多用户分集调度与TCP流量控制机制的相互影响

摘要

传输控制协议(TCP)在有线网络中获得了巨大的成功，但是在无线网络上的性能并不好。多径衰落以及用户的移动性使得移动信道不可避免地表现出较高的误码率、较大的数据传输时延及时延抖动以及不时的传输中断。而TCP的一个设计假设是认为网络传输基本无错，分组丢失完全是由于网络拥塞造成的，显然这一假设在无线网络中不再成立。无线链路特性导致的频繁分组丢失及网络切换引起的分组丢失及传输时延都会给TCP源端造成网络拥塞的假象，从而不必要地启动拥塞控制机制，数据传输的有效性大大降低，严重时甚至导致TCP重传次数过大而导致TCP连接中断。在这种情况下，对链路层及网络层协议加以改进以提高无线环境下的TCP性能成为了业界研究的焦点。 无线网络经常为非实时分组数据业务分配共享信道传输，此时链路层调度策略的设计直接影响到业务数据的传输性能，因此也是链路层协议改进策略的一个重要方面。调度策略设计的最终目标是最大化无线资源利用率和满足用户的QoS要求。目前无线分组调度算法的研究已经比较成熟，并能很好地保证业务在链路层的QoS要求。但是相关研究多是基于信道条件及链路层QoS要求对用户业务进行调度，而很少考虑TCP机制与链路层调度机制的相互影响。本文通过仿真分析发现，链路层调度机制和TCP机制之间存在一种相互作用、互为制约的关系。一方面，TCP实现端到端的流量控制，但是这种控制机制是根据端到端的往返时延得到的，控制的时间粒度比较粗糙，使得TCP发送速率发生剧烈变化，而如果调度机制不能及时地传输当前TCP发送速率较高的数据，就降低了链路层的传输效率。另一方面，调度机制所引起的时延抖动的加剧等问题会对TCP流量控制机制造成负面的影响，从而加剧了TCP发送速率的变化幅度，导致更多的TCP超时重传的发生甚至是TCP连接的中断。 目前，有关TCP机制与无线分组调度机制的相互作用的研究比较少，本文以蜂窝移动通信系统下行链路共享信道分组调度为背景，研究了无线网络链路层调度与TCP流量控制机制的相互作用，对轮询(roundrobin，RR)、先进先出(nrstinfirstout，FIFO)和最长队列优先(1argestqueuenrst，LQF)算法这三种实现简单的调度机制与TCP流量控制机制的相互作用进行了仿真并比较了三种算法的性能优劣。经仿真分析可知，LQF算法获得较好的端到端性能，但是，这种性能增益是以TCP连接中断概率的增加为代价的。本文提出了一种最长队列优先算法的改进策略最长队列优先一减少超时概率(1argestnrst-reducingtimeoutprobability，LQF-RTP)算法以进一步提高非实时业务端到端性能，仿真结果证明，LQF-RTP有效地克服了LQF算法的弊端并获得了较好的端到端性能。最后，本文指出了未来非实时业务调度算法的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

独创性（或创新性）声明及关于论文使用授权的说明

第一章 绪论

第二章 无线TCP和多用户分集调度机制介绍

第三章 多用户分集调度研究存在的不足

第四章 多用户分集调度的改进策略

第五章 总结与展望

参考文献

致谢