衛(wèi)星通信網(wǎng)絡運輸層協(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。下一代互聯(lián)網(wǎng)建設，衛(wèi)星網(wǎng)絡將是組網(wǎng)的重要一個環(huán)節(jié)。但衛(wèi)星網(wǎng)絡本身由于衛(wèi)星高速移動造成的鏈路誤比特率高、鏈路時延較大且時延變化劇烈、鏈路狀態(tài)變化頻繁等不同于地面網(wǎng)絡的特點,造成地面因特網(wǎng)中協(xié)議實現(xiàn)部分關于網(wǎng)絡特性的假設不再適用。本文詳細分析了衛(wèi)星網(wǎng)絡鏈路特性以及因為這些特性導致傳輸層協(xié)議（TCP）為什么不適應衛(wèi)星網(wǎng)絡的原因。并改進了一種動態(tài)估計吞吐量的方法并在演示驗證平臺上實現(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)絡中運行的前提進行說明，并分析了衛(wèi)星網(wǎng)絡鏈路特點，得出TCP協(xié)議不適應衛(wèi)星網(wǎng)絡的結(jié)論。針對衛(wèi)星網(wǎng)絡特點，根據(jù)CCSDS提出的基于TCP協(xié)議改進的SCPS-TP協(xié)議進行協(xié)議設計。針對鏈路長往返時延特性，SCPS-TP協(xié)議用發(fā)送窗口擴展機制與增加超時重傳時間機制進行改進；針對鏈路高誤比特率，SCPS-TP協(xié)議用包頭壓縮機制與選擇否定重

3、傳（SNACK）機制進行改進；針對鏈路上下行速率不對稱特性，SCPS-TP協(xié)議用ACK延遲應答與Vegas擁塞控制算法進行改進。在SCPS-TP的Vegas算法上，本文改進了在中斷容忍網(wǎng)絡中動態(tài)估計吞吐量的方法，該方法通過發(fā)送端發(fā)送窗口與基準往返時延的比值得到網(wǎng)絡預測吞吐量。從而根據(jù)實測網(wǎng)絡吞吐量與估計吞吐量有效調(diào)整擁塞窗口大小，這種方法使實測網(wǎng)絡吞吐量與預測網(wǎng)絡吞吐量在一個量級，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，本文模塊化設計協(xié)議功能，模塊化實現(xiàn)協(xié)議，并搭建半實物仿真演示驗證平臺，在Ubuntu操作系統(tǒng)上使用Qt開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)SCPS-TP協(xié)議。并設計衛(wèi)星通信場景，通過設計并測試多個演示驗證腳本，分析演示驗證腳本所有