一種同步衛(wèi)星tcp協(xié)議分段連接優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同步衛(wèi)星TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星通信是指利用衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球地面站之間進(jìn)行通信。利用衛(wèi)星通信作為中繼傳輸媒體具有以下的優(yōu)勢:衛(wèi)星通信的波束覆蓋范圍廣，通信距離遠(yuǎn)；通信性能穩(wěn)定、可靠；系統(tǒng)建設(shè)迅速、簡便。
[0003]互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)目前正處于迅猛發(fā)展的態(tài)勢，隨著終端用戶數(shù)量的急劇增加，新興業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，以及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)覆蓋范圍的迅速擴(kuò)大，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
[0004]在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中廣泛應(yīng)用的TCP協(xié)議(Transmiss1n Control Protocol傳輸控制協(xié)議)，是面向連接的傳輸層協(xié)議，向上層應(yīng)用提供可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用TCP協(xié)議可以解決現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中遇到的問題，同時減少用戶地面站接入的軟、硬件改造成本，使衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面通信系統(tǒng)具有更好的兼容性。因此利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)承載互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，但設(shè)計和實(shí)現(xiàn)基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨許多挑戰(zhàn)，其中主要的問題就是TCP協(xié)議的應(yīng)用問題。TCP協(xié)議的設(shè)計初衷是在有線信道上提供穩(wěn)定、可靠的服務(wù)，而衛(wèi)星信道具有長時延(同步衛(wèi)星往返時延約500ms)、高誤碼率(約10_3)及信道不對稱(下行帶寬遠(yuǎn)大于上行帶寬)等特性，如果將TCP協(xié)議直接應(yīng)用于衛(wèi)星通信，將會很大程度上限制TCP協(xié)議的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提出一種基于分段連接機(jī)制的同步衛(wèi)星TCP協(xié)議優(yōu)化方法，以提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)中TCP協(xié)議的性能。
[0006]一種同步衛(wèi)星TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化方法，具體包括:
[0007]S1、同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)送端一發(fā)送網(wǎng)關(guān)，發(fā)送網(wǎng)關(guān)一接收網(wǎng)關(guān)，接收網(wǎng)關(guān)一接收端之間采用三次握手機(jī)制分別建立TCP連接；
[0008]S2、建立TCP連接后，地面鏈路部分(發(fā)送端一發(fā)送網(wǎng)關(guān)、接收網(wǎng)關(guān)一接收端)采用標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。衛(wèi)星鏈路部分(發(fā)送網(wǎng)關(guān)一接收網(wǎng)關(guān))的協(xié)議網(wǎng)關(guān)對接收到的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行處理并基于衛(wèi)星鏈路專有TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收；
[0009]S3、數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，步驟SI所述的已建立TCP連接的三部分分別釋放TCP連接，等待下一次發(fā)送端發(fā)出TCP連接請求。
[0010]進(jìn)一步地，所述TCP連接建立、傳輸及釋放階段，衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)器均采用透明轉(zhuǎn)發(fā)方式，以節(jié)省星上資源。
[0011]進(jìn)一步地，同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)針對通信信道參數(shù)不同將不同物理鏈路分割成不同的傳輸段，包括發(fā)送端一發(fā)送網(wǎng)關(guān)、發(fā)送網(wǎng)關(guān)一衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)一接收網(wǎng)關(guān)、接收網(wǎng)關(guān)一接收端三部分。
