CN104093169A - 一种mac-tcp跨层优化拥塞控制方法及*** - Google Patents
一种mac-tcp跨层优化拥塞控制方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制方法及***,涉及无线卫星通信技术领域,所述拥塞控制方法包括:S1:同步卫星判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;S2:判断是否存在虚假超时,若是,则执行步骤S3;S3:所述移动终端判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。本发明通过判断移动终端是否存在虚假超时,再确定虚假超时的引起原因,并对不同的引起原因进行相应处理,使得在不增加丢包率的前提下,减小了时延带来的影响。
Description
技术领域
本发明涉及无线卫星通信技术领域,特别涉及一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制方法及***。
背景技术
随着陆地蜂窝4G技术的正式投入商用,当前,无论在学术界还是工业界,国内外关于第五代移动通信网络(5G)的研究均已如火如荼的开展。而为了弥补陆地蜂窝***覆盖范围的问题而引入的卫星通信***中的3G技术也日渐成熟,与陆地蜂窝***相对于的下一代移动卫星通信***也成为了研究热点。
下一代移动卫星通信旨在提供更广泛类型的服务、更高的传输速率,其主要特点为集合了4G中的关键技术:正交频分多址(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)、多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)、多点协作传输(CoordinatedMultiple Points Transmission/Reception,CoMP)。但是新的4G技术跟卫星通信***相结合产生了不同于陆地蜂窝***的特点。
从同步卫星无线资源管理的功能实现方面看,无线资源管理体系包括卫星MAC协议、接入控制机制、链路层带宽分配和物理层资源分配等核心功能。其中,卫星MAC协议是无线资源管理体系的基本框架,主要功能是解决多用户以何种方式共享无线资源的问题。现有卫星MAC协议分为三大类,包括随机接入类、带宽固定分配类、带宽按需分配类。目前带宽按需分配方式已经成为同步卫星通信***设计与实现的趋势,但由于GEO卫星链路的长传播延时,带宽请求/分配过程增加了业务时延。因此,高资源利用率与低业务时延之间的矛盾是基于带宽按需分配的无线资源管理体系需要解决的一个核心问题,是近年来的研究热点。
MAC层无线资源管理所要面临的难题在于如何在***资源利用率和用户QoS满意度之间达到一种平衡。从***的角度看,通常希望达到***资源的最大利用率或容纳最多的接入用户,从而达到效益最大化;而从用户的角度则希望无论何时何地***都能够提供足够的资源供用户接入,以得到满意的QoS。
TCP协议是针对有线网络设计的一种窗口协议,现在广泛应用于移动终端与同步卫星通信***之间的通信,由于移动网络具有更高的时延和误码率,而地面有线网络的TCP协议通常将丢包视作网络拥塞,因此会降低***整体的吞吐量;此外,由于空口环境的快速变化,TCP的发送方往往不能及时掌握无线链路和带宽的快速变化,造成缓冲区溢出而产生丢包。
对于同步卫星通信***,由于卫星处于距离地面很高的同步卫星轨道,信号的往返时延(Round-Trip Time,RTT)可达500ms,因此需要在保证不增加丢包率的前提下,减少时延带来的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何在不增加丢包率的前提下,减小时延带来的影响。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供了一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制方法,所述拥塞控制方法包括以下步骤:
S1:同步卫星判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;
S2:所述移动终端接收到所述拥塞警告后,判断是否存在虚假超时,若是,则执行步骤S3;
S3:所述移动终端判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。
其中,步骤S1之前还包括:
S0:所述同步卫星获取所有移动终端的TCP数据包到达所述同步卫星的MAC层的速率和所有移动终端的TCP数据报在所述同步卫星的MAC层的积压情况;
步骤S1中,所述同步卫星根据获取到的速率和积压情况判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时。
其中,所述积压情况包括:数据量和时延。
其中,步骤S2具体包括:
S201:所述移动终端接收到所述拥塞警告后,对数据超时进行检测,若检测到数据超时,则将检测到的数据超时时间减去所述拥塞警告的接收时间,以获得时间间隔;
S202:所述移动终端将所述时间间隔与预设间隔相比,若不大于,则判断为发生虚假超时,并执行步骤S3。
其中,步骤S202中,若大于,则返回步骤S1。
其中,步骤S201中,若未检测到数据超时,则返回步骤S1。
其中,步骤S3中,所述移动终端通过以下步骤判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起:
