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                基於衛星網絡的多路傳送協議
                文章來源:www.biyezuopin.cc   發布者:mile米乐集团  

                在多種帶寬應用裏,需要將信息分配給大量潛在的接受站,這些接受站彼↓此是相互隔離的。因為廣№播衛星信道的傳輸能力極強,所以通信衛星技術很適合傳播這種服務,是一種很好的選擇。盡管衛星多路有著巨大的潛能,但是在衛星網絡上很少存在對多路傳〖送服務支持的協議。雖然幾份多路傳送協議已經供因〗特網的使用,但是他『們對於衛星網絡不是很好的選擇。在衛星網絡涉及通訊時,傳輸協議的一關鍵部分受到了影響,這一部分是運輸層。在這篇文章中,我們試圖提供針對空間和路徑的設計方法,在◥這種空間和路徑裏,網絡部署和應用的要求影︾響著布置在衛星環境空間裏的傳輸層。 我們也重視在下一代衛星多路傳送服務的發展過程中一些相互矛盾的問題。

                1  引言

                在多種帶寬應用裏,比如軟件不斷■改進,分配計算,以及多媒卐體容量分配,需要一個將信息分配給許∮多潛在的接收者場所,這些接收者場所相互隔離得很遠。通信衛星就是自然的選擇,因為其固有的的衛星帶寬能力。此外,在許多情況下,衛星的基礎設ㄨ施能被建立成提供一種更廣泛的服◤務和方便的基礎設施,而基於陸地寬帶連接的基礎設施達不到這種要求。因此,雖然,今天許多寬帶傳輸是通過陸上設備連接,但是衛星將起一個更大和更重要的角色,特別是點♂對多傳輸的服務。

                利用更高的頻率帶寬例如賈頻率(Ka-band)、點-線技術和板上◥的加工工藝的下一代衛星通信系統正在研究中。賈頻帶(Ka-band)對於衛星通信系統非常重要,因為它提供更寬的帶寬。用點-光線和板上的加工技術的使用能提供雙向直接通訊的小而低功率低成本的用戶終端ぷ。這些系統很可能在全球通訊基礎設施中起重要作用。

                盡管衛星多路傳播潛力巨大,但在衛星網絡上很少存在對多路傳送服務的支持的協議。雖◆然幾份多路傳送協議已經供因特網使用,但是他們對於衛星網【絡不是很好的選擇。因此,為使下一代衛星系統和多路傳送服務的有效率的集成就需對這幾份協議進行研究和應用。 在衛星網絡涉及通訊時,傳輸協議的傳輸層受到了影響。

                2  我們考慮應用於包括了衛星寬帶的多路傳送服務的兩種@ 最普通的拓撲結構

                (1)衛星網絡可以被作為↓地理上分配的高速局域網(LAN)的相互聯系的一塊橋梁部署。 在這腳本裏,局域網通過一個或更多衛星上線路連接衛星(圖1(a))。這網絡拓■撲產生了一個對等結構: 衛星和信〖道節點作為局域網的一個覆蓋網絡。 通常,局域網也能連接一個陸地的核心網絡。 這種網絡體系結構為數據的多路傳送分配提供獨特的機會。在這個腳本裏,當端口連接用於在帶外控制信息,及用戶反饋和數據重傳時。 這種連接︻或許能被用來有效地傳輸內容⌒ 給很多的站點。

                圖1 衛星網絡拓撲結構 (a)主幹部署。 (b)直接家庭部署

                (2)直接家庭(或者直接商業)部署,在這種部署裏,衛星網絡由直接的或者雙方向□ 的獨立的連接端子組■成。在這種腳本裏面。網絡有一種很全面的拓撲結構,用戶終端與其他網絡沒有直接的聯系。地面終端通過位於所謂網絡操作中心(NOC)的一個通道節點訪問核心網絡(圖(1)b)。這種傳送協議增加了傳輸信道 ,特別是當數據要求可靠的交▂互時,因為一個衛星要求返回信道和用戶反饋的傳送帶外控制≡信息和數據重傳必須穿過這條衛星信道。

                3 丟失檢查和反饋

                為了提供可靠性,一份協議需要鑒定▲不能到達規定的目的地的包。 通過接收者返回丟失包通知給發送者。 傳統上,這個反饋有下列形式之一:

                肯定應答(ACK): 接收者把包返回給發送者,表明包已經被收到。

                否認應答(NACK):接收者把包返回給發送者,表※明包丟失,需要重傳。

                混合應答(both ACK and NACK);對多路傳送◥協議來說,肯定回答如果確認消息丟,就會確認內部是不是有破裂問題。當許多接收者返回確認包說他們收到正確的包時候,問題就會出現.因為▓每一個它們收到的包都會引起了資@源連接的網絡擁塞。另一個潛在的問題就是發送者必須保持與接收者連接的狀態,那樣才能確定數據包是否被接受者全部正確地接受了。在大規模多路傳送應用方面,存儲器和處理負荷變々得很高。

                NACK的反≡饋減少了一些問題。在電纜陸地的網絡中,性能比較明顯。NACK-based確認多路傳送協議比ACK-based確認性能好。 在NACK-based的反饋裏,接收者通過檢查按照包順序號的缺少來識別丟失∮的包,並且向被指定♀的發送者報告。發送者即不需要及時知道接收者在任一點的大小,也不需要在它的組中保持與每一個接收者的當前連接狀態。 此外,NACK包的數量預計在在出錯率上少於ACK。當它自由□傳送到緩沖區時,缺點就會產生,這個缺點是傳送◢者很難知道其包是否到達到︻了接受者了, 因為NACK包可能在輸送過程中丟失。對衛星多路傳送應用來說,與丟失檢查和用戶反饋有關的潛在的問題╳是更加嚴重。由於在衛星鏈路和潛在許多的接收者的高的出錯率,即使基於NACK的反饋導致的不僅僅是一個內破裂問題, 而且傳輸的延遲會導致數據的重傳輸沒有可能了。 在主幹部署裏∩,陸地鏈路的存在允許支持,主要用於電纜陸地網絡發展的反饋集♂中的用法以及反饋抑制。但是,在直接家庭部署過程中,由於我們算法的應用有限,將在第3.3節更進一步精心講敘。

