混合网络中高误码率下TCP拥塞控制机制的研究

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在过去的十几年中,通讯网络经历了巨大的变革。包交换技术最终使传统的语音网络和数字网络融合到一起成为统一的多媒体网络,其范围进一步扩展,将有线,无线,蜂窝网络融合一体。有线/无线混合网络已经成为一个现实,而且无线网络正在越来越多的融入到我们的日常通信当中。一直以来,TCP是当前最主要的网络协议,90%的网络流被TCP传送。而现在,蜂窝技术、广域网、局域网,无线局域网、蜂窝网等构成的综合网络的革命使网络超越了地理和区域的限制。在综合网络(WAN+LAN+3G蜂窝)系统中,绝大多数数据和多媒体通信传输依靠已存在的端到端网络协议构架。而在当今的网络中,TCP/IP是最主要的通信协议体系。现在,大多数网络运输(包括Web accesses,E-mails,大数据传输,远程终端等等产生的运输)都是被TCP完成的。因此TCP需要去更改它原有的有线网络的设计,以适应无线网络所带来的挑战。 如何改进无线网络的TCP性能一直是个很热门的研究方向。在无线或有线无线混合网络中,TCP性能降低的一个重要原因是由于不能区分丢包是因为拥塞还是无线链路错误。传统的TCP拥塞控制机制在有线网络中工作的很好,丢包主要是因为拥塞导致,而因为无线错误产生的丢包被忽略不计,或即使有,每个窗口最多也不超过一个丢包。然而,在有线无线混合网络中,高的BER,信号衰退和中断成为影响丢包不可忽略的因素,在有线无线混合网络中,TCP造成吞吐量的大幅度下降。 本文中,我们首先介绍了当前混合网络中主要拥塞控制算法的研究进展,探讨了进一步增强无线网络环境性能应该注意的一些研究方向和研究趋势。并对TCPW算法在高误码率无线环境下与各种传统中间节点算法结合的性能进行了实验分析,从仿真实验中,我们可以看到:第一,不同的传统中间节点算法对TCPW算法的性能没有明显影响,传统的中间节点算法在高误码率无线环境中不再适用。第二,TCPW不能区分拥塞丢包和无线丢包,在高误码率无线环境下,TCPW算法还有很大的性能提升空间。 接着,我们分析了RED和ECN算法的包标记机制,以及当前XCP和VCP的划分拥塞程度的原理和实现方法,在此基础上,基于它们的思想,利用IP头中已有的空间位,无需修改现有的包结构,提出了一种能适用于高误码率无线环境的简单有效的包标记算法—CM算法,相对于传统的中间节点算法,它能够高效的将拥塞情况反馈给源端。仿真实验证明新算法具有更好的性能。 最后,针对高误码率无线环境下TCP Westwood不能区分丢包原因和性能仍显不足的问题,结合所提出的CM算法,在TCP Westwood算法的基础上,对TCP发送端,接收端做了简单改进,将显式拥塞信息与隐式拥塞信息相结合,共同来区分拥塞丢包和无线丢包,设计了TCPW-CM算法,以提高有线无线混合网络的性能。实验证明,在高误码率混合网络环境下,新算法能够有效区分拥塞丢包和无线丢包,在各个方面的性能都得到了显著的提高。
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