S301:所述移动终端将慢启动门限ssthresh设定为当前已发送但还未收到确认的TCP数据报的个数的一半,将拥塞窗口大小设定为与所述慢启动门限ssthresh相同,并调整重传超时定时器;
S302:所述移动终端记录当前拥塞窗口大小,将所述当前拥塞窗口与之前的拥塞窗口比较,若不小于,则判断所述虚假超时是由于用户信道衰落所引起,若小于,则判断所述虚假超时不是由于用户信道衰落所引起。
其中,步骤S3之后还包括:
S4:所述同步卫星判断是否达到预设周期,若否,则等待,直至达到所述预设周期后,返回步骤S0,若是,则直接返回步骤S0。
其中,所述拥塞警告为包头设置有拥塞标志位的TCP数据包。
本发明还公开了一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制***,所述拥塞控制***包括:同步卫星、网关和移动终端;
所述同步卫星,用于判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;
所述移动终端,用于接收到所述拥塞警告后,判断是否存在虚假超时;
所述移动终端,还用于判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。
(三)有益效果
本发明通过判断移动终端是否存在虚假超时,再确定虚假超时的引起原因,并对不同的引起原因进行相应处理,使得在不增加丢包率的前提下,减小了时延带来的影响。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的MAC-TCP跨层优化拥塞控制方法的流程图;
图2是移动终端收到拥塞警告后的处理示意图;
图3是拥塞警告所采用的TCP数据包的包头的结构示意图;
图4是本发明一种实施方式的MAC-TCP跨层优化拥塞控制***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的MAC-TCP跨层优化拥塞控制方法的流程图;参照图1,所述拥塞控制方法包括以下步骤:
S1:同步卫星判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;
S2:所述移动终端接收到所述拥塞警告后,判断是否存在虚假超时,若是,则执行步骤S3;
S3:所述移动终端判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。
为准确判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,需要由MAC层统计波束资源调度情况及各用户的数据包发送信息来判断用户挤压在MAC层的TCP数据包是否发生超时,优选地,步骤S1之前还包括:
S0:所述同步卫星获取所有移动终端的TCP数据包到达所述同步卫星的MAC层的速率和所有移动终端的TCP数据报在所述同步卫星的MAC层的积压情况(所述速率和积压情况为资源调度算法的实时调度结果);
如果所述资源调度算法为某一移动终端分配的发送速率持续小于该移动终端TCP数据包到达MAC层的速率,即移动终端TCP数据包在MAC层的时延将会不断增长,最终引发TCP重传计时器的超时。此时,即同步宽带卫星***的MAC层“拥塞”引发了TCP发送端的虚假超时;
步骤S1中,所述同步卫星根据获取到的速率和积压情况判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时。
优选地,所述积压情况包括:数据量和时延等。
由于有些数据超时已经超过了处理期限,对当前的拥塞没有任何影响,故而移动终端收到拥塞警告后,需要判断数据超时是否在拥塞警告的有效期内,才能判断是否存在虚假超时,参照图2,优选地,步骤S2具体包括:
S201:所述移动终端接收到所述拥塞警告后,对数据超时进行检测,若检测到数据超时,则将检测到的数据超时时间减去所述拥塞警告的接收时间,以获得时间间隔;
S202:所述移动终端将所述时间间隔与预设间隔相比,若不大于,则判断为发生虚假超时,并执行步骤S3。
优选地,步骤S202中,若大于,则返回步骤S1。
优选地,步骤S201中,若未检测到数据超时,则返回步骤S1。
为准确判断所述数据超时是否由用户信道衰落所引起,优选地,步骤S3中,所述移动终端通过以下步骤判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起:
S301:所述移动终端将慢启动门限(slow start threshold,ssthresh)设定为当前已发送但还未收到确认的TCP数据报的个数的一半,将拥塞窗口(congestion window,cwnd)大小设定为与所述慢启动门限ssthresh相同,并调整重传超时定时器(Retransmission Time-out,RTO);
S302:所述移动终端记录当前拥塞窗口(虚假超时发生后)大小,将所述当前拥塞窗口与之前的拥塞窗口比较,若不小于,则判断所述虚假超时是由于用户信道衰落所引起,若小于,则判断所述虚假超时不是由于用户信道衰落所引起。
相应地,步骤S3中,所述移动终端判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则所述虚假超时判断为由同步卫星的MAC层调度机制所造成的周期性虚假超时,对该周期性虚假超时,先采用快速恢复方法,当拥塞窗口恢复到前一次超时的大小时,再采用拥塞避免方法。
为进行周期性地拥塞控制,优选地,步骤S3之后还包括:
S4:所述同步卫星判断是否达到预设周期,若否,则等待,直至达到所述预设周期后,返回步骤S0,若是,则直接返回步骤S0。
