基于opnet的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)反向擁塞控制的研究

尉軍輝

摘要：由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)信道的帶寬不對(duì)稱性，使得下行鏈路帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行鏈路帶寬，當(dāng)正向鏈路的數(shù)據(jù)包還遠(yuǎn)沒到達(dá)擁塞時(shí)，反向鏈路的確認(rèn)包有可能擁塞。本文對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的tcp的反向鏈路進(jìn)行擁塞控制，在提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、通信效率提升等方面做了改進(jìn)，并對(duì)其確認(rèn)機(jī)制SNACK機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)展，最后在opnet上進(jìn)行了仿真測(cè)試，證明了添加反向擁塞控制可以改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。

關(guān)鍵詞：opnet仿真 反向擁塞控制 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP393.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0028-01

1 引言

由于衛(wèi)星通信鏈路具有正反向鏈路帶寬不對(duì)稱的特征，因此在正向鏈路高速傳遞數(shù)據(jù)分組時(shí)極易發(fā)生反向鏈路的擁塞現(xiàn)象，目前不管是tcp Reno還是TCP vegas對(duì)衛(wèi)星反向鏈路擁塞控制的很少，而當(dāng)鏈路發(fā)生擁塞時(shí)，大多都是降低發(fā)送端分組的發(fā)送頻率，這雖然能緩解擁塞，但是以降低吞吐量為代價(jià)。此外，由于空間通信鏈路具有傳輸時(shí)延大的特征，用傳統(tǒng)的ACK確認(rèn)機(jī)制已不能滿足要求。本文深入研究SNACK即否定性確認(rèn)機(jī)制，使用SNACK代替ACK，提高衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。

2 擁塞控制原理概述及改進(jìn)

2.1 擁塞控制算法

TCP Reno擁塞控制主要是采用了控制發(fā)送端的發(fā)送速率，從而控制網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。TCP 協(xié)議采用一種加法增加乘法減少（AIMD）的擁塞控制算法。發(fā)送方維持著一個(gè)擁塞窗口，當(dāng)發(fā)送方發(fā)現(xiàn)窗口內(nèi)的一個(gè)報(bào)文發(fā)生丟失，則認(rèn)為這個(gè)丟失是由網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的，于是將窗口大小減半，以減小發(fā)送速率，從而避免擁塞的加重。如果窗口中的報(bào)文沒有發(fā)生丟失，則表明目前網(wǎng)絡(luò)狀況良好，發(fā)送者將窗口大小加大，進(jìn)而增大了報(bào)文的發(fā)送速率。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，由接收端控制確認(rèn)包的的數(shù)量，當(dāng)確認(rèn)包由于數(shù)量過于多，造成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)反向擁塞，將接收端的窗口大小減半，從而避免擁塞。

2.2 基于SNACK的改進(jìn)的擁塞控制

選擇性否定確認(rèn)（SNACK）是由選擇性確認(rèn)（SACK）與否定性確認(rèn)（NAK）組成的。tcp reno采用ACK確認(rèn)，由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)誤碼率較高，延時(shí)較大，使得網(wǎng)絡(luò)易出現(xiàn)誤碼丟包，于是對(duì)有的數(shù)據(jù)要經(jīng)過多次重傳才能到達(dá)，導(dǎo)致帶寬的極大浪費(fèi)。而SNACK當(dāng)接收端的接收數(shù)據(jù)緩存中可能存在多個(gè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤空洞，SNACK向發(fā)送端導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)的否定信息，發(fā)送端會(huì)根據(jù)定時(shí)器來發(fā)送指定的報(bào)文段。相對(duì)于SACK，NAK，更能節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，是一種適合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇_認(rèn)機(jī)制。

偽代碼如下：

If（receive-SNACK）//接收到SNACK

{op_pk_send（lost-packet）；根據(jù)接收到的SNACK指示，重傳丟失的數(shù)據(jù)段

Reset retransport timer；//重置重傳定時(shí)器

}

If（receive_ACK）//接收到正常ACK

{

op-pk_send（next-packet）//根據(jù)確認(rèn)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)段

Reset retransport timer；//重置重傳定時(shí)器

}

本文采用Reno，即傳統(tǒng)的擁塞控制，在發(fā)送端不變，在接收端通過添加擁塞控制，同時(shí)改用SNACK，而不用ACK，對(duì)提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率有重大的意義。

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

本文采用了在opnet仿真平臺(tái)下，在兩臺(tái)機(jī)器上安裝了TCP協(xié)議，并對(duì)TCP協(xié)議進(jìn)行修改，并導(dǎo)入STK，通過對(duì)其吞吐量等監(jiān)測(cè)，仿真結(jié)果如圖1。

由圖1可知添加了反向擁塞控制后，使其正向鏈路寬帶利用率提高，最終使得整個(gè)鏈路帶寬利用率提高。

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