无线网络TCP研究综述_周建新
基于TCP传输的多媒体网络视频流研究综述
1概述图一描述了TCP 视频流的结构，视频服务器将视频分成多种流，视频流通过TCP 传输至多个客户端，假设网络中有N 个客户端连接，并且每个客户端具有不同的带宽限制，目前研究的发展趋势是使得视频流传输更加高效，并且具有最小的丢包和延迟特点。
图一TCP 视频流传输结构2无线网络中视频流传输的TCP 和UDP 协议的特点Chi-Fai Wong 等人[1]对无线网络中TCP 和UDP 视频流传输进行了对比，得到无线网络流媒体传输的TCP/UDP 两个协议的优缺点，如下所示。
2.1基于UDP 无线网络视频流传输的劣势①UDP 是一种不可靠并且无拥塞控制机制的算法。
使用UDP 来传输视频流会产生网络丢包，这是由于UDP 的不可靠的服务以及UDP 需要纠错和重传机制来避免丢包。
上述机制存在一定的劣势，因为实现高效的重传机制是很困难的，并且UDP 减小了客户端的系统开销。
早期的纠错机制减小了服务器侧译码部分的延时，并且错误隐藏机制不适用于无线网络信道中突发错误。
②无线网络中变化带宽会导致很高的丢包率。
③由于无线网络错误，UDP 会发生数据丢包，这样对导致视频传输的质量。
④有些协议例如RTP 是使用的UDP ，但是多数应用会选择使用TCP 来传输，因为UDP 协议的防火墙容易被入侵使得传输安全性得不到保障。
2.2基于TCP 的视频流传输的优势①TCP 是一种可靠的拥塞控制协议，并不要求错误恢复和错误隐藏机制。
②TCP 提供可选择的框架传输并且在帧传输方面具有较好的灵活性。
③在RTCP 和RTP 协议中会存在帧开销，而TCP 就可以避免这样情况发生。
④TCP本身是具有友好性和自适应带宽的特点，即使发生网络拥塞，TCP 也能够合理地利用带宽。
⑤由于TCP 能够利用HTTP 穿过防火墙，所以TCP 可以在实际中应用。
3无线网络环境中改进的TCP大卫罗宾逊[2]提出了HTTP 自适应的视频流传输机制，为了让TCP 更加地健全，需要注意以下几点：①客户端缓冲器：客户端缓冲区的大小选型原则必须是当流媒体传输时不会存在时延。
tcp协议实验报告
tcp协议实验报告TCP协议实验报告一、引言在计算机网络中，TCP（Transmission Control Protocol）是一种常用的传输层协议，负责实现可靠的数据传输。
本实验旨在通过对TCP协议的实验研究，深入理解其工作原理和性能特点。
二、实验目的1. 理解TCP协议的基本原理和机制。
2. 掌握TCP协议的连接建立、数据传输和连接释放过程。
3. 了解TCP协议的流量控制和拥塞控制机制。
三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 实验工具：Wireshark、Python四、实验过程1. 连接建立在实验中，我们使用Python编写了一个简单的TCP服务器和客户端程序。
首先，客户端向服务器发起连接请求（SYN包），服务器接收到请求后发送确认包（SYN+ACK包），最后客户端发送确认包（ACK包）完成连接建立过程。
2. 数据传输在连接建立后，我们通过客户端向服务器发送数据，观察数据在网络中的传输情况。
Wireshark工具可以捕获和分析网络数据包，我们可以通过它来查看TCP 数据包的详细信息，包括源地址、目的地址、序列号、确认号等。
3. 连接释放当数据传输完成后，我们需要关闭TCP连接。
在实验中，我们模拟了正常关闭连接和异常关闭连接两种情况。
正常关闭连接时，客户端和服务器分别发送FIN包和ACK包，最后双方都发送FIN包完成连接释放。
异常关闭连接时，我们可以通过强制关闭客户端或服务器进程来模拟，观察TCP协议对连接异常关闭的处理过程。
五、实验结果通过实验，我们观察到TCP协议的一些重要特点和性能表现：1. 可靠性：TCP协议通过序列号和确认号机制，确保数据的可靠传输。
如果接收方收到的数据包乱序或丢失，TCP协议会要求发送方重新发送。
2. 流量控制：TCP协议通过滑动窗口机制实现流量控制，防止发送方发送速度过快导致接收方无法处理。
当接收方缓冲区已满时，会发送窗口为0的ACK包，告知发送方暂停发送。
基于TCP的拥塞控制算法研究综述
基于TCP的拥塞控制算法研究综述
奠石镁
【期刊名称】《电脑知识与技术》
【年(卷),期】2008(003)022
【摘要】随着互联网规模的增长,互连网上的用户和应用都在快速的增长,拥塞已经成为一个十分重要的问题.近年采,在拥塞控制领域开展了大量的研究工作.此文介绍了基于TCP协议的拥塞控制算法的研究现状,分析了对算法改进的研究,并提出一些改进的建议.
