[发明专利]基于分块校验与确认的卫星网络TCP协议性能增强方法

说明书

技术领域

本发明公开一种基于分块校验与确认的卫星网络TCP协议性能增强方法，涉及卫星通信领域中的TCP协议性能增强技术，特别适合利用TCP协议进行数据传输的卫星通信系统使用。

背景技术

随着基于TCP/IP协议族的地面互联网的蓬勃发展，作为地面网络延伸和备份的卫星通信网络正朝着全IP化的方向快速演进，TCP协议也继在地面网络获得巨大成功之后，正逐渐成为卫星通信网络承载数据业务的主要协议。

但是，卫星信道是一种较为特殊的无线信道，具有传播时延长、信道误码高等固有缺陷，针对地面有线网络较为优越的传输环境而设计的TCP协议应用于卫星通信网络时，恶劣的信道环境使其吞吐率、带宽利用率等性能都大打折扣。

地面网络的传输往返时延一般为几个到几十个毫秒，卫星信道的传播延时则大得多，特别是在对地静止轨道卫星通信系统中，两地面站点对点往返传输时延在500毫秒左右。一方面，超长的时延使得TCP协议的慢启动过程较为漫长，慢启动状态花费的时间越长，文件的传输时间就越长，慢启动阶段在整个文件传输中的时间比例越高，信道的有效带宽利用率就越低；另一方面，超长的时延还会对标准TCP协议的最大吞吐量形成严重制约，TCP连接的最大吞吐量可由下式计算得出：

最大吞吐量＝最大发送窗口/往返时延

标准TCP协议的最大发送窗口为64K字节，依据上式计算，在往返时延约为500毫秒的静止轨道卫星通信系统中，标准TCP协议的最大吞吐量不会超过1Mbps，也就是说，即便可用的卫星信道带宽远远大于1Mbps，使用标准TCP协议进行数据传输的速率也不会超过1Mbps，这显然不能满足当今高速数据传输的需求，并会对宝贵的卫星信道带宽资源造成严重浪费。

卫星信道的高误码特性也会对TCP传输造成严重影响。在通常的静止轨道卫星通信环境下，卫星信道主要呈现高斯加性白噪声特性，误码以随机误码为主，误码率一般在10^-4-10^-6的范围内。当天气条件恶化时，信道的误码率还会更大。

标准TCP协议假设所有的错包和丢包都是由链路拥塞导致的，因此，当检测到错包或丢包后，会大幅降低发送速率，以减轻链路拥塞，使链路尽快恢复正常状态。标准TCP协议的这种处理方式在地面链路中是合理的，因为地面链路是以光纤、同轴电缆为主的高质量有线链路，误码率极低，造成错包和丢包的主要原因是链路拥塞。

但标准TCP协议的上述假设在卫星通信网络中是不成立的。由于卫星链路的高误码特性，卫星通信网络中的错包和丢包主要都是由信道误码导致的，当检测到错包或丢包并重传相应数据包后，链路并没有发生拥塞，可用带宽也并没有降低，发送端如果降低发送速率，会直接导致信道带宽利用率的降低，造成对宝贵卫星信道带宽资源的浪费。

为了克服卫星信道对TCP协议的不利影响，必须采用TCP协议性能增强技术。从实现途径上看，TCP协议性能增强技术主要分为两种：其一，直接对用户计算机终端中的TCP协议栈进行优化修改，以克服卫星信道的缺点；其二，设计专门的TCP性能增强代理，采用协议变换的方式将标准TCP协议在卫星链路上转换为经过优化的TCP协议，从而实现对用户透明的TCP协议性能增强。由于采用TCP性能增强代理无需用户对计算机终端做出任何修改，保持了对用户的透明性，因而绝大多数卫星通信系统都采用第二种方式实现TCP协议性能增强。

无论采用哪种实现方式，要实现TCP协议性能增强，都需要在兼容标准TCP协议的前提下，针对卫星信道特点，设计用于空间段的优化的TCP协议传输流程，以提高TCP协议在卫星信道环境下的传输性能。

发明内容

本发明的目的在于针对高误码对TCP协议的不利影响，在兼容标准TCP协议的前提下，基于“合并传输、分块重传”的思路，对TCP协议流程进行改进，提供一种基于分块校验与确认的卫星网络TCP协议性能增强方法，以提高TCP协议在卫星通信高误码环境中的传输性能。

本发明的目的是这样实现的，基于分块校验与确认的卫星网络TCP协议性能增强方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)依据标准TCP协议的规定，数据的发送端与接收端之间通过三次握手建立TCP连接；

(2)发送端按照设定的分块长度计算出待发TCP数据包的分块数，并对分块依次序编号；发送端基于待发TCP数据包及计算出的分块数，生成带分块校验选项的TCP数据包，并向接收端发送该TCP数据包；