专利名称：面向卫星网络的多路径并行传输方法
技术领域：
本发明是一种面向卫星网络中传输层协议的性能解决方案。主要用于提高多路径并行传输协议(Concurrent Multipath Transfer，简称CMT)在卫星网络中的性能，属于卫星网络传输层拥塞控制的技术领域。
背景技术：
随着网络接口技术的成熟以及互联网逐步异构化，许多移动设备具有了多接口的特性，但是目前普遍使用的TCP/IP协议和流控制传输协议(SCTP)只能使用单一接口传输数据，不能有效的利用带宽资源，但是多路径并行传输(CMT)很好地解决了这一问题。CMT 建立在SCTP的基础上，继承SCTP的多宿性和多流性，和目前研究的mTCP比较相似，其利用了带宽聚合技术，源主机和目的主机可以使用多条路径同时传输数据，充分利用可用带宽， 提高了吞吐量，且提高了传输的可靠性和容错能力，当某条路径因某种原因发生链路瘫痪， 可以继续选择其他路径继续传输，在一定程度上提高了传输的安全性。随着网络通信技术的不断进步，卫星通信以其宽覆盖范围，良好的传播能力和不受各种地域条件限制等优点成为无线^ternet接入的重要手段。与地面网络不同的是，卫星网络具有BDP值(带宽与双向传输延迟时间的乘积)大，误码率高，信道不对称及移动频繁等特性，这些特点导致数据包在传输过程中频繁产生丢包。使用CMT协议在卫星网络环境下进行数据传输时，由于受到高误码率的影响，数据包不可能同时到达接收端，同时丢包也会使得数据包乱序现象更加严重，接收端设置了接收缓存，该缓存由传输过程中多条数据子流共享，传输层向应用层递交数据块必须是按序递交，因此失序的数据块必须保存在缓存中，即会引起大量的数据块在接收端缓存滞留，导致缓存阻塞。并且传统的CMT把所有丢包都简单的认为是某条链路因为网络拥塞而盲目采取相应的控制策略，导致对应的链路拥塞窗口调节过度，使得系统的利用率和整个网络的吞吐量下降。因此，在卫星网络中，除了原有的拥塞控制外，必须增加差错控制的任务。综上所述，传统的基于地面网络的CMT协议不能适应于长时延、高误码的卫星网络的环境，需要一种改进的CMT协议缓解因不同链路特性差异造成的接收端缓存阻塞问题，同时根据网络状况自适应区分拥塞与误码，实现了对链路的高效利用。
发明内容
技术问题为了克服卫星网络对多路径并行传输的影响，本发明提出了一种面向卫星网络的多路径并行传输方法，在缓解接收端缓存阻塞的基础上根据链路中传输的TSN 相对连续的分组时延抖动正确判断网络的拥塞状况，并选取返回时延最短的路径将拥塞因子及时的反馈给源端，源端调节相应链路的拥塞窗口，调整注入网络的数据量，提升整体网络的性能。技术方案本方法是一种策略性方法，综合考虑卫星网络环境与多路径并行传输的特性，利用传输层端到端技术的无缝、搞笑、独立等特点，在缓解缓存阻塞基础上提出一种基于分组时延抖动区分拥塞与误码方法，并选取最优路径反馈信息，保证当前卫星网络提供一个尽最大努力的服务。本方法基本思想是建立在缓解缓存阻塞的基础上，采取一种基于丢包区分的CMT 改进方法，接收端判断到达目的节点分组的延迟，延迟增加反映网络拥塞加重，因此，延迟的变化可以反映出拥塞的变化，接收端通过SACK确认包将拥塞标志传递给源端，源端结合拥塞标志和数据块重传标识相应地调整拥塞窗口，调整发送速率。同时，源端比较所有目的节点发送的SACK数据包的传输时延选取一条时延最短的路径作为反馈包的最优路径，对于源端，其有助于更迅速的调整拥塞窗口，减轻了窗口增长过快引起的网络性能恶化，且及时的重传丢失的数据块，提高了卫星网络中多路径并行传输的吞吐量、窗口抖动、时延和丢包率等方面等性能。一、体系结构首先，当使用卫星网络来处理网络业务流时，由于卫星网络的带宽比较大，数据传输的速率比较高，如果接收端缓存容量不足在很大程度上制约整体网络的性能，因此必须结合卫星网络与多路径并行传输协议的特点对缓存进行预估计，使得缓存容量为RBUFQIT值
时整体网络的性能与缓存为无穷时的性能接近。接收端缓存最小值为，Bi表示链