【总页数】2页(P619-620)
【作者】奠石镁
【作者单位】云南医学高等专科学校,云南,昆明650031
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.基于TCP Vegas与TCP Reno的一种改进拥塞控制算法 [J], 秦楠;郑应平
2.无线网络TCP拥塞控制算法研究综述 [J], 陈金超;谢东亮
3.TCP-Friendly拥塞控制算法研究综述 [J], 党美莹;欧阳;孙元姝;甄长飞
4.基于TCP的拥塞控制算法研究综述 [J], 奠石镁
5.基于TCP Vegas拥塞控制算法的改进研究 [J], 张奎;李丙春
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移动无线网络中TCP协议改进研究[1]
![移动无线网络中TCP协议改进研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/39edef6c58fafab069dc02f0.png)
Ｒｅｎｏｔ６Ｊ在ＴＣＰ Ｔａｈｏｅ基础上增加了“快速
恢复”算法。 快速恢复阶段：快速恢复在重传的时候没有采 用慢启动，而是直接采用拥塞避免算法。
作者简介：刘纯丽（１９８３一），女，安徽石台人，池州学院信鼠传媒系助教，华东师范大学在读硕士研究生，主要研究方向为计算机网络。
万 方数据
池州学院学报
第２３卷
３移动无线环境下改善ＴＣＰ性能的基本解 决方案
３．１移动无线网络的问题 移动无线网络的成功应用存在很多挑战，分别是： （１）高误码率：无线链路存在高误码率，这将导 致数据包或者确认的丢失。 （２）链接中断：链路中断由多种原因引起： ①当移动终端从一个区切换到另一个区，或者 基站发生切换； ②当移动终端偏离基本服务区； ③当无线信号被高楼或其它实体阻隔； ④当一个基本服务集有太多用户且带宽无法 满足需求。 （３）有限带宽：可用带宽取决于一个基本服务集 的位置和用户数量 （４）动态网络拓扑：由于终端的频繁移动造成网 络拓扑结构经常发生变化。 （５）非拥塞时延：在移动无线环境中高时延和高 丢包率并非是拥塞引起的。当发生随机丢失时ＴＣＰ 会认为这是拥塞造成，并且减小拥塞窗口的带笑 傲，这样会导致链路的吞吐率下降。 ｆ６）变化的数据包大小：在无线网络中的数据包 要比有线网络中的数据包小很多，这样在有线网络 中的的一个数据包在无线网络中传输要被分成几 段。因此，对于无线链接中影响其性能的一个重要 的方面就是确定合适的数据包大小。
４移动无线网络ＴＣＰ协议改进分析
４．１相关改进协议 探听（Ｓｎｏｏｐｉｎｇ）ＴＣＰ：探听ＴＣＰ在移动主机放置 一个路由器，用于缓存数据，并且当检测到分组丢 失时，如果它存储在高速缓存器中基站就重新传输 丢失的分组。从同定主机到ＭＳ的分组通过运行探 听模块的基站进行寻路。此模块缓存发送到ＭＳ的 分组并检查移动主机返回的确认。在有较低比特差 错率的无线链路上，探听ＴＣＰ与正常ＴＣＰ的差别 很小，由探听产生的开销可以忽略。当比特差错率 等于或大于５×１０—７时，使用探听的吞吐量可以最 大增加２０倍【ｌｏｌ。 ＷＴＣＰ协议：在ＷＴＣＰ中，中间介质节点使用 了一种复杂的方案来隐藏它用于恢复无线链接部 分错误而消耗的时间（包括由错误恢复引发的中 继，也可能包括用于处理拥塞的时间）。这种想法 有助于发送方能较好地预计往返时间周期。实际实 验和仿真实验都显示ＷＴＣＰ的性能明显比标准 ＴＣＰ好１１０１。 ４．２改进算法 通过以上介绍，我们知道移动无线传输是不可 靠的。它们总是丢失分组，这才是引起较大时延的 真正原因，而非传统的拥塞。对于丢失分组的处理， 正确的方法就是再次传送这些分组，而且要尽可能 的快速重传，对于传统ＴＣＰ拥塞控制控制的降低 发送速率的方式，只会使问题更加恶化。对此，在改 进的无线ＴＣＰ协议中都有考虑，也在试图建立更 加完善、可靠的无线网络。但我们可以看到，现在提 出的基于移动无线网络环境下的改进的ＴＣＰ拥塞 控制算法都在一定程度上存在不足。主要表现在两 个方面：第一，改进的算法针对性太强，缺乏普适
