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摘 要：中国民航进入“空中互联网时代”，拥有空中网络的民航必将在市场竞争中占据有利地位，但民航移动通信网络TCP拥塞问题十分严重，网络质量欠佳。采用合理的TCP拥塞控制策略是解决网络质量不佳的主要方法。基于卫星网络，主要TCP拥塞解决技术包括PEP技术、支持长肥管道增强TCP技术、增强TCP性能三类。Tcp拥塞控制主要可分为慢启动阶段、拥塞避免阶段、快速重传与恢复阶段四个阶段，目前可供选择的方案为改进协议方案、PEP方案。TCP拥塞控制协议可分为基于丢包的拥塞控制协议、基于延时的拥塞控制协议、复合拥塞控制协议。
关键词：民航；移动通信；TCP网络；拥塞控制
现代社会是一个信息化社会。信息化水平是衡量一个组织、地区、国家综合实力与现代化水平的重要标志。信息化是民用航空业快速发展的重要技术条件，迈入21世纪，地面信息化技术飞发展，基础设施、软件条件逐渐完善，但航空信息发展却较缓慢，因此“在飞行过程中不能使用手机”成为许多人对飞机的主要认识。实际上，机载宽带网络已逐渐推行，2011年第12届民航信息发展论坛暨地空宽带通信系统技术发挥会上，中国民航低空宽带通信系统被发布，中国民航进入“空中互联网时代”，当今社会网络已深入到我们的生活之中，拥有空中网络的民航必将在市场竞争中占据有利地位[1]。但遗憾的是，民航移动通信网络Tcp拥塞问题十分严重，网络质量欠佳。本次研究试简要概述民航移动通信网络Tcp拥塞控制策略研究进展。
1 民航移动通信网络TCP特点
民航移动通信TCP网络采用卫星通信，利用人造地球卫星为中继站传播的无线电波，进行通信，在四颗卫星情况下，全球可建成60个地面站，当前大部分陆地面积、海洋面积均可通过卫星介入，飞机进入海洋部分无陆地基站传输信息时，便需通过卫星介入网络。民航移动通信网络TCP信息传输难度更大，主要体现在：（1）空间跨度大，卫星与地面通信距离以万公里为单位，而无线电波单次天地传输（平流层）需120ms，双向传播超过250ms，而地面基站最大通信距离仅为250km，网络延时不可忽视，卫星网络与传统网络构成特殊的异构网络，对TCP协议提出了新挑战；（2）链路质量不稳定，卫星链路空间跨度大、传播距离远，干扰因素多，即使采用强的FEC，误比特率仍仅达到10-7作用，故链路差错丢包风险高，直接影响TCP拥塞控制；（3）终端高速移动，民航终端为飞机，移动速快、频率变化快，飞行过程中还产生1kHz多普勒频移，造成多普勒效应，终端高速移动进行小区间切换，子网更换频繁，数据包重传教普遍，增加网络负担；（4）扩容难，高速网络的构建提高了信息吞吐量，对TCP协议数据利用率的提高增加了困难；⑤其它因素，飞机主要依赖机载电池供电，功率小。
2 现有的卫星网络TCP拥塞控制策略
目前，可供选择的卫星网络TCP拥塞控制策略方法较多，但均以提高网络效率为基本原则，主要方法可分为以下三类：（1）PEP技术，从卫星出发，TCT Spoofing技术可改善长传播延迟卫星链路上数据传送性能，TCP splitting方案，转换网关，使用专用协议取代卫星连接段TCP；（2）支持长肥管道增强TCP技术，主要包括底层修改、标准TCP机制，前者包括路径MTU发现技术、FEC技术，后者主要包括扩大TCP窗口、优化确认策略、Sack丢包恢复策略，以Sack为例，其运行TCP收端可通知发送端收到数据包，发生多个丢包后，可快速恢复，避免不必要的重传；（3）增强TCP性能，通过提高公平性、抗高误码特性提高TCP性能，包括TCP Hybla技术、SwiftStart TCP技术、TCP westwood技术、Scalable TCP等，以Scalable TCP为例，其可很好的提高DBP网络中的包传输效率，其控制机制不受壅塞窗口延时问题，可保证流量公平性。
3 可行民航移动通信网络Tcp拥塞控制策略
3.1 基本的拥塞控制策略
现有的TCP协议拥塞控制可分为四个阶段：（1）慢启动阶段，传统TCP启动一个连接会发送许多数据包，路由器会对数据包进行排队，可能耗尽存储空间，影响TCP吞吐量，慢启动控制，即在建立TCT连接时，初始化拥塞窗口；（2）拥塞避免阶段，当发现超时或受到相同的RACK帧时，便认为发生拥塞，此时便进入拥塞避免阶段，重新进入慢启动过程或执行拥塞避免算法；（3）快速重传、恢复阶段，当数据包超时，重新进入慢启动，快速重传与恢复受到的信息，断定数据包丢失，重传，不必等到RTO超时[2]。
3.2 可选方案
目前，解决民用航空通信网络TCP传输问题主要为改进协议方案、PEP方案，目前可供选择的TCP协议可分为基于丢包的拥塞控制协议、基于延时的拥塞控制协议、复合拥塞控制协议。以基于丢包的拥塞控制协议为例，其是一种主要依靠重复ACK判断是否发生网络拥塞的一种机制，当网络发生拥塞，快速进入快传恢复阶段，前文提到的TCP Reno、Tcp SACK均为典型的基于丢包的拥塞控制协议。
4 小结
民航移动通信网络TCP拥塞控制策略理论技术成熟，且已有可供选择的技术解决方案，但尚无突破性进展。改进协议方案、PEP方案是当前研究热点，增强TCP性能方案具有一定的发展前景。
參考文献
[1] 曹允春.临空经济发展的关键要素、模式及演进机制分析[J].城市观察，2013（2）：340-341.
