基于单向链路时延的SCPS-TP双端双向拥塞控制模型与算法研究

Bandwidth usage and congestion control has been the hot and difficult problem in the study of the transport layer technology of space communication network. Most present researches on the model of congestion control cannot effectively realize two-way congestion control of the forward and reverse link in the space communication network. Therefore, this project studies the model and algorithms of end-to-end and two-way congestion control in SCPS-TP based on the one-way link delay, which includes the founding of the model and algorithms of end-to-end and two-way congestion control in SCPS-TP based on the one-way link delay, the TCP Vegas forward congestion control algorithm based on the length of data segments and forward link delay, and the multi-window SNACK acknowledgment mechanism study based on the length of acknowledgement segments and related study of options in TP header. In addition, the simulation, test and confirmation process of the above research based on the OPNET simulation system is done. The research results can provide important technical support for the application of SCPS-TP agreement, the establishment of space communication and the study on information networks of space earth integration.

在空间通信网络的传输层技术中，如何提高带宽利用率和进行有效的拥塞控制是研究的热点和难点问题。但现有的多数研究很难有效地实现空间通信网络中正向链路和反向链路的双向拥塞控制。为此，本课题开展基于单向链路时延的SCPS-TP双端双向拥塞控制模型与算法研究，主要包括基于单向链路时延的SCPS-TP双端双向拥塞控制模型的建立、基于数据分组长度和正向时延的TCP Vegas正向拥塞控制算法研究、基于确认分组长度的多窗口SNACK确认机制研究和相关的TP分组首部选项设计研究，并且基于OPNET仿真系统，进行仿真、测试与验证。研究结果可以为SCPS-TP协议的应用、空间网络的组建、以及空天地一体化信息网络的研究提供重要的技术支撑。

在空间通信网络的传输层技术中，如何提高带宽利用率和进行有效的拥塞控制是研究的热点和难点问题, 针对以上问题，学者们提出了一些改进的传输控制协议方案，部分研究成果考虑了反向链路状态对正向链路拥塞控制的影响，但仍然没有对反向链路进行直接而有效地控制，从而限制了带宽利用率。为此，本课题开展了基于单向链路时延的SCPS-TP双端双向拥塞控制模型的研究。.研究中首先提出了一种基于时延且能够维持反向链路确认频率的拥塞控制模型，该模型基于反向链路中确认分组的排队时延，在反向链路发生拥塞时，降低确认分组的发送频率，以缓解反向链路的拥塞程度；而在反向链路没有发生拥塞时，加快确认分组的发送频率，以提高正向链路中数据分组的吞吐量。其次，开展了基于数据分组长度和正向时延的TCP Vegas正向拥塞控制算法的研究，提出了基于正向时延的卫星网络拥塞控制算法，该算法通过测量数据分组的正向延迟时间，判定通信链路是否发生拥塞，并根据通信链路不同的拥塞类型采取不同的控制策略，使拥塞控制算法在反向链路发生拥塞时仍保持较高的吞吐率，适应了卫星网络带宽不对称特性。再次，开展了基于确认分组长度的多窗口SNACK确认机制及TP分组首部选项设计的研究，利用引入的反向链路拥塞因子进行两种确认方式（累计确认方式和SNACK确认方式）的转换并在原有的TP分组格式基础上，通过新增时间戳选项和修改SNACK选项，实现正向链路和反向链路拥塞信息的传递。最后开展了SCPS-TP建模与仿真技术研究，在OPNET Modeler仿真平台下，实现了CCSDS协议模型库，能够完成星间组网、星地组网的网络构建与部署，业务建模与传输，通信网络路由分析、业务性能分析、仿真结果统计分析与评估。.研究成果能够解决空间通信链路的反向链路拥塞控制问题，并提高正向链路的带宽利用率，可以为SCPS-TP协议的应用、空间网络的组建、以及空天地一体化信息网络的建设提供重要的技术支撑。