基于opnet的卫星网络反向拥塞控制的研究

尉军辉

摘要：由于卫星网络信道的带宽不对称性，使得下行链路带宽远远大于上行链路带宽，当正向链路的数据包还远没到达拥塞时，反向链路的确认包有可能拥塞。本文对卫星网络的tcp的反向链路进行拥塞控制，在提高网络带宽利用率、通信效率提升等方面做了改进，并对其确认机制SNACK机制进行扩展，最后在opnet上进行了仿真测试，证明了添加反向拥塞控制可以改进网络带宽利用率。

关键词：opnet仿真 反向拥塞控制 卫星网络

中图分类号：TP393.04 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0028-01

1 引言

由于卫星通信链路具有正反向链路带宽不对称的特征，因此在正向链路高速传递数据分组时极易发生反向链路的拥塞现象，目前不管是tcp Reno还是TCP vegas对卫星反向链路拥塞控制的很少，而当链路发生拥塞时，大多都是降低发送端分组的发送频率，这虽然能缓解拥塞，但是以降低吞吐量为代价。此外，由于空间通信链路具有传输时延大的特征，用传统的ACK确认机制已不能满足要求。本文深入研究SNACK即否定性确认机制，使用SNACK代替ACK，提高卫星网络带宽利用率。

2 拥塞控制原理概述及改进

2.1 拥塞控制算法

TCP Reno拥塞控制主要是采用了控制发送端的发送速率，从而控制网络的负载。TCP 协议采用一種加法增加乘法减少（AIMD）的拥塞控制算法。发送方维持着一个拥塞窗口，当发送方发现窗口内的一个报文发生丢失，则认为这个丢失是由网络拥塞造成的，于是将窗口大小减半，以减小发送速率，从而避免拥塞的加重。如果窗口中的报文没有发生丢失，则表明目前网络状况良好，发送者将窗口大小加大，进而增大了报文的发送速率。在卫星网络中，由接收端控制确认包的的数量，当确认包由于数量过于多，造成卫星网络反向拥塞，将接收端的窗口大小减半，从而避免拥塞。

2.2 基于SNACK的改进的拥塞控制

选择性否定确认（SNACK）是由选择性确认（SACK）与否定性确认（NAK）组成的。tcp reno采用ACK确认，由于卫星网络误码率较高，延时较大，使得网络易出现误码丢包，于是对有的数据要经过多次重传才能到达，导致带宽的极大浪费。而SNACK当接收端的接收数据缓存中可能存在多个数据错误空洞，SNACK向发送端导致这些数据的否定信息，发送端会根据定时器来发送指定的报文段。相对于SACK，NAK，更能节省网络带宽，是一种适合卫星网络传输的确认机制。

伪代码如下：

If（receive-SNACK）//接收到SNACK

{op_pk_send（lost-packet）；根据接收到的SNACK指示，重传丢失的数据段

Reset retransport timer；//重置重传定时器

}

If（receive_ACK）//接收到正常ACK

{

op-pk_send（next-packet）//根据确认发送下一个数据段

Reset retransport timer；//重置重传定时器

}

本文采用Reno，即传统的拥塞控制，在发送端不变，在接收端通过添加拥塞控制，同时改用SNACK，而不用ACK，对提升卫星网络带宽利用率有重大的意义。

3 仿真实验分析

本文采用了在opnet仿真平台下，在两台机器上安装了TCP协议，并对TCP协议进行修改，并导入STK，通过对其吞吐量等监测，仿真结果如图1。

由图1可知添加了反向拥塞控制后，使其正向链路宽带利用率提高，最终使得整个链路带宽利用率提高。

参考文献

[1]张润彤.LEO卫星环境下SNACKTCP性能分析[J].计算机学报，2007（02）.

[2]陈明玉.SCPS_TP协议在卫星通信系统中的应用研究[J].电子设计工程，2010（08）.

[3]刘益洪.TCP_IP协议的拥塞控制策略[J].通信技术，2008（07）.