基于BBR拥塞控制算法的空间环境数据传输系统

发布时间：2020-09-22 19:47

　　空间环境监测是开展空间天气研究和预报的基础,空间环境地基监测是获取空间环境信息和数据的重要方式。中科院空间环境监测网能够提供太阳、宇宙线、地磁、电离层和中高层大气等多种空间环境要素的监测信息,空间环境地基监测设备获得的空间环境监测数据通过专用的空间环境数据传输系统实时传输至中科院空间环境研究预报中心,用于空间环境研究和预报。目前空间环境数据通过广域网进行传输,广域网固有的高丢包率、大延迟特性影响了空间环境数据传输系统的正常运行。广域网加速是通过技术手段在现有的网络条件下解决广域网数据传输中的性能问题,主要技术有数据缓存、数据压缩、应用优化以及传输协议优化等。本文结合实际,采用传输协议优化技术来解决空间环境数据在广域网中的传输问题。本文的主要工作如下:(1)调研TCP拥塞控制机制,分析了具有代表性的TCP拥塞控制算法,并对Reno、CUBIC和BBR三种拥塞控制算法分别进行了数据传输实验,对实验结果进行分析,证明了BBR算法相比其它两种算法其性能在大延迟、高丢包率的广域网链路中表现更好。(2)抽象空间环境数据传输的物理过程,建立了基于BBR拥塞控制算法的空间环境数据传输业务流程的Petri网模型。为降低建模的难度,采用了分层建模的方法。为验证模型的正确性,使用Visual Object Net++建模仿真软件对模型进行了仿真分析,验证了本文所建立的空间环境数据传输Petri网模型符合空间环境数据传输的物理过程。(3)在空间环境数据传输Petri网模型的基础上,按照SOA组件模型的思想,建立了基于BBR拥塞控制算法的空间环境数据传输系统架构,初步实现了基于BBR拥塞控制算法的空间环境数据传输系统。通过数据传输实验,验证系统的高效性和可靠性,证明了基于BBR拥塞控制算法的空间环境数据传输系统能够提高在广域网链路中的空间环境数据传输效率。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP393.2
【部分图文】：

台站分布,空间环境监测,空间环境

图 1.1 空间环境监测台站分布Figure 1.1 Distribution of space environment monitoring stations空间环境地基监测设备获得的空间环境监测数据通过专用的空间环境数据传输系统实时传输至中科院空间环境研究预报中心，用于空间环境研究和预报。目前空间环境数据通过广域网进行传输，受广域网固有的高丢包率、大延迟特性影响，空间环境数据传输系统在运行中存在以下问题：（1）数据传输经常中断；（2）数据传输速度慢，部分数据不得不停止传输；（3）接收到的数据不完整。空间环境预报主要使用经验预报和统计预报方法，需要大量实时的、可靠的空间环境数据，这些问题给空间环境业务预报工作带来了消极的影响，因此需要建立一套适应广域网特性的空间环境数据传输系统，以保证数据可靠、高

示例,发送窗口,链路,网络链路容量

图 2.1 TCP 拥塞窗口增长示例Figure 2.1 Example of congestion window growth in TCP网络链路容量大大增加，满足更多数据的传输和更快 Tahoe、Reno 和 NewReno 这样的传统 TCP 算法并统 TCP 中的拥塞窗口在拥塞避免阶段每隔 RTT 只增P 发送窗口以达到某些网络链路上的可用带宽需要很个例子，传统的 TCP 在 10 Gb / s 的链路上使用 12秒 RTT 的情况下需要 1.4 小时 TCP 发送窗口才能达法分析效地利用现代 Internet 链路的容量，需要一种新的控制窗口。于是出现了 BIC（Binary Increase Cong

函数曲线,函数曲线,变量,三次函数

图 2.2 BIC 算法的拥塞窗口增长函数曲线igure 2.2 The cwnd growth function curve of the BIC algoriC 算法分析人提出的 BIC 算法对 TCP 拥塞窗口的控制较为复杂改变 cwnd，因此当网络 RTT 较小时，cwnd 增长过快了 CUBIC 算法[27]，通过式 2.1 中的三次函数计算拥IC 的窗口调整算法。和 BIC 一样，CUBIC 在丢包BIC 使用变量 epoch_start，K 和 t 记录时间。epoch_的 TCP 确认到达的时间。此时，cwnd 处于曲线的最增加到。变量 K 是 cwnd 应达到的时间。变来已经持续了多长时间。有了这三个变量，CUBIC

【参考文献】