                3.1減少損失

                包恢復機制是一個可靠的傳送協議的必要的組成部分∏。

                自動重發請求(ARQ)是對於這目的的一種著名的技術。 在ARQ內,發送者對丟失通知反應是通過重傳丟失包來表現的。在衛星多路傳送應用中,對數據包的恢▽復來說,由於幾』個原因純ARQ結果是無效的。傳播長延遲與衛星↘鏈路有關,在重請求期間導致很多延遲,使得敏感應用(例如錄像機流)的處理不能執行。如果頻繁和∑進一步消失在衛星鏈路,就會導致高出錯率和高突發錯誤。所以,隨著衛星傳輸的廣泛應用,即使反饋機制能夠把丟失的信息傳回信號源,網絡的帶寬和進程需要的時間,會被不同的接受端接受不同的丟失數據△包而浪費掉。幾份早期的論文∮把ARQ方法用在衛星多路傳輸協議中。

                3.2反饋禁←止和集中

                幾個現有的多路傳輸協議采取了反饋禁止和集中來控制為反饋包的數量和反饋包的流,其目的是避免反饋破裂的問題。衛星多路傳送采用內的這些方法●的應用性嚴重依賴網絡部署的結構

                數據通信協議反饋集中適用於一個合乎邏輯或者物理階層網絡。反饋集中依賴對源的中間實體收集,濾出和合並反饋信息。在主幹腳々本裏面,對於中間局域網路由器來說,收到來自接收者節點的反饋包而只把集中反饋信息報告給衛星網∞關是可能的。網關節點能收到源的通過幾個路由器的單個反饋信息報告。

                3.3 包恢復

                在面向無連接通訊裏,反饋報告包返回發送人,發送人提☆出重傳。 為避免反饋內破裂, 通信量集中在發送者, 並且降低包恢復潛在因素。幾份多路傳送協議采用本地恢復法。本地恢復允許指定節點緩存數據包, 代替◥發送者重傳。 因此,接收者∩首先通過這些結點來恢復丟失包。如果丟失包不能通過指定結點恢復,那麽就會向發※送者請求重傳。用一個合乎邏輯或者物理層次的網絡是可能的, 通過它們中間路由器能緩存包,收到請求之後向上重傳。反饋集↘中路由器輔助了本地恢復提高了靈活性和多路協議的可靠性.

                由於∏與衛星鏈路相伴的長時間的傳播延遲,包的本地恢復在衛星網絡裏特別重要。在主幹部署裏,衛星網關和中間路由器是一個適合本地恢復的好√場所。不過,伴隨反饋集中,路由器輔助本地恢復要求中間網絡部件的Ψ 支持和它的可用性取決於路由器擴展性的存↙在。如果接收結點允許響應重傳請求, 大體上路由器輔助本地恢復的可能,如果接受點被允許重發請求。在這種情況下,有效的反饋和包修復必須避★免網絡的溢流問題。在直接家庭部署中,所有接收者直接收到來自衛星的包,在衛星與接收者之間沒有中間路由器。因此,對於在這樣的ξ網絡中本地恢復是比較困難的。

                3.4數據通訊協議

                在為研究陸地衛星網絡時,需要在研究中作〓出巨大的努力來提供一個無所不在的端到端的擁塞控制算法。這要修改TCP協議使之與衛星信道相配。另一個提議是在衛星網絡接口處設置一個連接,並且運行在末端結點與衛星網關之間的TCP協議。當在衛星核ζ 心網絡運行算法時,第二種方法在實際中有幾個優點。它允許衛星核心網絡提供最佳數據流而達到高效用。並且在一部分陸地網絡中,它『也可能推開擁塞到網絡邊緣,讓TCP擁塞控制機制處理擁塞。在中心網絡中,問題◇是減少流控制問題而不是擁塞控制問題,因為衛星網絡帶寬是確定的確定和被許多有源連接共享了。然而衛星網層與因特網隔離,流控制通過擁塞窗口執行,也沒有必要去區分丟失是因為擁塞還是連接錯誤▓。

                為了使因特網與衛星網絡隔離,要求在網關結點有額外的功能,然而,我們也相信衛星提供者也願意這樣的設計。因為在他們的網絡中允許他們有完全的流「控制。加上多播服務TCP控制的信◥道性能和算法,使得衛星網絡有不可忽※略的優點。

                4 結論

                在本章中,為支持多路※服務,我提出了一個分類法和許多可選的設計概要。討論了怎麽樣設計多路傳輸協議在衛星網絡中的布置。我們的分類法是以多播傳輸協議IETF建築塊▅為基礎。但是衛星傳▓輸協議的組件腳本被兩個最一般的網絡部署影響。

                我們也概括地論述了一些問題,這些問題在下一代衛星多播服務網絡中是╲受到批評的。像一些問題如反饋內破裂空缺和在傳輸層的包層的FEC碼在陸地①網絡中已改變,但是考慮衛Ψ 星網絡的唯一特性時,它們不得不被引用。我們相信有效解決問題方法和新技術的發展(例如額外處理與緩存)將在全球通信的基礎設施中表明衛星網絡的真正價值→。

                譯文原文出處★:Elahi, Ata. 《NETWORK COMMUNICATION TECHNOLOPY》  科學出版社 2002年

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