认知无线网络中基于跨层设计的TCP Westwood技术研究

摘要

频谱资源是珍贵的、数量有限的无线电资源之一，由国家相关部门统一分配、管理、授权使用。授权使用静态频谱管理方式，且容量固定又有限，频谱的利用率极低。认知无线电是采用动态频谱分配，允许次用户操作在授权频段上即次用户择机使用空闲授权信道，进而需要频繁的信道切换，对TCP的性能产生影响。TCP是一个面向连接的协议，提供较多的设备的应用程序比UDP，TCP已成为事实上的标准用于成千上万个互联网应用程序的主机。
　　 目前认知无线电技术的研究大都集中于物理层和MAC层的功能上，对传输层和网络层研究较少。本文是从传输层改进TCP性能。首先构建认知无线电网络环境，分析影响TCP性能的因素。其次跨层设计TCP Westwood的拥塞控制，包括慢启动、拥塞避免、快速重传。最后跨层设计TCP Westwood的重传定时器，分析虚警概率和检测概率对设计重传定时器的影响。
　　 分析认知无线电环境下影响TCP性能的因素，构建认知无线电网络仿真拓扑、设置仿真环境，分析TCP Reno、TCP Newreno、TCP Sack1、TCP Vegas、TCP Westwood协议的性能包括拥塞窗口、平均吞吐量、丢包率，以及主用户活跃程度如何影响TCP性能。
　　 在此认知无线电网络仿真环境的基础上，首先引述认知无线电网络系统理论模型的整体架构，其次针对传统TCP Westwood拥塞控制在CR网络中存在的问题，提出一种跨层TCP Westwood的拥塞控制算法简称TCPW-CR。TCPW-CR包括慢启动、拥塞避免、快速重传。最后对比TCP Westwood和TCPW-CR的不同性能。
　　 介绍重传定时器的研究现状。然后针对TCP Westwood重传机制在认知无线网络中存在的问题，在拥塞控制改进的基础上，提出跨层TCP Westwood的重传定时器设计算法。该算法区分网络拥塞导致的超时和主用户到来次用户切换所导致的超时，进行不同的恢复策略。ns-2仿真结果表明，TCPW-CR可以减少TCP的平均慢启动次数，更加准确估计重传时间，吞吐量比TCP Westwood显著提高。增强了对认知无线网络环境的适应性，从而提高了网络的性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 认知无线电技术概述

1．1．1 认知无线电技术的研究背景和意义

1．1．2 CR的概念

1．1．3 CR的发展

1．1．4 CR的关键技术

1．2 CR的研究现状分析

1．3 本文的主要的工作安排

第二章 TCP拥塞控制算法及典型TCP版本

2．1 拥塞的概念

2．2 TCP协议介绍

2．2．1 TCP报文段格式

2．2．2 TCP的三次握手

2．3 拥塞控制机制算法

2．4 TCP版本的发展演化

2．5 本章小结

第三章 CR网络下的TCP性能分析

3．1 CR环境下影响TCP性能的因素

3．2 CR网络环境仿真

3．2．1 仿真拓扑结构

3．2．2 仿真环境设置

3．3 仿真结果分析

3．4 主用户活跃程度对TCPW性能的影响

3．4．1 λ对TCPW性能的影响

3．4．2 μ对TCPW性能的影响

3．5 本章小结

第四章 基于跨层的TCPW-CR的拥塞控制

4．1 CR网络系统理论模型

4．2 跨层参数

4．3 TCPW-CR的拥塞控制

4．3．1 TCPW-CR的慢启动

4．3．2 TCPW-CR的拥塞避免

4．3．3 TCPW-CR的快速重传

4．4 TCPW-CR性能分析

4．5 本章小结

第五章 基于跨层的TCPW-CR的重传定时器设计

5．1 重传定时器的研究现状

5．2 重传定时器的跨层参数

5．3 TCPW-CR的重传定时器设计

5．3．1 TCPW-CR的重传机制

5．3．2 α的计算

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结及贡献

6．1．1 全文总结

6．1．2 本文的主要贡献

6．2 下一步研究方向

致谢

参考文献

附录