[0012]進(jìn)一步地，所述三次握手建立TCP階段，發(fā)送網(wǎng)關(guān)、衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)、接收網(wǎng)關(guān)對報文數(shù)據(jù)不作處理，采用透明轉(zhuǎn)發(fā)報文的方式，以增強(qiáng)連接的穩(wěn)定性。
[0013]進(jìn)一步地，在協(xié)議網(wǎng)關(guān)將接收到的數(shù)據(jù)報文去掉頭部，加上衛(wèi)星鏈路TCP專屬協(xié)議的報文頭部，目的是壓縮頭部，提高數(shù)據(jù)包在衛(wèi)星鏈路上的傳輸效率。
[0014]進(jìn)一步地，在所述協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)立數(shù)據(jù)緩存區(qū)，將發(fā)送端或接收端的TCP數(shù)據(jù)包存儲到緩存區(qū)中，確保數(shù)據(jù)在未確認(rèn)之前保留副本，以備重傳。
[0015]進(jìn)一步地，衛(wèi)星鏈路專有TCP協(xié)議針對衛(wèi)星鏈路長時延、高誤碼率及不對稱帶寬特性作出大幅度優(yōu)化改進(jìn)，包括欺騙ACK、數(shù)據(jù)包差錯控制、反向鏈路帶寬控制等。
[0016]進(jìn)一步地，所述ACK欺騙方式包括:考慮到在一定周期T內(nèi)，可以認(rèn)為衛(wèi)星信道參數(shù)保持恒定。在一定時間周期T內(nèi)，發(fā)送端協(xié)議網(wǎng)關(guān)在接收到數(shù)據(jù)報文后，向接收端協(xié)議網(wǎng)關(guān)發(fā)送信道探測報文，在預(yù)定時間內(nèi)收到反饋可證明信道狀態(tài)良好，則向發(fā)送端發(fā)送ACK信號，同時在周期T內(nèi)發(fā)送端協(xié)議網(wǎng)關(guān)在接收到數(shù)據(jù)報文后直接向發(fā)送端主機(jī)發(fā)送ACK確認(rèn)信息，以提高傳輸效率；若在預(yù)定時間內(nèi)未收到反饋信息，則認(rèn)為當(dāng)前衛(wèi)星信道狀態(tài)不佳，應(yīng)減慢TCP數(shù)據(jù)報文的傳輸，避免進(jìn)一步惡化信道。
[0017]進(jìn)一步地，所述衛(wèi)星鏈路在發(fā)收兩端間為單跳鏈路，鏈路中不存在擁塞，故數(shù)據(jù)在衛(wèi)星鏈路上必按順序傳輸，不會失序。
[0018]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)包差錯控制方法包括衛(wèi)星協(xié)議網(wǎng)關(guān)提供一種否定重傳機(jī)制(NACK)，如果接收協(xié)議網(wǎng)關(guān)收到的數(shù)據(jù)包分組號之間出現(xiàn)間隔，則可以認(rèn)定數(shù)據(jù)包的丟失是由誤碼而不是擁塞引發(fā)的，接收協(xié)議網(wǎng)關(guān)可以立即發(fā)送NACK，請求重傳丟失的報文。
[0019]進(jìn)一步地，所述反向鏈路帶寬控制包括在接收協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)計一種定時確認(rèn)機(jī)制，在接收協(xié)議網(wǎng)關(guān)接收到一定數(shù)量的ACK報文后向發(fā)送協(xié)議網(wǎng)關(guān)發(fā)送自己的ACK報文，使發(fā)送網(wǎng)關(guān)清除已確認(rèn)數(shù)據(jù)包，釋放緩存。降低反向衛(wèi)星鏈路ACK報文速率。
[0020]進(jìn)一步地，所述TCP傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束釋放連接階段，發(fā)送網(wǎng)關(guān)、衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)、接收網(wǎng)關(guān)對報文數(shù)據(jù)不作處理，采用透明轉(zhuǎn)發(fā)的方式，以增強(qiáng)連接的穩(wěn)定性，確保連接及時釋放。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]本發(fā)明提供了一種同步衛(wèi)星TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化方法，通過在衛(wèi)星接收端、發(fā)送端兩側(cè)地面站設(shè)立協(xié)議網(wǎng)關(guān)，將TCP協(xié)議分段連接，地面收發(fā)端與協(xié)議網(wǎng)關(guān)采用地面TCP協(xié)議進(jìn)行通信，協(xié)議網(wǎng)關(guān)之間采用衛(wèi)星鏈路專屬TCP協(xié)議進(jìn)行通信。專屬TCP協(xié)議采用類m)P協(xié)議(User Datagram Protocol,用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議)的報文格式，以提高通信數(shù)據(jù)在有限帶寬的衛(wèi)星鏈路中的傳輸效率。同時，專屬TCP協(xié)議針對衛(wèi)星鏈路長時延、高誤碼率及不對稱帶寬特性做出優(yōu)化改進(jìn)，包括:欺騙ACK、數(shù)據(jù)包差錯控制、反向鏈路帶寬控制。TCP連接的建立和釋放階段協(xié)議網(wǎng)關(guān)不對數(shù)據(jù)包進(jìn)行更改，采取透明轉(zhuǎn)發(fā)的方式以增強(qiáng)連接穩(wěn)定性；為節(jié)省星上資源，衛(wèi)星中繼全程采用透明轉(zhuǎn)發(fā)的方式。