CN109194450A - 天地一体化网络通信的snack-p应答系统及方法、无线通信系统 - Google Patents

天地一体化网络通信的snack-p应答系统及方法、无线通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种天地一体化网络通信的SNACK‑P应答系统及方法、无线通信系统；当天地一体化网络中发送端与接收端开始传输数据时，发送端设置拥塞窗口的初始值、拥塞门限的初始值；发送端以发送窗口作为在第n次发送数据包时，未收到某个数据包确认信息允许继续发送数据包的个数；发送窗口由第n次发送数据包时的拥塞窗口计算得到；接收端根据接收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失，区分丢包原因构建不同的返回确认帧ACK并将其反馈给发送端；发送端接收来自接收端的ACK后，根据不同的ACK确认帧对拥塞窗口、拥塞门限和丢失的数据包进行处理。本发明在保证信息正确性的基础上避免盲目拥塞控制对吞吐量性能的影响。

Description

天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统及方法、无线通信 系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统及方法、无线通信系统。
背景技术
目前，业内常用的现有技术：以卫星通信为代表的空间网络在快速发展过程中，由于与地面网络的应用场景有很大的不同，形成与地面网络具有一些差异的通信网络。由于受到天气变化、载体高速移动、天体遮挡和节点距离远等因素的影响，导致基于空间网络的通信具有长传播时延、链路易中断、高误码率等特性。相对于空间网络而言，地面网络的传输较为稳定，具有传播时延较短、链路连续、误码率较低等特性。为了更高效的实现资源共享，天地一体化是未来通信发展的必然趋势，也是中国重大战略的要求。由于地面网络和空间网络的应用场景不同而导致的特性差异，各自采用的技术也有不同，在天地一体化通信系统对两种网络进行融合时，也需要考虑技术的融合和适应性改进。针对通信系统差错和拥塞控制中的应答机制，地面网络中默认数据包的丢失是由网络拥塞导致的，使用较多的是SACK技术；空间网络中默认网络的丢包是由链路损坏或者高误码率造成的，通常采用专门为空间高误码率环境而制定的SNACK技术。在天地一体化网络中需要兼顾地面网络与空间网络的多种情况，丢包的原因有拥塞导致的，也有因为高误码率或者链路损坏导致的。
综上所述，现有技术存在的问题是：天地一体化网络中存在传输出错丢包和拥塞丢包，针对丢包的原因，地面网络与空间网络采取的应答机制不同，导致资源共享受限、网络吞吐量低等问题。
解决上述技术问题的难度和意义：将地面网络与空间网络的通信应答机制相结合采用的SNACK-P应答机制，可以解决这些问题，在保证信息传输正确的基础上避免盲目拥塞控制，提高天地一体化网络的吞吐量。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统及方法、无线通信系统。
本发明是这样实现的，一种天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法，所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法包括以下步骤：
步骤一，天地一体化网络系统中的发送端与接收端开始传输数据时，发送端设置拥塞窗口的初始值C(0)为k个数据包，拥塞门限的初始值Cth为T个数据包，初始化设置C(0)＝k，Cth＝T；
步骤二，发送端以发送窗口S(n)作为在第n次发送数据包时，未收到某个数据包确认信息允许继续发送数据包的个数；发送窗口由第n次发送数据包时的拥塞窗口向下取整计算得到：
同时针对发送端要求发送的每一个数据包，接收端接收后都需要返回正确确认信息ACK；
步骤三，接收端根据接收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失，区分丢包原因构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧ACK反馈给发送端；
步骤四，发送端接收到来自接收端的返回确认帧ACK后，对ACK确认帧进行解析，并根据不同情况对拥塞窗口，拥塞门限和丢失的数据包进行相应处理。
进一步，所述步骤三具体包括：
(1)接收端接收到的是序号顺序正确的数据包，则构建不包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，表示序号顺序正确的数据包已被接收端正确确认；
(2)接收端收到乱序的数据包，且检测到缓存队列已满，由于拥塞导致丢包发生，则构建包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，帧结构中设置SNACK-P选项的区分标志位Pflag为1，并在相应的SNACK-P选项位置携带丢失的数据包序号信息；
(3)接收端收到乱序的数据包，且发现是由于差错校验丢弃数据包，则构建包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，帧结构中设置SNACK-P选项的区分标志位Pflag为默认数值0，并在相应的SNACK-P选项位置携带丢失的数据包序号信息。
进一步，所述步骤四具体包括：
(1)返回确认ACK帧结构中不包含SNACK-P选项，即正常确认ACK，则表示信息已被接收端正确接收，不进行数据包重传，但需要调整拥塞窗口：
当拥塞窗口小于拥塞门限时，每接收到一个返回确认ACK，拥塞窗口长度就会增加1个数据包；在拥塞窗口超过拥塞门限后，每接收到一个返回确认ACK，拥塞窗口长度就会增加1/S(n)个数据包：
(2)返回确认ACK帧结构中含有SNACK-P选项且区分标志位Pflag为1，说明在接收端发生拥塞导致数据包丢失，调整拥塞门限为此时发送窗口的1/2，并将拥塞窗口复位为初始值k：
再根据SNACK-P选项中所携带的错误数据包序号信息，对被丢弃的数据包进行重传；
