CN101527928B - 电路数据业务的传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电路数据业务的传输系统及方法，该方法包括：在互联功能IWF和终端间建立TCP连接，初始化拥塞窗口为n个报文段MSS，发送端以拥塞窗口的当前值向接收端发送数据包，当发生丢包时，所述拥塞窗口退避为k个MSS，所述k大于1。采用本发明的技术方案，取得了在卫星链路条件下实现传真业务和提高异步数据业务传输速率的进步，达到了卫星链路条件下正常使用电路数据业务的效果，弥补现有卫星链路条件下无法正常使用电路数据业务的不足，提高了无线系统的兼容性等等。

Description

电路数据业务的传输系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及卫星链路条件下电路数据业务的传输系统及方法。

背景技术

无线通信凭借其受时空限制少和实时性好的特点，今天已成为人们使用最广泛的通信手段之一。它可以提供多种类型的服务，如语音、电路数据(包括传真和异步数据)、分组数据等等。随着人类活动空间的不断扩大，对移动通信的覆盖面、便捷和灵活性提出更高的要求，在此背景下卫星开始被应用到移动通信领域。

卫星通信的优势明显：通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信；不易受陆地灾害影响；建设速度快等等。但其本身也有诸多缺点需要克服，比如时延和抖动，会对原有无线产品的业务造成一定影响，比如：分组数据业务；有些业务甚至不能在卫星链路下正常使用，比如：传真业务。

因为卫星链路的时延较大，往返约700毫秒左右，加上系统时延，在卫星链路条件下进行一项业务要承受1秒多时延。此时，如果发生数据丢失，TCP层重传一包往返增加处理时间1秒多钟，协议栈的效率急剧下降；最后导致数据积压、数据包延迟。因此现有的无线系统在卫星链路条件下是无法进行传真业务的，异步数据业务速率也受到很大影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电路数据业务的传输系统及方法，减少电路数据业务传输时延，实现卫星链路条件下正常使用电路数据业务。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电路数据业务的传输方法，包括：在互联功能IWF和终端间建立TCP连接，初始化拥塞窗口为n个报文段MSS，发送端以拥塞窗口的当前值向接收端发送数据包，当发生丢包时，所述拥塞窗口退避为k个MSS，所述k大于1。

进一步地，所述发送数据包的过程中，若发送端成功收到接收端反馈的确认字符则增大所述拥塞窗口，之后以增大后的拥塞窗口大小发送数据包，当拥塞窗口增大到通告窗口的大小后不再增大。

进一步地，所述n为自然数，k为不小于n的自然数。

进一步地，发送数据包之前设置以下参数：重传超时RTO最大值小于或等于10s，RTO的初始值小于或等于3s，报文段最大生存时间小于或等于2分钟，延时应答时间小于或等于30ms，通告窗口大于20个MSS。

