卫星宽带通信系统课件.ppt
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1、目录目录一、概述一、概述二、卫星宽带通信系统结构二、卫星宽带通信系统结构三、卫星三、卫星TCP技术技术四、卫星四、卫星IP技术技术五、国外卫星宽带通信系统五、国外卫星宽带通信系统参考文献l Zhili Sun.Satellite Networking Principle and Protocols.John Wiley&Sons,Ltd.,2005l 陈振国等.卫星通信系统与技术.北京:北京邮电大学出版社,2003l DOUGLAS E.COMER著,林瑶等译.用TCP/IP进行网际互连.北京:电子工业出版社,1998l Chotikapong,Y.;Sun,Z.Evaluation of A
2、pplication Performance for TCP/IP via Satellite Links.Satellite Services and the Internet,IEE Seminar on 17 Feb.2000,Page(s):4/1 4/4.一、概述 随着人类社会对信息需求的不断增长,对Internet网络依赖性的不断提高,Internet业务和宽带综合业务已经逐步取代传统的低速话音和数据通信,成为通信网络中的主要业务 Internet业务和宽带综合业务也自然地成为了卫星通信当前迅速发展的应用领域 卫星宽带通信系统的特点及功能n 特点传输速率高,如吉莱特(Gilat)公
3、司与微软等合作推出的利用双向VSAT实现的Internet接入服务,能提供下行40Mb/s,上行153.6Kb/s的数据速率(但个人用户只能获得下行400Kb/s、上行56100Kb/s的速率)为了独立于地面网络,多数卫星宽带通信系统使用微波或激光星间链路实现卫星互连,构成空间骨干传输网络由于卫星链路的传输损耗大,在高速传输情况下,要求用户使用具有较大口径的天线。因此,短时间内卫星宽带系统将无法支持手持终端移动中的高速通信。n 功能为用户或用户群提供Internet骨干网的高速接入 作为骨干传输网络,连接不同地理区域的Internet网络运营商 西欧卫星转发器(36MHz)数目的供求情况 转发
4、器需求 业务19951997199920042009传统语音和数据177223298204163Internet中继0017.1147200Internet接入00.49.913143电视和视频5275285859641207二、卫星宽带通信系统结构 交互式卫星宽带Internet 接入系统结构 非对称卫星宽带接入系统结构 卫星宽带骨干传输系统结构 三、卫星TCP技术几个概念:(1)往返延时RTTl 发送端从开始发送数据到它收到来自接收端的应答,所需时间为信息传输的往返延时。(2)连接容量(或带宽延时乘积)l 发送端在接收到返回的应答信息之前所能发送的最大数据量,它受到接收窗口(接收窗口为带宽
5、延时乘积)的限制。连接容量=带宽RTT(3)长粗管道l 对于给定的最大窗口尺寸(带宽延时乘积),大的往返延时将限制连接带宽(即传输速率),通常把带宽延时乘积较大的数据连接称为“长粗管道”。TCP协议特点 面向连接的、端对端、进程对进程的可靠传输协议,为用 户提供字节流传输服务 基于不可靠的IP服务来提供可靠的数据传输,采用了端对 端流量控制、拥塞控制和差错控制机制来保证服务的可靠性 使用滑动窗口协议来实现端对端流量控制 使用慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复算法来完成 拥塞控制 使用确认信息包、定时器和重传机制来实现差错控制 (一)TCP概述1、滑动窗口协议 接收端公告窗口即是发送滑动窗口,
6、是接收端通告发送端的窗口大小数值 2、拥塞控制机制 TCP拥塞控制策略是在20世纪80年代后期由Van Jacobson提出 TCP的拥塞控制机制随TCP协议版本的不同而不同,在目前常见的TCP-Reno中,拥塞控制机制由慢启动算法、拥塞避免算法、快速重传和快速恢复算法构成 图7-6 慢启动-拥塞避免算法中CWND变化示意图 3、慢启动/拥塞避免机制例题1 按照图7-6所示的慢启动拥塞避免算法,假设TCP在一条往返延时为100ms的移动卫星链路上传输一个400KB的文件。如果TCP发送的报文段大小为1KB,则:(1)发送完该文件需要用多少RTT?(2)此次传输的有效吞吐量是多少?解:(1)传输