(3)返回确认ACK帧结构中含有SNACK-P选项且区分标志位Pflag为0，说明在传输过程中高误码率导致数据包丢失，不需要对拥塞窗口和拥塞门限进行处理，只需根据SNACK-P选项中携带的错误数据包序号信息，对丢失数据包进行重传即可。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述天地一体化网络通信SNACK-P应答方法的天地一体化网络通信应答系统，所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统包括：
接收端，判断收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧反馈给发送端；
发送端，用于根据不同的确认帧采取不同的措施对拥塞窗口，拥塞门限和丢失的数据包进行处理。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法的无线通信系统。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法的卫星通信系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：结合SNACK技术与SACK技术的优点，当数据包丢失后通过反馈包含出错数据包序号的应答帧，在支持进行必要重传的同时减小反馈信息开销，并且通过反馈数据包丢失原因信息和相应的应对机制，在保证信息正确性的基础上避免盲目拥塞控制对吞吐量性能的影响。
本发明在保证正确性的基础上，通过区分出具体的丢包原因采用适合的应答机制和避免拥塞的发生，提升天地一体化网络的吞吐量。通过附图可以看出，在不同误码率与网络延时情况下，对比以往天地一体化网络的SACK技术与SNACK技术，天地一体化网络通信的SNACK-P应答机制能够在保证信息传输正确的基础上避免盲目拥塞控制，有效提高天地一体化网络的吞吐量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统结构示意图；
图中：1、接收端；2、发送端。
图2是本发明实施例提供的天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法流程图。
图3是本发明实施例提供的天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法实现流程图。
图4是本发明实施例提供的在不同误码率情况下仿真示意图。
图5是本发明实施例提供的在不同网络延时情况下仿真示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对天地一体化网络中存在传输出错丢包和拥塞丢包的问题。本发明根据网络传输出错或者拥塞导致丢包原因的不同，做出不同的应答与响应处理，结合了SNACK技术与SACK技术的优点，在保证信息传输正确的基础上避免盲目拥塞控制，提高天地一体化网络的吞吐量。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统包括：接收端1、发送端2。
接收端1，判断收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧反馈给发送端；
发送端2，用于根据不同的确认帧采取不同的措施对拥塞窗口，拥塞门限和丢失的数据包进行处理。
如图2所示，本发明实施例提供的天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法包括以下步骤：
S201：当天地一体化网络系统中的发送端与接收端开始传输数据时，发送端设置拥塞窗口的初始值、拥塞门限的初始值；
S202：发送端以发送窗口作为在第n次发送数据包时，未收到某个数据包确认信息允许继续发送数据包个数；发送窗口由第n次发送数据包时的拥塞窗口计算得到；
S203：接收端根据接收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失，区分丢包原因构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧ACK反馈给发送端；
S204：发送端接收到来自接收端的返回确认帧ACK后，根据不同的ACK确认帧对拥塞窗口、拥塞门限和丢失的数据包进行相应处理。
如图3所示，本发明实施例提供的天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法具体包括以下步骤：
步骤一：天地一体化网络系统中的发送端与接收端开始传输数据时，发送端设置拥塞窗口的初始值C(0)为k个数据包，拥塞门限的初始值Cth为T个数据包，初始化设置C(0)＝k，Cth＝T。
步骤二：发送端以发送窗口S(n)作为在第n次发送数据包时，未收到某个数据包确认信息允许继续发送数据包的个数。发送窗口由第n次发送数据包时的拥塞窗口向下取整计算得到：
例如第9次发送数据包时的拥塞窗口C(9)＝32.6，则有
同时针对发送端要求发送的每一个数据包，接收端接收后都需要返回正确确认信息ACK，以保证发送信息的正确性。
步骤三：接收端根据接收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失，区分丢包原因构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧ACK反馈给发送端。
(1).若接收端接收到的是序号顺序正确的数据包，则构建不包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，表示序号顺序正确的数据包已被接收端正确确认；
(2).若接收端收到乱序的数据包，且检测到缓存队列已满，由于拥塞导致丢包发生，则构建包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，帧结构中根据表1SNACK-P选项设置区分标志位Pflag为1，并在相应的SNACK-P选项位置携带丢失的数据包序号信息；