无线网络中的传输与路由协议研究
无线网络中的传输与路由协议研究一、引言随着互联网技术的飞速发展，无线网络已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
无线网络的发展离不开传输与路由协议的支持，这些协议的优劣直接影响着无线网络的性能和稳定性。
因此，本文将探讨无线网络中的传输与路由协议，希望能够对无线网络的优化和提升提供借鉴。
二、传输协议1.传输协议概述传输协议是无线网络中数据传输的关键，它决定了无线网络中数据的传输速率、稳定性和可靠性。
无线网络中主流的传输协议有TCP和UDP。
TCP是一种可靠的传输协议，采用三次握手机制来建立连接，保证数据的可靠传输。
UDP是一种不可靠的传输协议，它不建立连接，数据包可以直接发送。
因此，UDP的传输速度比TCP更快，但是数据传输的可靠性相对较低。
2.传输协议性能测试为了评估不同传输协议的性能，我们进行了一系列的测试。
测试所用的环境为基于802.11n标准的WiFi网络，使用一台笔记本电脑作为发送端，另一台笔记本电脑作为接收端，并且通过iperf软件进行测试。
a.带宽测试通过测试我们发现，在基于802.11n标准的WiFi网络中，TCP 的带宽明显高于UDP。
这是因为TCP采用的是可靠传输机制，会进行数据包的确认和重传，而UDP不进行确认和重传，因此TCP 的传输效率相对更高。
b.丢包率测试通过测试我们发现，在基于802.11n标准的WiFi网络中，UDP 的丢包率明显高于TCP。
这是由于UDP不进行确认和重传，而当网络出现拥塞或者网络质量不理想时，UDP没有自动适应机制，会导致丢包率的增加。
三、路由协议1.路由协议概述路由协议是无线网络中数据传输的另一个决定因素，它决定了数据包的传输路径和传输的质量。
无线网络中主流的路由协议有RIP、OSPF和BGP。
RIP是一种距离向量协议，采用的是基于距离的负载均衡算法。
OSPF是一种链路状态协议，采用的是基于链路状态的负载均衡算法。
BGP是一种边界网关协议，它主要用于互联网的路由选择，并且采用的是基于路径的负载均衡算法。
无线自组网TCP吞吐量上界研究
无线自组网TCP吞吐量上界研究陈果;李庆华【摘要】对进入无线自组网节点的TCP数据流进行漏桶管制,节点为TCP提供基于速率-延迟模型的服务保障,在已有无线自组网链路吞吐量模型的基础上利用网络演算理论推导TCP数据流的吞吐量上界模型.在网格拓扑的无线自组网环境下,TCP 数据流的仿真结果都在数值计算的上界范围内,从而表明基于网络演算的无线自组网TCP吞吐量性能上界模型具有较好的性能,同时也表明现有TCP协议在无线环境下还存在较大的改进空间.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2010(036)018【总页数】4页(P95-97,100)【关键词】无线自组网;确定网络演算;传输控制协议;吞吐量上界【作者】陈果;李庆华【作者单位】武汉大学电子信息学院,武汉,430079;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TP3931 概述近年来，无线自组网在网络研究领域受到广泛关注。
它没有中心访问节点或者固定的基础设施，网络中的每个节点既是通信节点又是路由节点，各个节点通过分布式控制算法相互协调完成网络的通信功能。
网络演算理论是基于最小加代数的一系列结论，利用它可以分析有效带宽、数据流延迟、延迟抖动以及队列缓冲区大小等一些分组交换网络的基本属性[1]。
