Col-SCTP：无线接入网中多方多层协作的SCTP性能改进方案

摘要

以IEEE 802.11协议为代表的无线接入网络为Internet和Intranet的接入提供了价廉物美的解决方案,当前得到了迅猛的发展.由于无线链路具有的共享介质、低带宽、高延迟和高误码率的特点,即便802.11协议采用了一定的错误恢复机制如自动重复请求,数据报文仍有较大概率因为信号干扰或者碰撞而导致传输差错,最终超过最大重传次数而被丢弃.以TCP协议和SCTP协议为代表的可靠的传输层协议对数据报文丢失的原因并不加以区分,一致假定数据报文的丢失是由于网络拥塞引起的.在检测到数据报文丢失后,这些协议都通过缩减拥塞窗口来调节报文发送速率,试图以此减轻网络拥塞.但是如果数据报文是由于无线链路的误码而丢失而不是因为网络拥塞丢失的,那么此时缩减拥塞窗口就是对当前网络状况的错误判断,是不必要的,这种行动最终导致不能充分利用网络资源,降低有效吞吐量.因此,为了充分利用无线接入网络的资源,迫切需要一种能够适应无线链路高误码率特点、能够区分出数据报文丢失原因的传输层协议.该文利用SCTP协议支持多条逻辑数据流以及以消息为传输单位的特点,设计了一种多方协作机制,包括基站的SCTP报文分解机制、无线终端的SCTP报文组合机制、发送端对数据块绑定的记录、发送端对报文丢失原因的识别和对策.此外,为了适应状况变化较大的无线链路,该文还设计了一种工作在基站或无线终端设备的媒质访问控制层的机制,该机制对当前无线链路的误码率进行估计,并依此动态的开启或关闭基站的SCTP分解算法.这个算法连同上述多方协作机制,构成了一种多方多层协作的机制.仿真试验表明,该机制能够适应无线链路误码率的变化,提高SCTP协议的有效吞吐率以及基站带宽的效率.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章SCTP协议与IEEE 802.11协议简介

2.1 SCTP协议简介

2.1.1面向消息的传输方式

2.1.2 SCTP协议的多流特性

2.1.3 SCTP协议的多宿特性

2.1.4 SCTP协议的确认机制和拥塞控制

2.1.5乱序传输

2.1.6部分可靠的传输

2.1.7 SCTP在无线/移动网络中的应用

2.2 IEEE 802.11协议

2.2.1 802.11无线网络的类型

2.2.2媒质访问模式

2.2.3 802.11基于DCF的信道争用

2.2.4 802.11的错误恢复

2.2.5 802.11的帧分解传输与帧合并

第三章无线接入网络中SCTP的性能分析

3.1无线接入网络的特点

3.2单个数据报文在无线链路上成功传输的概率

3.3仿真场景

3.4仿真分析

3.4.1发送端拥塞窗口的变化情况

3.4.2吞吐量变化情况分析

3.4.3无线基站传输效率的分析

3.5本章小结

第四章SCTP报文分解与组合算法

4.1理论背景

4.2基站分解SCTP数据报文带来的问题

4.3对SCTP数据块头部的扩展

4.4分解和组合SCTP报文的算法

4.4.1基站分解SCTP报文的算法

4.4.2接收端组合SCTP报文的算法

4.5仿真测试

4.5.1扩展ns-2中的SCTP模块

4.5.2仿真方案

4.5.3发送端拥塞窗口的变化情况分析

4.5.4有效吞吐量与总吞吐量的分析

4.5.4基站传输效率的分析

4.6本章小结

第五章发送端对丢包原因的识别及对策

5.1通过数据块与报文间的对应关系识别无线误码

5.1.1基本思想

5.1.2传输序号绑定记录在ns-2中的实现

5.1.3传输序号绑定记录在真实系统中的实现设想

5.2发送端应对不同的报文丢弃原因的策略

5.3仿真测试

5.3.1发送端拥塞窗口变化的分析

5.3.2有效吞吐量和总吞吐量的分析

5.3.3基站传输效率的分析

5.4本章小节

第六章数据链路层对信道状况的监控及应对

6.1低误码率信道中的吞吐量比较

6.2用两状态马尔科夫链描述无线链路的传输质量

6.3数据链路层对于当前无线链路状态的估计

6.4仿真测试

6.5本章小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2未来的工作

参考文献

硕士研究生期间参加的科研项目和发表的论文

致 谢