前 言

空间信息网络是以空间平台（如同步卫星、中低轨道卫星、平流层飞艇和有人或无人驾驶航空器等）为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。空间信息网络以天基网络为核心，由不同平台载体及地面系统构成，可支持深空探测、导航定位、航空运输、远洋航行、应急救援、对地观测等应用。

随着航天技术的飞速发展和对太空资源日益激烈的争夺，很多国家在加大对空间信息网络的建设力度。我国在国家自然科学基金项目、国家863计划等科技项目中部署了与空间信息系统相关的研究和关键技术攻关工作。在系统层面，2018年12月22日，“虹云工程”首星发射成功，标志着我国低轨宽带通信卫星系统建设迈出了实质性的一步。2019年6月25日，第46颗北斗导航卫星成功发射，我国离“2020年建成覆盖全球的北斗卫星导航系统”的目标又进了一步。

传输协议是空间信息网络建设的关键技术，也是目前需要迫切解决的问题。自2003年以来，作者及所在研究团队开展了空间信息网络传输协议方面的研究工作，取得了一定的研究成果。本书系统地总结了作者近年来在空间信息网络传输协议研究方面的工作。

本书主要介绍并讨论了空间信息网络的特点及其对传输协议造成的影响；按照不同的分类方法，对空间信息网络传输协议进行概述；基于空间信息网络的网络特点及多种业务类型，提出多种传输协议，并且利用模拟平台和真实的测试环境进行实验，详细分析了协议性能的各项数据指标。本书共分为10章，具体内容如下。

第1章空间信息网络特点对传输协议造成的影响研究，主要介绍了空间信息网络的信道特点、可靠传输协议机制，重点介绍了空间信息网络影响传输协议性能的因素，为后续设计适用于空间信息网络的传输协议提供预备知识。

第2章空间信息网络传输协议概述，针对7种不同分类方法，对现有的空间信息网络传输协议代表性解决方案进行综述。

第3章增强视频传输质量的部分可靠传输协议，针对卫星网络下视频应用传输中经历的高带宽时延积、高链路误码现象，提出了一种增强视频传输质量的自调节部分可靠传输（Automatically Partially Reliable Transfer，APRT）协议。实验表明，APRT协议能在卫星网络中自适应地增强视频播放质量。

第4章基于学习型效用模型和在线学习框架的可靠传输协议，提出了一种基于学习型效用模型的“机器生成”的可靠传输协议Hita，通过可获得的网络参数信息，利用智能化的算法，为卫星网络提供既谨慎又高效、快速变化的拥塞窗口控制协议。

第5章基于容迟业务的低优先级可靠传输协议，针对卫星网络中的次要业务的高效可靠传输问题，提出了一种端到端的基于低优先级的自适应可靠传输协议（Adaptive Low-Priority Reliable Transmission Protocol，ALP）。通过仿真及实际网络测试，证明ALP不但比其他低优先级协议实现了更优化的协议效率和协议内公平性，还优化了网络的总体利用率。

第6章基于喷泉码和可靠用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）的空间网络传输协议，针对航空自组网恶劣的信道环境，研究了喷泉码和可靠UDP相结合的可靠数据传输协议FRUDP。实验结果表明，在动态的航空自组网环境中，FRUDP优于其他基于喷泉码的传输协议，能在航空自组网中提供高效的可靠数据传输服务。

第7章基于喷泉码的多径可靠传输协议，针对航空自组网多径、异构特点，研究基于喷泉码的多径可靠传输协议AeroMRP。实验结果显示，AeroMRP优于其他的多径传输协议，能在异构多径的航空自组网中提供可靠且高效的数据传输服务。

第8章传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）延迟更新模块的研究，为了缓解网络中的过度缓存问题，同时不影响网络整体的传输性能，设计并基于Cubic实现了一个TCP延迟更新模块。仿真实验结果表明，延迟更新模块与原有协议共同实现拥塞控制，简单易行，能够在保证全网传输效率的同时，有效减少分组丢失，降低排队时延，同时也具备较好的公平性和TCP友好性。

第9章TCP动态数据压缩方案的研究，针对TCP在卫星网络等带宽受限网络中的性能问题，提出了一个动态TCP数据压缩方案TCPComp，通过在传输层实现对数据的压缩，减少在链路上传输的数据量。真实网络的实验，验证了TCPComp能大大地提升带宽受限网络中的TCP性能。

第10章自适应拥塞控制机制的研究，针对日趋动态、异构化的网络环境，研究自适应拥塞控制框架，根据不同的网络状态选择不同的拥塞控制算法，提升动态网络环境中协议的传输性能。

本书相关的研究工作得到了国家自然科学基金资助项目（No.91338107，No.914338119，No.91438120）、国家重点研发计划基金资助项目（No.2016QY06X1205，No.2016YFB0800605）等的大力资助，在此一并感谢。

由于空间信息网络一直处于发展中，且作者学识及经验有限，书中难免会有疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

作 者

2019年11月