传输控制协议(TCP)的拥塞控制机制分为基于丢包和基于时延两类,其中传统TCP使用基于丢包的拥塞控制机制,TCP Vegas等TCP改进协议使用基于时延的拥塞控制机制。本文从提高吞吐率、信道利用率和降低传输时延的角度对LEO卫星通信系统和深空通信系统的传输控制协议进行研究。首先,研究和改进LEO卫星通信系统的SCPS-TP协议。SCPS-TP协议是卫星通信传输控制协议的国际标准,虽然其采用多种改进策略以适应卫星通信环境,但仍存在诸如不对称信道下的带宽浪费问题、稳定性问题、带宽竞争和公平性问题和路由切换带来的问题,为此提出一种适用于LEO卫星通信系统的SNACK-block协议。SNACK-block协议由快速启动算法、基于SNACK机制的拥塞控制算法和快速重建算法组成。快速启动算法中提出一种基于轮数的窗口增长方式,发送端通过控制轮数进行窗口调整;基于SNACK机制的拥塞控制算法提出丢包洞的概念,发送端根据ACK数据包中丢包洞大小执行不同的窗口调整策略;快速重建算法中提出一种基于ACK序列替换的窗口恢复机制,发送端重新定义RTO事件,并通过持续更新ACK序列实现快速的窗口恢复。其次,针对深空通信环境提出一种基于丢包率的差错容忍式拥塞控制PLRM算法。该算法将丢包的概念扩展为丢包率,以应对恶劣的深空环境对拥塞控制的不利影响。发送端通过对丢包率的测量和判断将通信过程分为丢包容忍阶段、普通拥塞阶段和重度拥塞阶段,每个阶段执行不同的拥塞窗口处理策略,从而在链路错误率高的空间环境中保持较高的通信吞吐率。另外,该算法还定义了新的数据包格式。然后,在PLRM算法的基础上提出自适应的差错容忍式拥塞控制ad-PLRM算法。该算法基于丢包率进行自适应的拥塞控制,与通信过程分段的方式相比增加了算法的稳定性。最后,采用数学建模方法和OPNET软件分别对提出的协议和算法进行仿真分析。数学建模结果表明,SNACK-block协议、PLRM算法、ad-PLRM算法的信道利用率比TCP Reno协议分别提高16.88%、19.6%、16.4%,稳定性比TCP Reno协议分别提高48.02%、29.45%、39.84%。OPNET软件仿真从拥塞窗口、传输时延和超时重传时延三个方面,将SNACK-block协议、PLRM算法、ad-PLRM算法与TCP Reno协议进行对比,结果表明所提出的协议和算法在吞吐率、信道利用率和传输时延方面明显优于TCP Reno协议。