进一步地，设置通告窗口为20个MSS，RTO最大值为3秒，RTO的初始值为2s，报文段最大生存时间为5000ms，延时应答时间为20ms。

进一步地，所述k值取为4。

本发明还提供一种电路数据业务的传输系统，包括发送端与接收端，发送端包括参数设置模块、接收模块、发送模块；接收端包括收发模块；

所述参数设置模块用于设置拥塞窗口的初始值为n个报文段MSS，以及在收到接收失败的消息后将所述拥塞窗口退避为k个MSS；所述k大于1；

所述发送模块用于按照当前拥塞窗口的大小向接收端发送数据包；

所述接收模块用于接收接收端反馈的确认字符，以及发生丢包时向发送模块及参数设置模块发送接收失败的消息；

所述收发模块用于接收数据包，并向发送端反馈确认字符。

进一步地，所述接收端还包括参数设置模块，用于设置通告窗口及延时应答时间；设置的通告窗口大于20个MSS，设置的延时应答时间小于或等于30ms；

所述发送端的参数设置模块还用于设置以下参数：重传超时RTO的最大值小于或等于10s，RTO的初始值小于或等于3s，报文段最大生存时间小于或等于2分钟。

进一步地，所述接收模块还用于在超时定时器超时前收到确认字符后向发送模块及参数设置模块发送成功接收的消息；

所述发送端的参数设置模块还用于收到所述成功接收的消息后增大拥塞窗口，当所述拥塞窗口增大到通告窗口的大小后不再增加。

进一步地，所述n为自然数，k为不小于n的自然数。

进一步地，所述设置的通告窗口为20个MSS，RTO的最大值为3秒，RTO的初始值为2s，报文段最大生存时间为5000ms，延时应答时间为20ms。

采用本发明的技术方案，取得了在卫星链路条件下实现传真业务和提高异步数据业务传输速率的进步，达到了卫星链路条件下正常使用电路数据业务的效果，弥补现有卫星链路条件下无法正常使用电路数据业务的不足，提高了无线系统的兼容性等等。

附图说明

图1是一种卫星链路条件下CDMA系统的应用示意图，以及每一个设备对应的协议层次；用粗体标出本发明涉及修改的协议层次的位置；

图2是本发明系统结构示意图；

图3是本发明方法处理流程图；

图4是现有技术发送数据包和本发明发送数据包时拥塞窗口变化的对比图；

图5是改进后慢启动算法示意图。

具体实施方式

本发明提出如下解决方案：修改系统和终端的TCP/IP(ControlProtocol/Internet Protocol：传输控制/网际协议)协议栈，包括修改TCP中的关键参数，改进慢启动算法。最后以CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)系统的中的IWF(Interworking Function，互联功能)和终端进行数字传真为例，介绍基站子系统中BSC(Base Station Controller：基站控制器)和BTS(Base Transceiver System：基站收发信机)之间采用卫星链连接时传真业务的一种实现方法。本发明中保持现有的传真应用层的电路数据业务交互流程以及顺序。本发明不仅对卫星链路下电路数据业务，对所有时延过大引起的TCP/IP协议栈传输效率下降的问题均适用。

本发明提供一种卫星链路下电路数据业务的传输系统及方法，在互联功能IWF和终端间建立TCP连接，初始化拥塞窗口为n个报文段MSS，发送端以拥塞窗口的大小向接收端发送数据包，当发生丢包时，所述拥塞窗口退避为k个MSS，之后发送端以k个MSS为初始拥塞窗口大小发送数据包。

本实施例提供一种卫星链路下电路数据业务的传输系统，如图2所示，包括发送端与接收端，发送端包括参数设置模块、接收模块、发送模块；接收端包括参数设置模块、收发模块；实际应用中，通信双方可互为发送端与接收端。

发送端的参数设置模块，用于设置以下参数：RTO(重传超时)的最大值及初始值，MSL(报文段最大生存时间)，CWND(拥塞窗口)；设置RTO的最大值小于或等于10s，RTO的初始值小于或等于3s，设置MSL小于或等于2分钟，设置拥塞窗口的初始值为n个报文段(MSS：MaxitumSegment Size，最大传输大小)，n为自然数；

参数设置模块还用于收到成功接收的消息后增大拥塞窗口的大小，变化规律可不作限制，例如可以但不限于是按指数递增，并将拥塞窗口的当前值发送至发送模块，以及在收到接收失败的消息后将拥塞窗口的大小退避到k个MSS，并将拥塞窗口的当前值发送至发送模块；k大于1，且为不小于n的自然数，较佳的，k值取为4；

发送模块，用于按照当前拥塞窗口的大小向接收端发送数据包；还用于在收到接收失败的消息后向接收端重传丢失的数据包，以及在收到成功接收的消息后向接收端发送下一个或多个数据包；发送模块还用于当一数据包的生存时间大于MSL时丢弃该数据包。

接收模块，用于将收到的通告窗口的大小发送至参数设置模块；还用于接收接收端反馈的ACK(确认字符)；以及在超时定时器超时前收到ACK后向发送模块及参数设置模块发送成功接收的消息，发生丢包时向发送模块及参数设置模块发送接收失败的消息，携带丢失数据包的标识；

发生丢包的情况包括：某一个或多个数据包没有收到接收端反馈的ACK，此时在超时定时器超时之前已收到对端2个或者2个以上的重复ACK；超时定时器超时后仍未收到接收端反馈的ACK；上述情况均需要重传丢失的一个或多个数据包。