[2] Chu J，Dukkipati N，Cheng Y，et al.Increasing TCP’s initial window[J].work in progress， draft-ietftcpm-initcwnd-01， 2011.
关键词：民航；移动通信；TCP网络；拥塞控制
现代社会是一个信息化社会。信息化水平是衡量一个组织、地区、国家综合实力与现代化水平的重要标志。信息化是民用航空业快速发展的重要技术条件，迈入21世纪，地面信息化技术飞发展，基础设施、软件条件逐渐完善，但航空信息发展却较缓慢，因此“在飞行过程中不能使用手机”成为许多人对飞机的主要认识。实际上，机载宽带网络已逐渐推行，2011年第12届民航信息发展论坛暨地空宽带通信系统技术发挥会上，中国民航低空宽带通信系统被发布，中国民航进入“空中互联网时代”，当今社会网络已深入到我们的生活之中，拥有空中网络的民航必将在市场竞争中占据有利地位[1]。但遗憾的是，民航移动通信网络Tcp拥塞问题十分严重，网络质量欠佳。本次研究试简要概述民航移动通信网络Tcp拥塞控制策略研究进展。
1 民航移动通信网络TCP特点
民航移动通信TCP网络采用卫星通信，利用人造地球卫星为中继站传播的无线电波，进行通信，在四颗卫星情况下，全球可建成60个地面站，当前大部分陆地面积、海洋面积均可通过卫星介入，飞机进入海洋部分无陆地基站传输信息时，便需通过卫星介入网络。民航移动通信网络TCP信息传输难度更大，主要体现在：（1）空间跨度大，卫星与地面通信距离以万公里为单位，而无线电波单次天地传输（平流层）需120ms，双向传播超过250ms，而地面基站最大通信距离仅为250km，网络延时不可忽视，卫星网络与传统网络构成特殊的异构网络，对TCP协议提出了新挑战；（2）链路质量不稳定，卫星链路空间跨度大、传播距离远，干扰因素多，即使采用强的FEC，误比特率仍仅达到10-7作用，故链路差错丢包风险高，直接影响TCP拥塞控制；（3）终端高速移动，民航终端为飞机，移动速快、频率变化快，飞行过程中还产生1kHz多普勒频移，造成多普勒效应，终端高速移动进行小区间切换，子网更换频繁，数据包重传教普遍，增加网络负担；（4）扩容难，高速网络的构建提高了信息吞吐量，对TCP协议数据利用率的提高增加了困难；⑤其它因素，飞机主要依赖机载电池供电，功率小。
2 现有的卫星网络TCP拥塞控制策略
目前，可供选择的卫星网络TCP拥塞控制策略方法较多，但均以提高网络效率为基本原则，主要方法可分为以下三类：（1）PEP技术，从卫星出发，TCT Spoofing技术可改善长传播延迟卫星链路上数据传送性能，TCP splitting方案，转换网关，使用专用协议取代卫星连接段TCP；（2）支持长肥管道增强TCP技术，主要包括底层修改、标准TCP机制，前者包括路径MTU发现技术、FEC技术，后者主要包括扩大TCP窗口、优化确认策略、Sack丢包恢复策略，以Sack为例，其运行TCP收端可通知发送端收到数据包，发生多个丢包后，可快速恢复，避免不必要的重传；（3）增强TCP性能，通过提高公平性、抗高误码特性提高TCP性能，包括TCP Hybla技术、SwiftStart TCP技术、TCP westwood技术、Scalable TCP等，以Scalable TCP为例，其可很好的提高DBP网络中的包传输效率，其控制机制不受壅塞窗口延时问题，可保证流量公平性。
3 可行民航移动通信网络Tcp拥塞控制策略
3.1 基本的拥塞控制策略
现有的TCP协议拥塞控制可分为四个阶段：（1）慢启动阶段，传统TCP启动一个连接会发送许多数据包，路由器会对数据包进行排队，可能耗尽存储空间，影响TCP吞吐量，慢启动控制，即在建立TCT连接时，初始化拥塞窗口；（2）拥塞避免阶段，当发现超时或受到相同的RACK帧时，便认为发生拥塞，此时便进入拥塞避免阶段，重新进入慢启动过程或执行拥塞避免算法；（3）快速重传、恢复阶段，当数据包超时，重新进入慢启动，快速重传与恢复受到的信息，断定数据包丢失，重传，不必等到RTO超时[2]。
3.2 可选方案
目前，解决民用航空通信网络TCP传输问题主要为改进协议方案、PEP方案，目前可供选择的TCP协议可分为基于丢包的拥塞控制协议、基于延时的拥塞控制协议、复合拥塞控制协议。以基于丢包的拥塞控制协议为例，其是一种主要依靠重复ACK判断是否发生网络拥塞的一种机制，当网络发生拥塞，快速进入快传恢复阶段，前文提到的TCP Reno、Tcp SACK均为典型的基于丢包的拥塞控制协议。
4 小结
民航移动通信网络TCP拥塞控制策略理论技术成熟，且已有可供选择的技术解决方案，但尚无突破性进展。改进协议方案、PEP方案是当前研究热点，增强TCP性能方案具有一定的发展前景。
參考文献
[1] 曹允春.临空经济发展的关键要素、模式及演进机制分析[J].城市观察，2013（2）：340-341.
[2] Chu J，Dukkipati N，Cheng Y，et al.Increasing TCP’s initial window[J].work in progress， draft-ietftcpm-initcwnd-01， 2011.