7、完400KB大小的文件,需要用RTT数为24 (2)此次传输的有效吞吐量为:(4008)/(240.1)=133.3(Kbps)例题2 假设TCP在卫星通信链路上实现一个扩展:允许窗口大小远大于64KB。假设你正用这个扩展TCP在一条往返延时为100ms的1Gbps移动卫星链路上传送一个10MB的文件,而且TCP接收窗口为1MB。如果TCP发送的报文段大小为1KB,在网络无拥塞、无分组丢失的情况下:(1)当慢启动打开发送窗口达到1MB时,用了多少RTT?(2)发送该文件用了多少RTT?(3)如果发送文件的时间由所需的RTT的数量与链路延迟的乘积给出,这次传输的有效吞吐量是多少?链路带宽的利用率
8、是多少?解:(1)当慢启动打开发送窗口达到1MB时,所需RTT数量为:(2)按照慢启动/拥塞避免算法,发送该文件所需要的RTT数量为:35 (3)这次传输的有效吞吐量为:10/(35*0.1)=2.857(MB/s)链路带宽的利用率为:(2.857*8)/1000=2.2856%22log(/)log(1024/1)10SST MMS TCP在卫星通信系统种存在什么样的问题?(二)TCP在卫星通信系统种存在的问题1、卫星通信链路传播延时较大2、卫星通信链路信息传输的误码率较高,造成数据 丢失,而这种可能被协议解释为由拥塞所引起的3、卫星网络的带宽延时乘积大4、卫星链路的非对称性1、长延时对TC
9、P协议性能的影响 在新的TCP连接建立后,收发双方都不清楚传输网络的业务负载情况,因此使用慢启动来逐步探测传输链路的有效带宽 对1个TCP连接,传输速率b约为 在TCP使用每报文段确认时传输比特速率达到B所需的时间 在TCP使用延时确认时,传输比特速率达到B所需的时间式中,l为报文段的平均长度(比特数)/bCWND RTT2(1log/)SStRTTB RTT l1.5(1log/)SStRTTB RTT l 假设发送的数据报文段的平均长度为1KB,则在不同的速率B和不同的确认方式下,TCP协议的慢启动过程持续时间如下表轨道类型tSS(s)每报文段确认延迟确认B=1MbpsB=10MbpsB=
10、155MbpsB=1MbpsB=10MbpsB=155Mbps低轨0.180.350.550.280.560.90中轨1.492.323.312.373.795.48静止轨道3.915.737.916.299.4113.13RTT取值:GEO550ms,MEO250ms,LEO-50ms;延迟确认:每收到2个报文段确认一次。2、高差错率对TCP协议性能的影响 地面有线传输网的差错率很低,典型的误码率值低于10-10,而卫星链路的误码率通常在10-210-6之间(无纠错编码时)传输差错从三个方面影响了TCP的吞吐率性能:1)因出错而丢失的报文段必须被重传,因此增加了网络资 源的消耗;2)TCP发
11、送端始终将报文段的丢失理解为网络拥塞,因而 降低其传输速率,使得网络资源的利用率急剧下降;3)反向链路上的确认包丢失将会导致已经接收到的报文段 的超时重传,进一步降低协议的吞吐率性能。卫星链路的差错具有突发性,而快速重传和快速恢复算法通 常不能处理单个窗口内的多个错误,因此TCP协议的拥塞避 免机制将严重限制窗口的增长 3、带宽延时积对TCP协议性能的影响 一个TCP连接中,链路的最大有效带宽与 连接的往返程时间RTT之积称为带宽延时 积BDP BDP说明了一个TCP链路在一个RTT内的最 大吞吐量BDP(KB)带宽128Kbps244Kbps1Mbps2Mbps45Mbps155Mbps低轨
12、(RTT=50ms)0.81.5256.2512.5281.25968.75中轨(RTT=250ms)47.62531.2562.51406.254843.75静止轨道(RTT=550ms)8.816.77568.75137.53093.7510656.25 TCP的流量控制通过连接双方通告自己的窗口大小来实现 在TCP头部中,窗口大小是一个16位的域段,也就是说窗口 的最大值为216=65535字节,即64KB 发送端在发送报文段的过程中,在未收到已发送报文段的确 认信息之前,发送端发送的数据量不应超过该窗口的大小 卫星系统传输延时较大,为了充分利用带宽资源,必须在接 收到确认信息之前发送足
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