接收端的参数设置模块，用于设置通告窗口及延时应答时间；设置的通告窗口大于10720个字节(即20个MSS)，设置的延时应答时间小于或等于30ms，并将通告窗口的大小延时应答时间的大小发送至收发模块；

收发模块，用于接收发送端发来的数据包，并在延时应答时间内向发送端反馈ACK，以及发生丢包时向发送端发送重复ACK；还用于将收到的通告窗口的大小发送至发送端。

本实施例提供一种卫星链路下电路数据业务的传输方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：在IWF和终端的标准TCP/IP协议的实现上，修改现有TCP/IP协议中的以下一种或多种参数：开大通告窗口、缩小RTO(重传超时)的最大值以及初始值、减小MSL(报文段最大生存时间)、缩短延时应答的延时时间、修改RTO的初始值及最大值；

可设置RTO的最大值小于或等于10s，RTO的初始值小于或等于3s，MSL小于或等于2分钟，设置拥塞窗口的初始值为n个MSS，n为自然数；另外关闭TCP/IP中Nagle算法；RTO的最大值及初始值的含义同现有技术。

Nagle算法主要是为保证广域网上，降低小分组造成拥塞的可能，但是Nagle算法的引入会造成不必要的时延。由于IWF模块和终端是一个对等协议栈实体，进行的是点对点传输，所以为尽可能的提高传输效率，可以关闭Nagle算法。

步骤302：IWF和终端之间先建立一个TCP连接，发送端开始通过TCP/IP以CWND的初始大小向接收端传输数据包；发送端为IWF或终端，接收端为终端或IWF。

步骤303：发送端等待接收端反馈的ACK，如果收到ACK(至少收到编号最靠后一个数据包的ACK)，则执行步骤304，如果发生丢包则执行步骤305；

步骤304：增大拥塞窗口，如可以是由1个MSS变为2个MSS(变化规律可不作限制)，之后发送端以增大后的拥塞窗口向接收端传输数据包，返回步骤303，当拥塞窗口增大到接收端通告窗口的大小后不再增加。

步骤305：发送端重传丢失的数据包，且CWND退避到k个MSS，k大于1，且为不小于n的自然数，较佳的，k值取为4；CWND的退避可以是在数据包重传完成后进行，也可以是退避后重传数据包。

发生丢包的情况包括：某一个或多个数据包没有收到接收端反馈的ACK，此时在超时定时器超时之前已收到对端2个或者2个以上的重复ACK；超时定时器超时后仍未收到接收端反馈的ACK；上述情况均需要重传丢失的一个或多个数据包。

步骤306：以k个MSS为初始拥塞窗口大小开始发送数据包，之后若收到接收端反馈的ACK，执行步骤307，否则执行步骤305；

步骤307：增大拥塞窗口，可以是增大到2k个MSS，也可以是增大到k+1个(变化规律可不作限制，例如可以但不限于是按指数递增)，之后以增大后的拥塞窗口向接收端发送数据包，当拥塞窗口增大到接收端通告窗口的大小后不再增加；

步骤308：当数据包完全发送完毕后，终止本次IWF和终端之间的TCP连接。

上述发送数据包的过程中，当某一数据包的生存时间达到MSL时丢弃该数据包。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

以IWF和终端在CDMA系统中的应用为例，介绍改进后TCP/IP中慢启动对一包数据的处理步骤：

步骤1：在开始数据包收发之前设置以下参数的一种或多种：设置通告窗口大小为10720Byte(即20个MSS)，设置RTO最大值为3秒，RTO的初始值为2s，；设置MSL值为5000ms；设置延时应答时间为20ms；并初始化CWND为1个MSS；

步骤2：IWF和终端之间先建立一个TCP连接；

步骤3：发送端开始通过TCP/IP以CWND的初始大小向对端发送数据包；

步骤4：发送端等待对端的ACK，如果收到该ACK，则拥塞窗口由1个MSS变为2个MSS，以此类推向上增加直至到达20个MSS(10720Byte)为止(之后拥塞窗口不再增加)；