因此，本發(fā)明提供的TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化方法通過在收發(fā)兩端設(shè)立協(xié)議網(wǎng)關(guān)將通信鏈路分成地面鏈路和衛(wèi)星鏈路兩部分，并針對衛(wèi)星鏈路特性對TCP協(xié)議進(jìn)行大幅度改進(jìn)優(yōu)化，同時在數(shù)據(jù)傳輸過程中考慮衛(wèi)星信道狀態(tài)，減小用戶接收到的數(shù)據(jù)的誤碼率，綜合提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信質(zhì)量，提升系統(tǒng)性能。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明所述衛(wèi)星TCP協(xié)議網(wǎng)關(guān)協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明所述欺騙ACK方式流程示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明所述反向鏈路帶寬控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的同步衛(wèi)星TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化系統(tǒng)場景示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029]本發(fā)明所述同步衛(wèi)星TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化方法，步驟流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0030]步驟S1、同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)送端一發(fā)送網(wǎng)關(guān)，發(fā)送網(wǎng)關(guān)一接收網(wǎng)關(guān)，接收網(wǎng)關(guān)一接收端之間采用三次握手機(jī)制分別建立TCP連接。衛(wèi)星TCP協(xié)議網(wǎng)關(guān)協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0031]步驟S2、建立TCP連接后，地面鏈路部分(發(fā)送端一發(fā)送網(wǎng)關(guān)、接收網(wǎng)關(guān)一接收端)采用標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。衛(wèi)星鏈路部分(發(fā)送網(wǎng)關(guān)一接收網(wǎng)關(guān))的協(xié)議網(wǎng)關(guān)對接收到的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行處理并基于衛(wèi)星鏈路專有TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。
[0032]步驟S3、數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，步驟SI所述的已建立TCP連接的三部分分別釋放TCP連接，等待下一次發(fā)送端發(fā)出TCP連接請求。
[0033]通過上述步驟，地面收發(fā)端與協(xié)議網(wǎng)關(guān)采用地面標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議進(jìn)行通信，協(xié)議網(wǎng)關(guān)之間采用衛(wèi)星鏈路專屬TCP協(xié)議進(jìn)行通信。專屬TCP協(xié)議采用類UDP協(xié)議的報文格式，以提高通信數(shù)據(jù)在有限帶寬的衛(wèi)星鏈路中的傳輸效率。同時，專屬TCP協(xié)議針對衛(wèi)星鏈路長時延、高誤碼率及不對稱帶寬特性做出優(yōu)化改進(jìn)，包括:欺騙ACK、數(shù)據(jù)包差錯控制、反向鏈路帶寬控制。TCP連接的建立和釋放階段協(xié)議網(wǎng)關(guān)不對數(shù)據(jù)包進(jìn)行更改，采取透明轉(zhuǎn)發(fā)的方式以增強(qiáng)連接穩(wěn)定性；為節(jié)省星上資源。衛(wèi)星中繼全程采用透明轉(zhuǎn)發(fā)的方式。因此，本發(fā)明提供的TCP協(xié)議分段連接優(yōu)化方法通過在收發(fā)兩端設(shè)立協(xié)議網(wǎng)關(guān)將通信鏈路分成地面鏈路和衛(wèi)星鏈路兩部分，并針對衛(wèi)星鏈路特性對TCP協(xié)議進(jìn)行大幅度改進(jìn)優(yōu)化，同時在數(shù)據(jù)傳輸過程中考慮衛(wèi)星信道狀態(tài)，減小用戶接收到的數(shù)據(jù)的誤碼率，綜合提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信質(zhì)量，提升系統(tǒng)性能。
[0034]優(yōu)選地，由于地面發(fā)收端分別與地面站協(xié)議網(wǎng)關(guān)通信，并不直接與衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)接觸，使衛(wèi)星中繼對地面收發(fā)端透明，減少了地面鏈路改造成本，同時協(xié)議網(wǎng)關(guān)之間采用專屬TCP協(xié)議通信，可以進(jìn)一步提高傳輸效率。
[0035]衛(wèi)星鏈路專屬TCP協(xié)議就是在通過探測報文檢測出當(dāng)前信道狀況后，通過在發(fā)端協(xié)議網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)報文頭部進(jìn)行壓縮，以提高衛(wèi)星鏈路上數(shù)據(jù)報文的傳輸效率，同時根據(jù)衛(wèi)