当TCP协议运行在基于IEEE 802.11的无线自组网环境下时其吞吐量性能也会变差[2]。
因此，精确的无线自组网环境下 TCP吞吐量上界分析对无线环境下 TCP协议吞吐量性能的有效改进，以及对无线环境下TCP的改进方向都具有一定的指导意义。
本文为求解无线自组网TCP数据流在理论上的最大数据吞吐量，利用网络演算理论，结合文献[3]的无线自组网链路吞吐量模型，推导出无线自组网TCP数据流的吞吐量上界模型并通过仿真实验进行验证和分析。
2 网络演算相关知识下面给出本文在推导无线自组网TCP吞吐量上界模型过程中所需要用到的定义和定理，详细描述可以参考文献[1]。
无线网络中TCP拥塞性能的改进研究
无线网络中TCP拥塞性能的改进研究曹亚君;李慧珍【摘要】网络拥塞现象在计算机网络中普遍存在,如何改进无线TCP的拥塞性能成为研究热点.利用新的端到端捡测作为无线TCP改进方案.在实验中发现IDD值的增长是网络发生拥塞的充要条件.XCP协议通过显式地通告发送端应该增加或降低多大的发送窗口来使各用户流公平共享网络资源,XCP-B来源于XCP,是无线网络中一个很成功的应用.【期刊名称】《清远职业技术学院学报》【年(卷),期】2012(005)006【总页数】3页(P69-71)【关键词】网络拥塞;无线TCP;显式反馈的拥塞控制协议;IDD值;XCP-B【作者】曹亚君;李慧珍【作者单位】商丘职业技术学院基础部河南商丘476000【正文语种】中文【中图分类】TN9251 引言TCP协议目前在计算机网络中广泛使用，为用户提供了可靠的、端到端的拥塞控制服务。
网络拥塞是计算机网络中存在的普遍现象，而如何进行高效的拥塞控制、提高网络性能是计算机网络研究的热点问题之一。
很多专家学者做了大量关于TCP拥塞控制机制的研究，并取得了如TCP Taheo，TCPReno，TCPSack，New Reno，Vegas等大量的TCP改进协议[1]。
2 传统的TCP的拥塞控制随着无线通信技术的飞速发展，无线网络在因特网中将扮演极为重要的角色。
尽管TCP协议在传统有线网络中已经能够实施有效的拥塞控制，但是无线链路终端具有的移动性、较大的时延、较高的链路误码率、有限的带宽和时延抖动、能源消耗约束局限，因此，无线TCP成为一个重要的因特网研究领域。
由于各种原因，TCP在无线网络中致使分组丢失和延迟，而传统TCP把所有的分组丢失简单归因于网络拥塞，这种盲目性严重恶化了无线环境中TCP的性能[2]。
要实现理想的控制策略，一方面，要采取不同的控制策略能区分无线误码和网络拥塞造成的数据丢失；另一方面，在可能的前提下要尽量减少误码丢包、避免重传。
tcp协议分析 实验报告
tcp协议分析实验报告
TCP协议分析实验报告
引言
TCP（Transmission Control Protocol）是互联网中最常用的协议之一，它负责在网络中建立可靠的连接，确保数据的可靠传输。
本实验旨在通过对TCP协议的
分析，深入了解其工作原理和性能特点。
实验目的
1. 了解TCP协议的基本工作原理
2. 分析TCP协议的数据传输过程
3. 掌握TCP协议的性能特点
实验环境
本实验使用了Wireshark网络抓包工具和一台运行TCP协议的服务器和客户端。
实验步骤
1. 使用Wireshark抓包工具对TCP协议进行抓包
2. 分析抓包数据，了解TCP协议的数据传输过程
3. 对TCP协议的性能特点进行分析
实验结果与分析
通过抓包和分析数据，我们了解到TCP协议在数据传输过程中的工作原理。
TCP协议通过三次握手建立连接，然后通过数据分段和确认机制来保证数据的
可靠传输。
在传输过程中，TCP协议还会根据网络状况进行拥塞控制和流量控制，以确保网络的稳定性和数据的可靠性。