为便于发送拥塞警告,优选地,所述拥塞警告为包头设置有拥塞标志位的TCP数据包,其中,拥塞警告发送准则为:将TCP数据包的包头Byte中的bit7位(隶属于TCP保留位)作为拥塞警告标志位(MAC-Cross Layer Warning,MAC-CLW),如图3所示。当发送拥塞警告时,由所述同步卫星的网关生成一个TCP数据包,并将该TCP数据包的包头MAC-CLW置1,回传给移动终端。
实施例1
此时考虑由同步卫星的MAC层周期调度引发的虚假超时情况,MAC层周期性监测资源调度情况和各用户的信息,包括各用户TCP数据包到达MAC层的速率,用户的TCP数据包在MAC层的积压情况,包括数据量、时延等。
此时MAC层监测到移动终端A积压在MAC层的TCP数据包发生超时,则同步卫星的网关将MAC层监测到的移动终端A的TCP数据超时信息通过拥塞警告的方式跨层通知给移动终端A。
移动终端A收到拥塞警告后,在拥塞警告的有效期内,若监测到发送TCP数据包存在应答信号接收超时的现象,则判定为发生虚假超时。此时,ssthresh设定为当前已发送但还未收到确认的TCP数据包的个数的一半,cwnd大小设定为修改后的ssthresh。并调整重传超时定时器。记录虚假超时发生后的当前拥塞窗口大小,此时超时的拥塞窗口小于前一次超时的拥塞窗口,则将其认定为同步卫星的MAC层调度机制造成的移动终端A的TCP数据包周期性虚假超时,采用快速恢复方法;当拥塞窗口恢复到前一次超时的大小时,则采用标准的拥塞避免方法。
实施例2
此时考虑由同步卫星宽带***的信道衰落引发的TCP虚假超时情况,与实施例1不同,记录虚假超时发生后的拥塞窗口大小,此时超时的拥塞窗口不小于前一次的超时拥塞窗口,则认定为这次虚假超时是突发性的,是由于同步宽带卫星用户信道经历衰落,信道质量变差引起的,则进入标准的拥塞避免方式,等待信道衰落结束。
本发明还公开了一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制***,参照图4,所述拥塞控制***包括:同步卫星、网关和移动终端;
所述基站,用于判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;
所述移动终端,用于接收到所述拥塞警告后,判断是否存在虚假超时;
所述移动终端,还用于判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。
所述***用于实现上述方法,在此不再赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制方法,其特征在于,所述拥塞控制方法包括以下步骤:
S1:同步卫星判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;
S2:所述移动终端接收到所述拥塞警告后,判断是否存在虚假超时,若是,则执行步骤S3;
S3:所述移动终端判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。
2.如权利要求1所述的拥塞控制方法,其特征在于,步骤S1之前还包括:
S0:所述同步卫星获取所有移动终端的TCP数据包到达所述同步卫星的MAC层的速率和所有移动终端的TCP数据报在所述同步卫星的MAC层的积压情况;
步骤S1中,所述同步卫星根据获取到的速率和积压情况判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时。
3.如权利要求2所述的拥塞控制方法,其特征在于,所述积压情况包括:数据量和时延。
4.如权利要求1所述的拥塞控制方法,其特征在于,步骤S2具体包括:
S201:所述移动终端接收到所述拥塞警告后,对数据超时进行检测,若检测到数据超时,则将检测到的数据超时时间减去所述拥塞警告的接收时间,以获得时间间隔;
S202:所述移动终端将所述时间间隔与预设间隔相比,若不大于,则判断为发生虚假超时,并执行步骤S3。
5.如权利要求4所述的拥塞控制方法,其特征在于,步骤S202中,若大于,则返回步骤S1。
6.如权利要求4所述的拥塞控制方法,其特征在于,步骤S201中,若未检测到数据超时,则返回步骤S1。
7.如权利要求2所述的拥塞控制方法,其特征在于,步骤S3中,所述移动终端通过以下步骤判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起:
S301:所述移动终端将慢启动门限ssthresh设定为当前已发送但还未收到确认的TCP数据报的个数的一半,将拥塞窗口大小设定为与所述慢启动门限ssthresh相同,并调整重传超时定时器;
S302:所述移动终端记录当前拥塞窗口大小,将所述当前拥塞窗口与之前的拥塞窗口比较,若不小于,则判断所述虚假超时是由于用户信道衰落所引起,若小于,则判断所述虚假超时不是由于用户信道衰落所引起。
8.如权利要求7所述的拥塞控制方法,其特征在于,步骤S3之后还包括:
S4:所述同步卫星判断是否达到预设周期,若否,则等待,直至达到所述预设周期后,返回步骤S0,若是,则直接返回步骤S0。
9.如权利要求1~8中任一项所述的拥塞控制方法,其特征在于,所述拥塞警告为包头设置有拥塞标志位的TCP数据包。
10.一种MAC-TCP跨层优化拥塞控制***,其特征在于,所述拥塞控制***包括:同步卫星、网关和移动终端;
所述同步卫星,用于判断哪些移动终端在所述同步卫星的MAC层所积压的TCP数据包发生超时,并通过网关将拥塞警告发送至相应的移动终端;
所述移动终端,用于接收到所述拥塞警告后,判断是否存在虚假超时;
所述移动终端,还用于判断所述虚假超时是否由于用户信道衰落所引起,若是,则直接采用拥塞避免方法,直至用户信道衰落结束,若否,则先采用快速恢复方法,再采用拥塞避免方法。
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