TCP网络编码拥塞控制机制研究

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无线通信技术为随时随地接入网络提供了便利条件,然而,无线网络具有拓扑结构与信道质量多变的特性,使得无线网络中发生的丢包极有可能因为无线信道内的随机噪声和信道竞争冲突引起的。这一类丢包会影响对丢包敏感的传输协议的拥塞流控机制,使其吞吐量受到影响。TCP网络编码(TCP with network coding, TCP/NC)将网络编码引入传输层协议,从而降低丢包对传输层拥塞控制机制的影响,缩短因显式重传通告引发的延时。作为一类新机制,TCP网络编码一方面需要充分发挥网络编码的作用,提高TCP流在无线传输环境下的吞吐量,另一方面,需要保证引入网络编码后,原始机制的有利设计原则没有被破坏,例如在保证与其他传输协议公平地竞争网络资源、不破坏其他数据流传输性能的基础之上,提升无线传输环境下数据流的吞吐量。本文分别从单路径和多路径两个方面进行考虑,单路径TCP网络编码传输下,编码参数会使得数据流的拥塞暴露存在一定的延时,表现为TCP网络编码流的拥塞敏感度降低,无法保证TCP友好性;在多路径TCP (MultiPath TCP, MPTCP)网络编码传输下,不仅存在TCP网络编码流拥塞敏感度降低的情况,还会导致编码子流间或者编码子流与非编码子流间负载分配失衡的现象,破坏了多路径TCP的设计原则。本文针对上述问题,分别提出适用于单路径TCP网络编码和多路径TCP网络编码的拥塞控制机制,主要内容如下:1)TCP网络编码是端到端的传输技术,为了使得TCP网络编码可以应用于各类传输网络,特别是有线链路与无线链路共存的网络,避免TCP网络编码流在有线链路中破坏同一链路中TCP流的性能,提出适用于单路径TCP流且TCP友好的TCP网络编码拥塞控制机制-——CEE-TCP/NC。本文提出的CEE-TCP/NC依赖于重复确认消息(Dup-ACK)与往返延时(Round Trip Time,RTT)的变化,同时参考拥塞丢包特性,以上述状态信息作为依据进行拥塞暴露并判断当前的拥塞程度。通过理论分析和仿真验证,CEE-TCP/NC不仅可以避免无线随机丢包对拥塞控制的影响,还可以保证在拥塞的有线链路中,发送端感知到的拥塞程度与拥塞敏感的TCP流所感知的程度相同,因此可以公平地竞争资源。2)多路径TCP中,编码对子流的保护程度不同将会造成负载在子流级别不均衡的分配与迁移,本文首先通过理论证明目前方案存在的不足,其次提出适用于多路径TCP网络编码的拥塞控制技术,Couple+。该机制使得编码子流可以及时发现拥塞,进行合理的负载迁移。此外,该机制还保证编码子流对同一瓶颈中的TCP数据流保持友好性。最后,通过仿真验证相关方案存在的问题,验证Couple+的功能与性能以证明Couple+可以使得网络编码更合理地与多路径TCP结合。
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