此外，我们还发现TCP协议具有较高的可靠性和稳定性，但也存在一定的传输
延迟和开销。
在高负载和高延迟的网络环境下，TCP协议的性能可能会受到一定影响。
结论
通过本实验，我们深入了解了TCP协议的工作原理和性能特点。
TCP协议作为互联网中最常用的协议之一，具有较高的可靠性和稳定性，但也存在一定的传输延迟和开销。
在实际应用中，我们需要根据具体的网络环境和需求来选择合适的协议，以确保数据的可靠传输和网络的稳定性。
基于NS2的无线网络中TCP协议算法性能分析
本 文 通 过 ＮＳ２软 件 模 拟 仿 真 几种 常用 ＴＣＰ算 法 在 无 线 网 络 中 吞 吐 量 和 发 包 行 为 ， 并 选 出一 种 最 适 合 无 线 网 络 的拥 塞 算 法 ， 以 提 高 人 们 在 移 动 互 联 网 中 的 用 户体 验 。
二 、ＴＯＰ拥塞算法概述 ＴＣＰ Ｒｅｎｏ算法是现有众 多算法 的基础 ，包括慢 启
ＬＬ
嘲 络接 ｆ】类，
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｐｈｙ／Ｗｉｌ‘ｅｌｃｓｓＰｈｙ
尺线 炎
Ａｎｔｃｎｎａ／ＯｎａｌｌｉＡｎ【ｃ１１ｌ１ａ
ＭＡＣ 类 型
Ｍ ａｃ／８０２ １ １ —
无线路 由协议
ＡＯＤＶ
三 、网络仿真环境搭建 有 线 网 络 试 验 的 刚 络 拓 扑 图 如 １所 示 。 其 中 ＰＣ
到 路 由 ０之 间 和 刖 到 服 务 器 之 间 的 链 路 配 置 卡｝ｊ同 带
优 化 服 务 器 端 的 ＴＣＰ协 议 是 提 高 无 线 网 络 中 的用 户 体 验 的 方 法 之 一 。传 统 的 ＴＣＰ协 议 是 为 有 线 链 路 设 计 的 。 在 有 线 的 应 用 环 境 下 ，ＴＣＰ对 于 端 到 端 的 延 迟 和 包 丢 处 理 显 示 出优 越 的 性 能 。 主 要 原 因 是 位 出 错 率 较 低 ， 链 路 性 能 好 ， 主 机 比 较 固 定 …。但 是 在 无 线 网 络接入现有 的 Ｉｎｔｅｍｅｔ网络中， 由于无线 网络 的链路特 性 问 题 ， 使 得 在 没 有 拥 塞 的 情 况 下 启 动 拥 塞控 制 ，从 而使 ＴＣＰ在无线 网络 中性能 大大降低 忙ｌ。
无线局域网络优化综述[文献综述]
文献综述通信工程无线局域网络优化综述摘要：由于无线通信技术特有的优势，近年来得到了迅猛的发展。
而宽带WLAN技术可以工作在免费的频段，各大运营商都在提供这种接入方案，更是在家庭、公共场所和企业等得到了广泛的应用。
本文综述了无线网络的发展、发展过程中产生的问题以及优化过程中应该注意的问题。
关键词：WLAN；无线网络优化；空口优化；无线通信技术1、WLAN基础概述WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）指应用无线通信技术将计算机设备互连起来，以无线信道作传输媒介的计算机局域网。
WLAN是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，广泛应用于需要可移动数据处理或无法进行物理传输介质布线的领域[1]。
与有线网络相比，WLAN具有以下优点：安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展[2]。
2、IEEE 802网络技术族谱无线局域网(WLAN)发展史上的第一座里程碑是1997年6月的IEEE 802.11标准的出台，该份标准定义了WLAN的MAC层基本操作和3种独立的物理层——跳频，直接序列扩频和红外线，提供了最高2Mbps的传输速率[3]。
