2021-4-10 | 互联网
外层空间的研究包括太空旅行、星际网络、用无线电及雷达进行天文观察。外层空间通信的目的是实现从外太空到地球的高速信息传递，例如在星球探索中我们需要提供双向通信链路用以引导和控制星球探测器，并传回探测器收集到的图片和信息。因此需要规划下一代太空通信网络的体系结构。
星际互联网的体系结构分为三部分:星际主干网，包括从外太空星球到地球以及到环绕地球的中继站之间的直接链路或多条路径。
行星卫星网，包括环绕行星的卫星，这些卫星可以为行星表面的探测器提供通信中继及导航服务。
行星邻近网，为行星表面的各种探测器之间提供通信链路，这些探测器通常形成一个ad一hoc网。
以上的组成部分主要考虑星系主干网，它在整个星际通信的性能中起主要作用。
把目前的TCP协议用于星际网性能会很差，因为星际网骨干网的传播延迟很大，链路差错率高、往返带宽不对称、链路经常中断，需要根据这些特点设计相应的传输协议。协议参考目前的TCP并针对星际互联网的具体特点做改动。基于窗口和基于速率的传输机制其吞吐率分别与R片和V兀厅一成反比，因此星际网采用基于速率的加增乘减(AIMD)拥塞控制方法，AIMD的参数可帮助避免吞吐量的降低。协议不采取当前TCP的慢启动算法，而是采取初始状态算法，开发新的拥塞检测和控制机制，不再以一个包的丢失作为发生拥塞的标志，这样可以避免由于链路差错引发丢包而被错误地当作是发生拥塞。为了减轻链路中断对吞吐量性能的影响，将中断状态处理引入协议，并采取延迟SACK来解决带宽不对称问题。
协议算法分为两部分:初始状态和稳定状态。源点开始建立连接时为初始状态，经过2*R片之后进人稳定状态。初始状态包括Immediatestart和Fonow一Up两部分，持续时间均为一个R拌;稳定状态包括4种状态:HoldRate，Deerease:ate，Inereas。Rate，Blaekout，根据链路情况在这4种状态间转换。
(l)ImmediateStart。
从t二0开始到一个t=R7’T之间的时间段，分为两部分。
l)EmulatedSlowStart:每个T发送的数据包数从开始，指数增加，直到达到设定的阑值ssthresh=丫厕叭丽-。发送数据包的同时还发送ML包，ML包的优先级低于数据包，发生拥塞时先丢弃ML包，因此不会影响数据包的吞吐率;不拥塞时，接收方发出确认信息MLACK，表示目前的链路资源尚有空闲。每个T内发送的数据包数与ML包数之和等于ssthreshe，进人EmulatedCongestionAvoidan(:e。
2)EmulatedCongestionAvoidanee:发送方不再增加每个T中发出的数据包数，而是将每个T中发送的ML包数加一，直到t=RTT，进人Follow一Up阶段。
(2)Follow一Up。
从t二R拌到t二2*R拌之间的时间段，发送方开始收到来自接收方的反馈信息。为了节省返回链路资源，接收方不是每个包都应答，而是每个时间段T中应答一次，在这个时间段内收到的包数N被放在应答包MLACK中送回发方。发方根据收到的N值调节发送速率S‘:，方法是:S‘t=八刀，。在t=2*RTT时进人稳定状态。
2稳定状态
在这个阶段，发送方处于4种状态之一:增加速率、降低速率、保持速率、中断状态。刚进人稳定状态时首先处于保持速率状态，根据采用的拥塞控制方法进行状态转换。因此数据传输速率S根据所处的状态进行增减或保持。
(1)拥塞控制。
协议采用新的拥塞控制机制解决链路差错率高的问题，可以区分由拥塞造成的丢包和由链路差错造成的丢包。发送方周期性地发出两类规模很小的Mx包，这两类MX包除了优先级高低不同，大小和速率都相同。如果链路差错造成丢包，这两类MX包的丢包率相同;如果拥塞造成丢包，优先级低的NIX包会首先被丢掉，可以区分链路是拥塞还是差错。接收方统计一个时间窗内收到的高低优先级的MX包数从吵和从助，每个，周期将它们放在MXACK中反馈给发送方。发送方计算小二从汉刀肠沙，把中和预设的阂值机、中、进行比较，调整发送速率:如果小>小‘说明没有拥塞，增加发送速率，5二S+a;如果中<小己说明发生拥塞，降低发送速率，S=s*氛如果中荞中<小‘则保持原有速率。
(2)基于速率的AIMD。
(3)断路状态。
在规定时间内发方没有收到任何应答信息则认为出现了断路，进人断路状态;同样，收方也会因为在规定时间内没有收到发方的数据而进人断路状态。在断路状态下，发送方停止发送数据包改为发送具有高低两种优先级的MX包，而接收方虽然没有收到任何MX包也会不断发送MXACK包，包中的从别和戈沙均为0。这是为了帮助发送方及早发现断路的恢复从而尽快开始发送数据包。若发送方开始收到包含刃而二0和戈沙=0的MXACK，即表示断路恢复，转人保持速率状态，开始发送数据包。
(4)带宽不对称问题。
为了解决往返带宽不对称问题，接收方不是每个包都应答，而是采用延时SACK的方法减少返回链路的业务量。若没有丢包，每收到d个包应答一个SACK;若出现丢包则立即应答一个SACK。
这种基于速率的AIMD拥塞控制机制运行在IP层之上，不需修改当前TC助P协议的下层，具有很好的应用前景。