路i的带宽，有η条路径同时传输。多路径并行传输中接收端缓存容量的大小与链路之间的时延比呈线性关系，相应的缓存容量可以估算为E [wSUffl] = [wpathl] +E [wpath2]E[Rwnd] = E[w]*psize1为链路2的时延与链路1时延的比值，E[w]表示拥塞窗口的平均值，psize表示数据传输过程中数据块的大小，其值小于MTU。多路径并行传输中每条路径相当于一条SCTP偶联，和TCP类似，每个SCTP端点都使用RWND、SSTHERESH和CWND三个控制变量来规定其发送速率，端点使用慢启动和拥塞避免算法以控制进入到网络中的数据数量，每一条链路都有其对应的拥塞控制策略，因此，从数据处理的角度上来说，每一条SCTP连接和TCP连接是相同的，这里借鉴TCP中的拥塞窗口估计值
权利要求
1.一种面向卫星网络的多路径并行传输方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤 步骤一，发送端与接收端通过四次握手机制交换通信状态，经过多条卫星链路建立偶联；步骤二，发送端发送数据块前，在分组的分组头字段中记录发送时间戳，同时设置一个短字节存放路径标识符，初始值为-1表示接收端反馈确认块的最优路径暂时没计算； 步骤三，发送端发送数据块；步骤四，接收端每个目的端口接收到数据分组后，处理数据分组，根据处理结果设置相应的接收端缓存容量，如果此时的路径标识为-1，则按源路径发送反馈数据块，否则应按照路径标识指定的路径反馈数据块，并且通告发送端接收端的窗口信用值，表示接收端仍允许接收多少字节的数据块；步骤五，发送端收到反馈确认块后，处理反馈数据分组，根据处理结果填充最优返回路径标识符字段，如果继续传输数据，跳转步骤三，否则，转步骤六；步骤六，发送端与接收端通过三次握手机制关闭对等端点之间的偶联，拆除双方的连接。
2.如权利要求1所述的面向卫星网络的多路径并行传输方法，其特征在于发送端收到反馈确认块后，处理反馈数据分组具体步骤为步骤一，发送端收到目的地址i反馈的确认数据块，保存拥塞控制因子与接收端IP地址；步骤二，如果同样的确认数据块已接收三次，表明向目的地址i发送的某个分组丢失， 立即重新传送该数据块；步骤三，判断拥塞控制因子的绝对值是否大于1，如果是，则根据接收端IP地址字段相应的调整目的地址i对应的拥塞窗口，降低发送速率，否则不作调整，表示该分组丢失是由于卫星网路误码率高引起的；步骤四，发送端判断接收端所有目的端口发送的确认数据块返回时延，确定最短返回时延对应的路径，将该路径标识存放路径标识字段中。
3.如权利要求1所述的面向卫星网络的多路径并行传输方法，其特征在于接收端每个目的端口接收到数据分组后，处理数据分组具体步骤为步骤一，接收端目的端口 i收到一个数据分组；步骤二，根据多条链路的往返时延比值、拥塞窗口的平均值及数据传输过程中数据块的大小计算出接收端缓存容量的下限值；步骤三，如果收到的分组数目大于3，根据分组时延抖动计算拥塞控制因子，并且通过平滑因子平滑拥塞控制因子；步骤四，在确认块头字段中添加反馈时间戳，拥塞控制因子及目的端口 i对应的IP地址，同时记录累积编号、间隔证实块与重复的编号。
全文摘要
面向卫星网络的多路径并行传输方法是一种在卫星网络传输层中进行数据传输的控制方法，本发明结合卫星网络与多路径传输特性做出改进在缓解接收端缓存阻塞的基础上，采取一种基于时延抖动的丢包区分方法，接收端通过确认包将拥塞标志传递给源端，源端结合拥塞标志和数据块重传标识相应地调整拥塞窗口，调整发送速率。同时，源端比较所有目的节点反馈的数据包时延选取一条时延最短的路径作为反馈包的最优路径，对于源端，其有助于更迅速的调整拥塞窗口，减轻了窗口增长过快引起的网络性能恶化，且及时的重传丢失的数据块，提高卫星网络中多路径并行传输的吞吐量、窗口抖动、时延和丢包率等方面等性能。
文档编号H04L1/00GK102546106SQ20111044834
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者叶晓国, 孙力娟, 王汝传, 肖甫, 蔡冬, 郭剑 申请人:南京邮电大学