从上图可以看出，802.11 MAC层之下，有一系列物理层技术，包括：原始标准规定的FHSS PHY（跳频）、DSSS PHY（直接序列扩频）、IR PHY（红外线，上图未列出），802.11b规定的HR/DSSS PHY(高速直接序列扩频)，802.11a规定的OFDM PHY（正交频分复用），802.11g规定的ERP PHY（扩展速率）。
各种PHY层技术的区别在于不同的编码调制方式、不同的速率以及不同的PHY层帧格式。
实际上，从标准的编号来区分PHY层技术是不合理的，如802.11g 标准实际上包含了802.11b标准，等等[4]。
3、无线局域网面临的问题任何事物的发展都伴随着问题。
无线局域网索然发展迅速，但还是面临许多问题，主要有标准问题、射频问题和安全问题[5]。
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第41卷第1期2004年1月计算机研究与发展JOURNALOFCOMPUTERRESEARCHANDDEVELOPMENTVol141,No11Jan12004
收稿日期:2002-07-22;修回日期:2003-06-16
基金项目:国家自然科学基金项目(60172077)
无线网络TCP研究综述周建新 邹 玲 石冰心(华中科学技术大学电子与信息工程系 武汉 430074)(zjx92@1631com)
摘 要 如果把标准TCP直接应用于3种无线网络模型(蜂窝网络、Adhoc网络和卫星网络),由于其不能够区分丢包的原因,可能会错误地启动拥塞控制,导致性能下降1分析了3种无线网络模型中影响TCP性能的因素,指出为减轻这些因素造成的负面影响所必须增加的一些额外技术,总结了提高无线网络TCP性能的一些方法并对这些方法进行了比较和分类,指明了无线网络TCP的研究方向1
关键词 无线网络;TCP性能;拥塞控制;恢复策略中图法分类号 TP39311
ASurveyofTCPPerformanceinWirelessNetworkZHOUJian-Xin,ZOULing,andSHIBing-Xin(DepartmentofElectronics&InformationEngineering,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074)
Abstract BecausethestandardTCPcannotdistinguishthenatureofpacketloss,TCPperformanceoverthreekindswirelessnetworks(cellularnetwork,adhocnetworkandsatellitenetwork)willbedeterioratedverymuchbyinvokingcongestioncontrolincorrectlyifstandardTCPisdirectlyappliedonthewirelessnet-works1FactorsthataffectTCPperformanceofthethreekindswirelessnetworksareanalyzed,andadd-itionaltechnologiesthatshouldbeaddedtothestandardTCPtoalleviatenegativeinfluencesarepointedout1SomemethodsofimprovingTCPperformanceofwirelessnetworkarediscussed,andcomparisonandclass-ificationarecarriedout1ResearchdirectionsofTCPperformanceoverwirelessnetworkarealsodiscussed1
Keywords wirelessnetwork;TCPperformance;congestioncontrol;recoverypolicy