(3).若接收端收到乱序的数据包，且发现是由于差错校验丢弃数据包，则构建包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，帧结构中根据表1SNACK-P选项设置区分标志位Pflag为默认数值0，并在相应的SNACK-P选项位置携带丢失的数据包序号信息。
步骤四：发送端接收到来自接收端的返回确认帧ACK后，需要对ACK确认帧进行解析，并根据不同情况对拥塞窗口，拥塞门限和丢失的数据包进行相应处理。
(1).若返回确认ACK帧结构中不包含SNACK-P选项，即正常确认ACK，则表示信息已被接收端正确接收，此时不进行数据包重传，但需要调整拥塞窗口：
当拥塞窗口小于拥塞门限时，每接收到一个返回确认ACK，拥塞窗口长度就会增加1个数据包；在拥塞窗口超过拥塞门限后，每接收到一个返回确认ACK，拥塞窗口长度就会增加1/S(n)个数据包：
(2).若返回确认ACK帧结构中含有SNACK-P选项且区分标志位Pflag为1，说明在接收端发生拥塞导致数据包丢失，此时调整拥塞门限为此时发送窗口的1/2，并将拥塞窗口复位为初始值k，即：
再根据SNACK-P选项中所携带的错误数据包序号信息，对被丢弃的数据包进行重传；
(3).若返回确认ACK帧结构中含有SNACK-P选项且区分标志位Pflag为0，说明在传输过程中高误码率导致数据包丢失，此时不需要对拥塞窗口和拥塞门限进行处理，只需根据SNACK-P选项中携带的错误数据包序号信息，对丢失数据包进行重传即可。
表1 SNACK-P选项的数据格式
下面结合仿真对本发明的应用原理作详细的描述。
依据以上实施步骤进行仿真：图4将往返时延(RTT)设置为定值550ms，横坐标是通过设置误码率模型的参数得到的误码率，本发明的误码率范围设置在0～10-4，纵坐标是天地一体化网络吞吐量；图5假设误码率为定值10-9，横坐标是天地一体化网络往返时延RTT，纵坐标是天地一体化网络吞吐量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法，其特征在于，所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法具体包括以下步骤：
步骤一，天地一体化网络系统中的发送端与接收端开始传输数据时，发送端设置拥塞窗口的初始值C(0)为k个数据包，拥塞门限的初始值Cth为T个数据包，初始化设置C(0)＝k，Cth＝T；
步骤二，发送端以发送窗口S(n)作为在第n次发送数据包时，未收到某个数据包确认信息允许继续发送数据包的个数；发送窗口由第n次发送数据包时的拥塞窗口向下取整计算得到：
同时针对发送端要求发送的每一个数据包，接收端接收后都需要返回正确确认信息ACK；
步骤三，接收端根据接收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失，区分丢包原因构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧ACK反馈给发送端；
步骤四，发送端接收到来自接收端的返回确认帧ACK后，对ACK确认帧进行解析，根据不同的ACK确认帧对拥塞窗口、拥塞门限和丢失的数据包进行相应处理。
2.如权利要求1所述的天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：
(1)接收端接收到的是序号顺序正确的数据包，则构建不包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，表示序号顺序正确的数据包已被接收端正确确认；
(2)接收端收到乱序的数据包，且检测到缓存队列已满，由于拥塞导致丢包发生，则构建包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，帧结构中设置SNACK-P选项的区分标志位Pflag为1，并在相应的SNACK-P选项位置携带丢失的数据包序号信息；
(3)接收端收到乱序的数据包，且发现是由于差错校验丢弃数据包，则构建包含SNACK-P选项的返回确认帧ACK，帧结构中设置SNACK-P选项的区分标志位Pflag为默认数值0，并在相应的SNACK-P选项位置携带丢失的数据包序号信息。
3.如权利要求1所述的天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：
(1)返回确认ACK帧结构中不包含SNACK-P选项，即正常确认ACK，则表示信息已被接收端正确接收，不进行数据包重传，但需要调整拥塞窗口：
当拥塞窗口小于拥塞门限时，每接收到一个返回确认ACK，拥塞窗口长度就会增加1个数据包；在拥塞窗口超过拥塞门限后，每接收到一个返回确认ACK，拥塞窗口长度就会增加1/S(n)个数据包：
(2)返回确认ACK帧结构中含有SNACK-P选项且区分标志位Pflag为1，说明在接收端发生拥塞导致数据包丢失，调整拥塞门限为此时发送窗口的1/2，并将拥塞窗口复位为初始值k：
再根据SNACK-P选项中所携带的错误数据包序号信息，对被丢弃的数据包进行重传；
(3)返回确认ACK帧结构中含有SNACK-P选项且区分标志位Pflag为0，说明在传输过程中高误码率导致数据包丢失，不需要对拥塞窗口和拥塞门限进行处理，只需根据SNACK-P选项中携带的错误数据包序号信息，对丢失数据包进行重传即可。
4.一种实施权利要求1所述天地一体化网络通信SNACK-P应答方法的天地一体化网络通信应答系统，其特征在于，所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答系统包括：
接收端，判断收到的数据包序号是否连续，判断是否发生数据包丢失构建不同的返回确认帧ACK，并将返回确认帧反馈给发送端；
发送端，用于根据不同的ACK确认帧采取不同的措施对拥塞窗口，拥塞门限和丢失的数据包进行处理。
5.一种实施权利要求1所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法的无线通信系统。
6.一种实施权利要求1所述天地一体化网络通信的SNACK-P应答方法的卫星通信系统。
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