适合有线/无线混合网络的传输控制协议研究

摘要

传输控制协议(TCP)提供了端到端的可靠的数据流传输服务,现已成为Internet协议簇中传输层的重要部分.然而这种为传统的有线网络设计的可靠传输协议在无线网络环境下性能却严重恶化.原因在于TCP假设分组丢失是由于链路拥塞造成的,一旦发送方收到丢包标识就会启动拥塞控制机制,减小发送速率以减小网络负载缓解拥塞.这种方法对于链路质量良好的有线环境是合适的.然而在无线网络中拥塞已不再是分组丢失的唯一原因.无线链路的高误码率导致大部分丢包都是由于无线链路出错造成的,而TCP并没有相应的机制来区分拥塞造成的丢包和无线链路出错造成的丢包.如果TCP仍然遵循丢包必然是由拥塞引起的原则,对无线链路出错引起的丢包也采取减小发送速率来进行错误恢复,就势必降低带宽利用率,导致TCP性能恶化.该文针对以上问题提出了一种适合有线/无线混合网络的传输控制改进协议WNR-TCP.它能够在发送端区分丢包是因为拥塞导致或是无线链路出错造成的,并针对不同的原因调用合适的错误恢复机制.该文的创新点在于WNR-TCP使用数据包的相对正向延迟来检测网络的拥塞状况,即通过在发送端检测相对正向延迟的变化来判断链路是否发生拥塞进而区分丢包原因;当统计结果显示丢包是因为拥塞引起的,发送方则调用传统的拥塞控制机制,否则丢包则是由无线链路造成的,那么只需要重传丢失的分组而无需减小发送速率.为了验证WNR-TCP的有效性,该文在ns-2网络仿真平台上对其进行了仿真并在Linux系统中实现了WNR原型系统.通过对仿真系统和原型系统的性能评测,实验结果表明WNR-TCP能够在有线/无线混合网络环境中保持较高的吞吐量,并且与同类的优化协议版本相比有较好的公平性和友好性表现.

目录

文摘

英文文摘

声明和关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1课题的提出和研究背景

1.2研究目标及本文工作

1.3本文结构

第二章研究背景知识介绍

2.1传输控制协议TCP及其拥塞控制机制

2.1.1 TCP的主要性能

2.1.2 TCP拥塞控制机制

2.2无线网络的特点

2.3无线网络环境下TCP协议的缺陷

2.4增强无线网络环境下TCP性能的方案

2.4.1端到端方案

2.4.2分段连接方案

2.4.3链路层方案

2.5衡量TCP优化方案的标准

2.6小结

第三章WNR-TCP设计思想

3.1延迟与单向延迟

3.1.1延迟的类型

3.1.2排队延迟细解

3.1.3端到端延迟

3.1.4单向延迟

3.2延迟变化与链路拥塞状况

3.3区分丢包原因策略及恢复措施

3.4小结

第四章WNR-TCP算法描述

4.1相对正向延迟RFD的计算

4.2估测RFD的变化趋势

4.3区分丢包原因调整拥塞窗口

4.4算法流程

4.5小结

第五章WNR-TCP仿真与性能测试

5.1仿真

5.1.1仿真工具ns-2简介

5.1.2仿真实现

5.2性能测试

5.2.1吞吐量比较

5.2.2公平性

5.2.3友好性

5.3 小结

第六章WNR-TCP原型系统实现

6.1原型系统实现

6.1.1数据结构

6.1.2功能函数

6.1.3算法实现

6.1.4内核编译选项

6.2实验环境

6.3性能测试

6.4小结

第七章总结和将来工作

7.1工作总结

7.2下一步工作

参考文献

致谢

作者简历