1 引 言随着无线网络和无线设备的普及,无线通信不再仅仅只是话音通信,还需要在无线链路上传输数据1TCP在不可靠的IP层基础上为应用层提供面向连接的、可靠的数据传输服务1TCP使用4种技术(窗口、序列号、重传定时器、确认)实现TCP的3个功能:¹流量控制;º差错控制;»拥塞控制,以此保证数据的可靠传输1标准TCP(在本文中指目前In-ternet中常用的TCP协议)))Reno)在有线网络中能很好地工作,但是在蜂窝网络、Adhoc网络和卫星网络这3种无线网络中的性能很差1为了能在无线网络中有效地使用TCP,就必须为标准TCP增加一些额外的技术1人们已经提出了各种不同的方法来提高无线网络中TCP性能,但是几乎所有的方法都是针对某个特定问题,没有一个方法可以解决所有问题1一些方法在特定的拓扑结构中的性能比较好,而另外一些在不同的网络环境可以运行得更好1本文总结了造成无线网络TCP性能下降的主要原因;分析了无线网络中TCP需要的额外技术;讨论了各国学者所提出的解决方案;给出了提高无线网络中TCP性能的几个研究方向1本文内容组织如下:第2节介绍传输控制协议(TCP)和无线网络的基本概念;第3节总结影响无线网络TCP性能的因素和减轻这种负面影响所需要的一些额外的技术;第4节讨论改善蜂窝网络中TCP性能的方法并进行分类和比较;第5节讨论改善Adhoc网络中TCP性能的方法并进行分类和比较;第6节讨论改善卫星网络中TCP性能的方法并进行分类;第7节对全文进行总结12 基本概念211 传输控制协议(TCP)TCP协议在Internet体系结构中的位置相当于OSI(opensystemsinterconnection)模型中的第4层[1]1在不可靠的IP层基础上为应用层提供一个可靠的、按序传输、端到端的数据包传输服务1为了能实现这个目标,TCP协议必须具有3个功能:¹端到端的流量控制;º差错控制;»端到端的拥塞控制1TCP主要使用了4种技术:¹窗口(包括发送端的拥塞窗口和接收端的通告窗口)1TCP两个窗口的大小根据网络以及接收端的状态自适应地进行调整,用来控制发送端发送数据包的速率1º序列号1TCP会给每个数据包分配一个惟一的序列号,以实现按序传输或者对乱序的数据包进行重新排序1»重传定时器1重传定时器的超时时间是根据网络的情况来自适应地进行调整,当定时器超时,TCP就认为前一个数据包因网络拥塞而被丢弃了,则重传这个数据包,并且启动拥塞控制和拥塞避免机制使得网络重新进入稳定状态以避免发生网络崩溃1¼确认1接收端通过向发送端确认它最近正确接收到的数据包,保证了数据传输的可靠性1TCP协议的3个功能主要通过这4种技术来完成1212 TCP拥塞控制算法TCP拥塞控制常采用4种算法:¹慢启动(slowstart,SS);º拥塞避免(congestionavoidance,CA);»快速重传(fastretransmit,FR);¼快速恢复
(fastrecovery,FR)[2~5]1这4个算法(或者说TCP
的4个状态)是相辅相成、相互转换的,如图1所示:
图1 TCP拥塞控制机制有限状态机示意图 其中,慢启动和拥塞避免两个阶段的时间最长1慢启动用于探测网络的可用带宽,拥塞窗口以指数方式增长;拥塞避免试图避免拥塞的发生并且尽可能地探测可用带宽,使用AIMD(additiveincreasemultiplicativedecrease)方式来改变拥塞窗口的大小1快速重传/快速恢复是用来通过重复确认来探测和恢复丢包1当它们恢复丢包失效时,重传定时器超时是发现并恢复丢包的最终机制1从图1及上面的讨论可以看出,发生超时和多个重复确认是影响TCP性能的关键原因1TCP拥塞控制研究的目的就是避免在网络没有拥塞的时候发生超时和重复确认,以避免过早地由慢启动进入拥塞避免阶段(发生多个重复确认)和在网络没有拥塞时进入慢启动状态(发生超时),因为TCP在转换状态时都需要减小发送端拥塞窗口(cwnd)和慢启动阈值(ssthresh),从而降低了TCP的发送速率,影响TCP的性能1也就是为了提高TCP性能,就要把TCP连接保持在同一个状态尽量长的时间,避免频繁地转换TCP的状态1213 