步骤5：在上述过程中，如果发生丢包，比如某一个或多个数据包没有收到对端ACK，此时在超时定时器超过3s之前如果收到对端2个或者2个以上的重复ACK则进行重传丢失的一个或多个数据包；超时定时器过3s之后若未收到接收端反馈的ACK进行同样的重传操作；

重传完成后，CWND退避到4个MSS，也可以是先将CWND退避到4个MSS，再进行数据包的重传。

步骤6：以4个MSS为初始拥塞窗口大小开始发送数据包，与步骤4类似，当收到对端ACK后，则拥塞窗口增加到8个MSS，以此类推向上增加直至到达20个MSS(10720Byte)后拥塞窗口不再增加；

步骤7：如果发生丢包重复执行步骤5到步骤6，直到数据完全发送完毕；

步骤8：终止本次IWF和终端之间的TCP连接。

上述发送数据包的过程中，若某一数据包的生存时间达到5000ms时，丢弃该数据包。

如图4及图5所示，图4中虚线所示为现有的慢启动时拥塞窗口变化示意图，实线部分为采用本发明慢启动时拥塞窗口变化示意图，图5中上半部分为现有TCP/IP协议的发包过程，当发生丢包时，拥塞窗口通常退避到1个MSS，发送端一次发送的数据包很少，下半部分为本发明的发包过程，当发生丢包时，拥塞窗口不会急剧下降，所以发送端一次发送的数据包较多，从而避免了数据传输速率变得很慢，有效地提高了传输层的数据传输速率，减少了传输相同大小数据所需要的时间。

Claims (7)

1.一种卫星链路下电路数据业务的传输方法，包括：在互联功能IWF和终端间建立TCP连接，初始化拥塞窗口为n个报文段MSS，发送数据包的过程中，若发送端成功收到接收端反馈的确认字符则增大所述拥塞窗口，之后发送端以增大后的拥塞窗口大小向接收端发送数据包，当拥塞窗口增大到通告窗口的大小后不再增大；当发生丢包时，所述拥塞窗口退避为k个报文段MSS，所述n为自然数，k为不小于n的自然数且大于1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

发送数据包之前设置以下参数：重传超时RTO最大值小于或等于10s，重传超时RTO的初始值小于或等于3s，报文段最大生存时间小于或等于2分钟，延时应答时间小于或等于30ms，通告窗口大于20个MSS。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

设置通告窗口为20个报文段MSS，重传超时RTO最大值为3秒，重传超时RTO的初始值为2s，报文段最大生存时间为5000ms，延时应答时间为20ms。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述k值取为4。

5.一种卫星链路下电路数据业务的传输系统，包括建立TCP连接的发送端与接收端，所述发送端为互联功能IWF或终端，所述接收端为终端或互联功能IWF，其特征在于：

发送端包括参数设置模块、接收模块、发送模块；接收端包括收发模块；

所述参数设置模块用于设置拥塞窗口的初始值为n个报文段MSS，以及在收到接收失败的消息后将所述拥塞窗口退避为k个报文段MSS，还用于收到成功接收的消息后增大拥塞窗口，当所述拥塞窗口增大到通告窗口的大小后不再增加；所述n为自然数，k为不小于n的自然数且大于1；

所述发送模块用于按照当前拥塞窗口的大小向接收端发送数据包；

所述接收模块用于接收接收端反馈的确认字符，以及发生丢包时向发送模块及参数设置模块发送接收失败的消息，还用于在超时定时器超时前收到确认字符后向发送模块及参数设置模块发送成功接收的消息；

所述收发模块用于接收数据包，并向发送端反馈确认字符。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：

所述接收端还包括参数设置模块，用于设置通告窗口及延时应答时间；设置的通告窗口大于20个报文段MSS，设置的延时应答时间小于或等于30ms；

所述发送端的参数设置模块还用于设置以下参数：重传超时RTO的最大值小于或等于10s，重传超时RTO的初始值小于或等于3s，报文段最大生存时间小于或等于2分钟。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述设置的通告窗口为20个报文段MSS，重传超时RTO的最大值为3秒，重传超时RTO的初始值为2s，报文段最大生存时间为5000ms，延时应答时间为20ms。

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