無線網(wǎng)絡(luò)中TCP擁塞控制機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、TCP協(xié)議是因特網(wǎng)上使用最為廣泛的協(xié)議，它為用戶提供了可靠的、健壯的端到端數(shù)據(jù)通信服務(wù)，其中TCP擁塞控制機(jī)制一直是保證因特網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是傳統(tǒng)的TCP擁塞控制機(jī)制已經(jīng)無法適應(yīng)鏈路質(zhì)量較差的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因?yàn)門CP最初是按照有線網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計(jì)的，在有線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)擁塞基本上是分組丟失的唯一原因，因此TCP假設(shè)所有丟包是由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起，相比之下，無線網(wǎng)絡(luò)具有較高的傳輸誤碼率，容易因傳輸出錯(cuò)而引起分組丟失，因此網(wǎng)絡(luò)擁塞不再是數(shù)據(jù)丟失

2、的唯一原因，如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的TCP擁塞控制機(jī)制，就會(huì)造成傳輸速率的不必要降低，結(jié)果導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降。因此在無線網(wǎng)絡(luò)下如何有效改進(jìn)TCP性能自然成了一項(xiàng)非常重要的網(wǎng)絡(luò)研究課題。 本文提出了一種基于自適應(yīng)帶寬估計(jì)的擁塞控制算法(Adaptive Bandwidth EstimationCongestion control，ABEC)。該算法根據(jù)TCP確認(rèn)報(bào)文返回信息來估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際可用帶寬，在丟包時(shí)不盲目降低擁塞窗口，而是

3、根據(jù)當(dāng)前可用帶寬來設(shè)置擁塞窗口，從而提高TCP吞吐量和網(wǎng)絡(luò)利用率，改進(jìn)TCP在無線網(wǎng)絡(luò)下的性能。 該算法相比以前算法有三個(gè)方面的重要改進(jìn)：通過判斷報(bào)文丟失的原因來選擇合適的采樣間隔時(shí)間，在丟失原因可能為網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，增加取樣間隔時(shí)間，以避免Westwood帶寬估計(jì)偏高的問題，提高新算法和傳統(tǒng)TCP算法之間的公平性，在丟失原因可能為傳輸出錯(cuò)時(shí)，縮短間隔時(shí)間，以盡量提高網(wǎng)絡(luò)的利用率；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)選擇TCP的帶寬估計(jì)響應(yīng)程度，如網(wǎng)

4、絡(luò)抖動(dòng)較劇烈，則盡量降低響應(yīng)速度，保持TCP的穩(wěn)定，如網(wǎng)絡(luò)可用帶寬發(fā)生永久變化，則提高TCP的響應(yīng)速度，迅速適應(yīng)這種新的變化，保證帶寬估計(jì)的準(zhǔn)確性；通過觀察往返時(shí)延的變化來探測網(wǎng)絡(luò)中路由的變化，帶寬估計(jì)類算法需要準(zhǔn)確獲知端到端的最小往返時(shí)延，而路由的改變會(huì)使計(jì)算到的最小往返時(shí)延失效，導(dǎo)致帶寬估計(jì)值偏低，因此本文通過觀察往返時(shí)延的變化來判斷路由是否發(fā)生變化，如發(fā)生變化，則更新最小往返時(shí)延，提高帶寬估計(jì)的準(zhǔn)確性。 本文通過NS2仿真

5、軟件對ABEC算法進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，在各種不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中觀察它的性能，并和其他的擁塞控制算法進(jìn)行比較。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ABEC算法不但能有效提高TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中的吞吐量和鏈路利用率，同時(shí)也能保證它在有線網(wǎng)絡(luò)中和傳統(tǒng)TCP的公平性，解決了Westwood帶寬估計(jì)偏高、RE算法在無線網(wǎng)絡(luò)中吞吐量偏低等問題，并且能夠避免確認(rèn)報(bào)文壓縮、路由改變等特殊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來的影響。 最后我們在Linux系統(tǒng)上將ABEC算法實(shí)現(xiàn)為一個(gè)內(nèi)核模塊，通

6、過內(nèi)核模塊我們能夠?qū)崟r(shí)的切換Linux系統(tǒng)上的擁塞控制機(jī)制。實(shí)現(xiàn)后我們又在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中對其進(jìn)行了測試：無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能和有線網(wǎng)絡(luò)中與傳統(tǒng)TCP之間的公平性。結(jié)果表明，ABEC算法能夠在保證有線網(wǎng)絡(luò)中和傳統(tǒng)TCP保持公平的前提下充分利用無線網(wǎng)絡(luò)中的鏈路資源，這個(gè)結(jié)果也是ABEC算法設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。 本文的工作對于TCP擁塞控制機(jī)制的研究有著重要的意義，ABEC算法除了性能優(yōu)越，公平性好之外，只需修改TCP的發(fā)送端，可部署性強(qiáng)，因此