吉林大学学报(工学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (1): 257-264.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20241161

• 通信与控制工程 • 上一篇    下一篇

基于链路状态的卫星通信多模态动态拥塞控制算法

郭艳萍1,2(),高云1,周建慧1   

  1. 1.山西大同大学 计算机与网络工程学院,山西 大同 037009
    2.太原理工大学 矿业工程学院,太原 030024
  • 收稿日期:2024-09-27 出版日期:2026-01-01 发布日期:2026-02-03
  • 作者简介:郭艳萍(1976-),女,副教授,硕士.研究方向:人工智能,深度学习.E-mail:13994359883@163.com
  • 基金资助:
    山西省哲学社会科学规划项目(2023YJ125);山西省软科学研究计划项目(2019041023-5);山西大同大学基础青年科研基金项目(2022Q4);国家自然科学基金研究项目(11871314);国家自然科学青年基金项目(11605107)

Multi-mode dynamic congestion control algorithm for satellite communication based on link state

Yan-ping GUO1,2(),Yun GAO1,Jian-hui ZHOU1   

  1. 1.School of Computer and Network Engineering,Shanxi Datong University,Datong 037009,China
    2.Taiyuan University of Technology,College of Mining Engineering,Taiyuan 030024,China
  • Received:2024-09-27 Online:2026-01-01 Published:2026-02-03

摘要:

由于卫星通信网络链路不稳定,使卫星波束存在跳变特性。为了保证通信的连续性,共享同一信道的用户终端需要在不同卫星之间进行切换,新卫星与地面站以及用户终端之间的链路需要重新建立和调整,导致时延突变问题,而在延时突然增加时,过于保守地减小发送窗口,使拥塞控制中的往返延时均衡性较差。因此,本文提出基于链路状态的卫星通信多模态动态拥塞控制算法。通过对传统的TCPVegas算法进行改进,计算卫星链路的长度,根据卫星链路的长度对往返延迟进行修正,解决因往返时长突变问题产生的拥塞窗口变化问题。对卫星传输的带宽进行判断,解决因其他算法导致的拥塞窗口盲目减小问题,从而实现卫星通信的多模态动态拥塞控制。实验结果表明:该算法具有较大的数据吞吐量,往返延时均衡性较好;改变αβ参数后该算法的平均吞吐量会有较明显的提升,但是存在一定限度;在不同拥塞程度时,该算法能够动态调整拥塞窗口大小适应拥塞环境,保证卫星通信的畅通。

关键词: 链路状态, 卫星通信, 拥塞控制, 动态控制, TCPVegas算法, 多模态

Abstract:

Because the satellite communication network link is unstable, the satellite beam has the jumping characteristic. In order to ensure the continuity of communication, the user terminal sharing the same channel needs to switch between different satellites, and the link between the new satellite and the ground station and the user terminal needs to be re-established and adjusted, which leads to the delay mutation problem. However, when the delay increases suddenly, the sending window is reduced too conservatively, which makes the round-trip delay balance in congestion control poor. Therefore, a multi-modal dynamic congestion control algorithm for satellite communication based on link state is proposed. By improving the traditional TCPVegas algorithm, the length of the satellite link is calculated, the round-trip delay is corrected according to the length of the satellite link, and the change of the congestion window caused by the sudden change of the round-trip time is solved. The bandwidth of satellite transmission is judged, and the problem of blind reduction of the congestion window caused by other algorithms is solved. The multi-mode dynamic congestion control of satellite communication is realized. The experimental results show that the algorithm has maximum data throughput and good round-trip delay balance. After changing α and β parameters, the average throughput of the algorithm will be improved obviously, but there is a certain limit. The algorithm can dynamically adjust the size of the congestion window to adapt to the congestion environment and ensure the smooth flow of satellite communication.

Key words: link state, satellite communications, congestion control, dynamic control, TCPVegas algorithm, multi-modal

中图分类号: 

  • TN915

图1

卫星链路示意图"

图2

SNACK示意图"

图3

TCPVegasW拥塞控制流程"

图4

卫星通信拓扑结构"

表1

卫星通信参数"

参数数值
高度/km3 500
轨道数18
轨道面卫星数42
轨道倾斜度/(°)55
链路带宽/Mbps30
上下行/Mbps1.5
覆盖范围/km4 500

图5

不同模态拥塞情况下拥塞窗口变化"

图6

往返时延计算结果"

图7

不同拥塞控制算法吞吐量"

表2

本文算法不同参数下的吞吐量变化"

αβ平均吞吐量/kbps丢包率/%
13299.70.4
24380.40.9
46536.61.2
68652.51.5
810733.12.1
1012692.32.9
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