题目：宽带IP卫星网络传输控制关键技术研究

在21世纪的今天，卫星网络可以实现对全球的无缝覆盖，支持任何时间、任何地点、任何人之间的通信，成为重要的通信手段和基础设施。随着卫星通信技术的迅速发展和Internet的空前繁荣，支持TCP/IP业务的宽带卫星网络将会在今后一段时间内得到稳步、快速的发展。端到端的传输控制是网络传输效率和可靠性的重要保证。由于宽带卫星网络（包括GEO卫星网络和LEO/MEO卫星网络）具有时延长、误码率高、带宽时延积大、时延变化和时延差异明显等特性，给实施高效的传输控制带来了诸多挑战。传统的TCP协议是为有线网络设计的，不宜直接用于宽带卫星网络中。本论文在深入分析传统TCP协议和已有改进方法的基础上，针对宽带卫星网络的主要特性，研究了宽带IP卫星网络传输控制问题，取得了三个方面的研究成果：1. 宽带卫星网络时延特性下的TCP拥塞控制的研究：（1）针对TCP Vegas在高BDP卫星网络中慢启动过早结束，导致传输速率增加缓慢、带宽利用率低的问题，提出了一种TCP Vegas自适应慢启动算法。对临时性排队时延进行估计，并在计算和判断网络拥塞状况时将其排除，使拥塞窗口能在慢启动阶段充分增大，快速达到对带宽的充分利用。（2）针对TCP Vegas在LEO卫星网络中当路径变化时性能下降的问题，提出了一种判断LEO卫星网络路径变化，并更新TCP Vegas时延基准的方法。获取跳数信息并判断LEO卫星网络中路径变化的发生，避免因传播时延变长而误判拥塞，从而能保持吞吐量。（3）针对LEO卫星网络中时延较长的TCP连接性能较低，不同时延的连接间公平性较差的问题，提出一种LEO卫星网中自适应调整拥塞窗口变化速率的算法。以路径中的卫星数作为对窗口变化速率进行自适应调整的依据，在提高长时延TCP连接吞吐量的同时，改善了不同时延的连接之间的公平性。2. 减少卫星链路传输错误对TCP的不利影响的研究：（1）针对传统链路层ARQ不能完全屏蔽链路错误，并且在卫星网络中所需排序等待时延长的问题，提出一种TCP与链路层ARQ跨层联合进行差错控制的LRN_TCP机制。利用跨层信息交互通告TCP链路层的重传状态，使链路层可以使用完全可靠ARQ屏蔽链路错误，并避免了高BDP条件下排序等待时延长的问题，从而有效提高了TCP在卫星链路上的性能。（2）针对传统TCP中改变包长对有效吞吐量的影响作用复杂，难以定量分析的问题，在能够区分丢包原因的TCP改进机制基础上，提出一种权衡重传时延和载荷比例确定最优包长的方法。根据重传时延将改进的TCP机制分类，分别求出平均时延与包长的关系，再结合载荷比例与包长的关系求解出最优包长，进一步提高了TCP在卫星网络中的性能。3. 基于网关辅助改善TCP性能的研究：在基于IP的航空卫星网络中，所有TCP连接都需要通过机载网关接入卫星网络，卫星链路成为系统瓶颈，对此提出一种航空卫星网络中机载网关辅助TCP发送端进行传输控制的机制。由机载网关分配带宽和指示窗口尺寸，分离TCP的拥塞控制和差错控制功能，达到对带宽资源充分而公平的利用。