jìn)了在中斷容忍網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)估計(jì)吞吐量的方法，該方法通過發(fā)送端發(fā)送窗口與基準(zhǔn)往返時(shí)延的比值得到網(wǎng)絡(luò)預(yù)測吞吐量。從而根據(jù)實(shí)測網(wǎng)絡(luò)吞吐量與估計(jì)吞吐量有效調(diào)整擁塞窗口大小，這種方法使實(shí)測網(wǎng)絡(luò)吞吐量與預(yù)測網(wǎng)絡(luò)吞吐量在一個量級，并可以使擁塞控制算法，如Vegas算法更加準(zhǔn)確的調(diào)整擁塞

4、窗口，避免由于鏈路質(zhì)量引起的分組丟失造成的擁塞窗口過快遞減、降低鏈路吞吐量的弊端，從而更好的增加了鏈路吞吐量。通過多種改進(jìn)方法，SCPS-TP協(xié)議有效提高數(shù)據(jù)重傳率、減小分組丟包率、降低信令開銷從而提高鏈路傳輸效率。
　　最后，本文模塊化設(shè)計(jì)協(xié)議功能，模塊化實(shí)現(xiàn)協(xié)議，并搭建半實(shí)物仿真演示驗(yàn)證平臺，在Ubuntu操作系統(tǒng)上使用Qt開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)SCPS-TP協(xié)議。并設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信場景，通過設(shè)計(jì)并測試多個演示驗(yàn)證腳本，分析演示驗(yàn)證腳本所有