ad hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的TCP性能分析及改進.pdf

1、adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，它不用任何通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持就可在幾個移動節(jié)點間通信。由于adhoc網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)靈活，可有效利用資源等特點，它在軍事通信、應(yīng)急通信、商業(yè)應(yīng)用環(huán)境等方面將有廣闊的應(yīng)用前景。然而同時由于其面臨高誤碼率、電池容量有限、易被監(jiān)聽等問題，需要對其不斷地進行改進和完善。 adhoc網(wǎng)絡(luò)作為一種新型網(wǎng)絡(luò)，還存在著很多問題，其大規(guī)模的實現(xiàn)、實用化還有很多的研究工作要做。由于adhoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2、變化，TCP性能較之有線網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重惡化。如何解決TCP應(yīng)用于adhoc網(wǎng)絡(luò)時面臨的性能惡化是當(dāng)前亟待解決的問題?，F(xiàn)在提高adhoc網(wǎng)絡(luò)的TCP性能的主要研究方向集中在對MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層機制的改進，還有的改進在原有體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又增加了一層。 TCP的核心是擁塞控制機制。目前的TCP版本主要有Tahoe、Reno、NewReno、SACK和Vegas幾種，還有一種針對無線網(wǎng)絡(luò)的改進被稱為DA。TahoeTCP的擁塞控制機制

3、是分三個階段實現(xiàn)的，即慢啟動、擁塞避免、快速重傳。后幾種TCP均是基于TCPTahoe的，只不過都進行了改進，使TCP能更有效的運行或者適合某種特定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。RenoTCP是當(dāng)前在互聯(lián)網(wǎng)中使用的最廣泛的TCP版本。它在Tahoe的基礎(chǔ)上增加了快速恢復(fù)階段。NewRenoTCP是對RenoTCP做了小的改進，它解決了RenoTCP在快速恢復(fù)階段多包丟失的問題。選擇確認(rèn)(SACK)通過接收方對數(shù)據(jù)進行選擇性確認(rèn)來提高TCP的性能，它能較好

4、地解決一個窗口中丟失多包的問題。DA只是接收方的機制，它是專門為共享信道的無線網(wǎng)絡(luò)做的改進。VegasTCP有著完全不同于前五種TCP的擁塞控制機制。Vegas主要應(yīng)用三種技術(shù)來提高吞吐量減少丟失。 由于TCP是為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的，它有效運行的前提是假設(shè)丟包都是由于網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的。TCP把包的丟失作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞的標(biāo)志信號，每檢測到有包丟失，TCP就啟動擁塞控制機制，減少發(fā)送端的發(fā)送速率，從而減輕了擁塞程度。但在adhoc網(wǎng)絡(luò)中

5、，包的丟失大多不是由網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的。無線信道的高誤碼率、節(jié)點移動造成的路由中斷、MAC層的沖突等等都會造成包的丟失，這時TCP不必要的啟動擁塞控制，使得TCP的吞吐量顯著下降。為了使TCP更好的適應(yīng)adhoc網(wǎng)絡(luò)，需要進行改進。 NS是NetworkSimulator的首字母縮寫，它是由LBNL(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)的網(wǎng)絡(luò)研究小組開發(fā)的仿真工具。NS是一種可擴展、易配置、可編程的

6、事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。本文中的仿真都是基于NS2的。首先對adhoc網(wǎng)絡(luò)中各種TCP版本的性能進行了仿真，并分析了adhoc網(wǎng)絡(luò)的多跳和移動特性對TCP性能的影響，并比較了各種版本的TCP性能，找出了各種條件下最適合于adhoc網(wǎng)絡(luò)的TCP。接著對適合無線網(wǎng)絡(luò)的DA機制應(yīng)用于adhoc網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)做了進一步的分析并提出了對其的改進。然后對已發(fā)表的文獻中的各種已提出的改進adhoc網(wǎng)絡(luò)中TCP性能的方案進行了總結(jié)并做出了自己的評價，其

7、中包括對MAC層的改進，對網(wǎng)絡(luò)層的改進，對傳輸層的改進，綜合的改進以及其它方面改進。當(dāng)前的改進大多都集中在網(wǎng)絡(luò)層以上，且改進的方案大多都增加了算法的復(fù)雜性，這對能源有限的移動節(jié)點很不利。多跳adhoc網(wǎng)絡(luò)中TCP性能下降的主要原因是MAC層的暴露站問題和二進制退避機制引起的TCP的不穩(wěn)定性，因此本文對adhoc網(wǎng)絡(luò)的MAC層進行改進，首先是針對adhoc網(wǎng)絡(luò)中由于多跳特性造成的TCP的不穩(wěn)定性提出了自己的改進，并仿真并分析了改進結(jié)果。然