无线网络模型可以把无线网络泛泛地分为3类:(1)蜂窝网络1此网络模型中的移动用户是通过基站和固定网络连接的,这是目前使用最为广泛的无线网络1在这种无线网络模型中,只需要解决无线终端与基站之间的TCP传输问题,也就是所谓的单跳问题,这也是目前无线TCP研究和提出解决
54计算机研究与发展2004年方法最多的无线网络模型1(2)Ad-hoc网络1这种网络不需要基站,移动主机通过无线链路相互连接自动地组成一个网络1主要需要解决路由中断后TCP传输的问题1目前,这种网络模型中的TCP研究还不是很多1(3)卫星网络1发送端和接收端之间使用卫星链路连接,主要需要解决大时延-带宽乘积和不对称链路的问题13 无线网络中的TCP311 影响无线网络中TCP性能的因素标准TCP假设网络拥塞引起了绝大部分的丢包,而把其他导致丢包的原因忽略不计1如果把标准TCP直接应用到无线网络中,由于无线网络中的传输错误、链路/路由中断等因素的影响,则标准TCP会经常在网络没有拥塞的情况下启动拥塞控制,造成性能的急剧降低1造成无线网络TCP性能下降的几个原因可以总结为以下几种[6~9]:(1)高比特误码率(BER)1无线网络的链路是有损介质,具有很高的比特误码率1比特误码会导致数据包损坏甚至丢包,从而使得发送端出现超时、重传数据包,并启动拥塞控制1如果重复性地发生这种错误,则会急剧地降低TCP的性能,3种无线网络模型都会受这个因素的影响1(2)错误的丢包探测机制1标准TCP不能区分不同类型的错误(随机丢包、拥塞丢包等),它把任何丢包都看做拥塞丢包并启动拥塞控制,而不管网络是否处于拥塞状态,导致TCP性能下降,3种无线网络都会受它的影响1(3)无线链路带宽1因为无线链路的带宽有限,结点可能只能使用很少的带宽,甚至没有带宽可以使用1导致发送端超时和信息丢失的时间增多,它会影响蜂窝和Adhoc网络1(4)链路中断1蜂窝网络中,移动结点在蜂窝之间切换过程中有一个信号消失阶段1在这个阶段,移动结点不能接收到任何发送端的数据,造成发送端超时1TCP发送端会重传这些数据并启动拥塞控制,导致TCP性能下降1(5)路由中断1在Adhoc网络中,结点的移动可能会导致本次连接使用的路由中断1在重新计算路由过程中,所有的数据包和确认包都会被丢弃1这将导致TCP发送端超时并启动拥塞控制1(6)带宽不对称1卫星网络中,上行链路的带宽远远小于下行链路的带宽,容易造成ACKS丢包,降低TCP性能1(7)链路层时延1卫星网络链路层时延要比有线网络的时延大得多,标准TCP设定的定时器超时间隔有时候不够大,导致发送端超时并启动拥塞控制1312 无线网络中TCP需要的额外技术为了能减轻上述的无线网络中各种因素对TCP性能的负面影响,就必须为无线网络中的TCP提供一些额外的机制:(1)丢包探测机制1探测丢包的本质原因并根据丢包的本质原因来确定合适的错误恢复策略,如切换、信道衰减、瞬间的随机错误和路由中断就可以启动另外的和标准不同的错误恢复策略,而不是拥塞控制1这种机制可以减轻比特误码和链路中断对TCP的影响[9]1
(2)显式通知1把丢包的原因或网络状况显式地通知给发送端,使得发送端可以采取相应的措施1这种机制可以减轻比特误码、链路中断以及路由中断对TCP的影响1(3)拥塞检测1在连接的前向和反向两个方向上都能精确、可靠地检测拥塞(不仅仅利用RTT,也可能不像标准TCP那样使用丢包来作为拥塞的标志)1这种机制可以解决不对称链路的超时对TCP的影响[9]1