[发明专利]面向卫星网络的多路径并行传输方法

说明书

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Internet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RBUF_CMT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n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[w_sum]＝l*E[w_path1]+E[w_path2]

E[Rwnd]＝E[w]*psize

l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。