30000字硕士毕业论文无线网络环境下的TCP拥塞控制研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：30000字
论点：拥塞,无线网络,报文
论文概述：
研究背景随着因特网的迅速发展和广泛应用，人类进入了真正的信息时代，因特网以其信息的即时性、交互性、快速、无地域限制以及信息丰富等特征}fn已经成为人们获取和收集各种信息的最主
论文正文：
第一章绪论 1.1研究背景随着因特网的迅速发展和广泛应用，人类进入了真正的信息时代，因特网以其信息的即时性、交互性、快速、无地域限制以及信息丰富等特征}fn已经成为人们获取和收集各种信息的最主要来源。因特网中的数据传输协议主要采用TCP/IP协议族。TCP协议是因特网上使用最为广泛的协议，它为用户提供了可靠的、健壮的端到端的数据通信服务。根据MCI的调查，因特网上总字节数的9_5%和总数据报文数的90%都是使用TCP协议传输的「’]，由此可见TCP-}办议的重要性。为了保证网络的正常运行，TCP在传输时必须考虑网络的可传输能力，因此TCP协议中都包含了拥塞控制机制，它通过线性增加指数衰减(AdditiveIncreaseMultiplicativeDecrease,AIMD)的方式抓‘制拥塞窗口的大小[a}，进Ifn#}}制发送方注入网络的数据量。该机制首先以线性逐步增大发送窗口，一旦发现分组丢失，就将拥塞窗口减半，从}fn降低发送速率，保证网络能够稳定的运行。目前这种拥塞控制算法已经在误码率低的有线网络中取得较好的性能。可以说，TCP拥塞控制机制是维持网络顺利运行的关键技术之一。 最近几年，移动设备的不断普及使得人们可以更方便更自由的进行工作，这也使得无线网络的需求越来越高，人们希一望能够在任何时间、任何地点访问互联网，因此可以预计无线网络将会是未来Internet的一个重要组成部分。然Ifn已经有数据表明，TCP在无线网络中的性能非常低劣。例如TCP在误码率为2.3%的IEEE802.11网络中所获得的吞吐量只能达到总带宽的49070，同样情况下TCP在IEEE802.11b网络中只能达到39.1070}3}。产生这种性能低劣现象是因为TCP最初是按照有线网络来设计的，有线网络非常可靠，误码率非常低以至十可以忽略，Ifn相比之下，无线网络具有较高的传输误码率，因此也就使得TCP在传输过程中可能会因为无线网络传输出错}fn产生报文丢失，也就是说在无线网络中丢包除了是由十拥塞引起的，还有很大可能是由十传输出错引起的。但是前面提到，传统的TCP协议假设所有丢包都是由十网络拥塞引起的，因此在无线络网络传输过程中，即使发现因传输出错}fn丢失的数据包也认为是网络发生了拥塞，自目的降低发送速率，导致TCP的传输性能下降，使得网络资源利用率过低。同时无线网络的传输速率相对较低，即发送时延相对较高，TCP窗口增大速率相对较慢，过低的慢启动闽值也使得TCP数据流所在的链路在很长一段时间内无法获得很高的链路利用率。 TcP在无线网络中性能低劣的问题严重影响了TcPi办议在新网络环境中的应用，同时也阻碍了无线网络的进一步普及。因此，如何提高TcP在无线网络中的传输性能成了当前网络领域的一个热门课题。最直接最有效的办法就是改进TcP协议的拥塞控制策略，使其在无线网络下也能同样获得很好的传输性能，但在改进时也必须考虑新协议的兼容性和可部署性，改进的协议必须能够和传统的TcP很好的共存，目_必须在网络中能够很方便的部署，使其迅速有效的应用起来。1.}国内外研究现状1995年，H.Balakrishnan等人的研究表明，如果不进行适当的修改，TCP协议在无线网上无法取得令人满意的性能[。其原因是因为无线信道具有低带宽、高差错的特点，Ifn链路差错产生的报文丢失将使TCP协议不恰当地启动拥塞控制机制，降低发送速率，由此降低了吞吐率。随着无线网络应用发展，TCP协议在无线网上的改进这一课题也变得口益重要。目前已提出多种改进方案。主要可分为基十基站和端到端的两类方案。在基十基站的方案中:SNOOP在基站建立缓冲区，报文丢失时由基站重发数据报文，以此避免TCP降低发送速率，DDA(Delayedduplicateacknowledgements)在基站检查TCP报头，在发生报文丢失时，先利用链路层的重发机制重发数据，如不成功，再将重复确认发给TCP发送端处理[f5l。文献提出的方案不需要检查TCP报头，直接在链路层检测错误并重发。Indirect-TCP(I-TCP)}}味IIM-TCP}g}则是将一个TCP连接分成发送端到基站和基站到接收端两个连接。不同之处在十I-TCP在基站收到数据后即发送确认，IfnM-TCP只有接收端真正收到数据报文后才发送确认。 上述方案都需要基站的支持，不易实现。因此端到端的改进方案成为目前研究的重点。文献「9]提出了基十误码的发送速率调节机制，该算法通过报文丢失情况获取通信链路的误码率，在误码率上升时降低发送速率，反之则提高发送速率。在提高可靠性的基础上提高了TCP的吞吐率。文献「10]提出的算法根据报文到达间隔时间(Inter-ArrivalTime)的变化在接收端区分报文丢失原因。当报文丢失的间隔时间与迄今为止最小的间隔大致相等时，则认为是链路错误导致;否则认为是拥塞导致。文献「11]采取了压缩TCP报头和减小Mac层数据帧的大小的措施来提高TCP在无线网上的性能。文献「12]使用了隐马尔科夫模型(HiddenMarkovModeling)作为核心算法，l司日寸提出了丢失对(packetlosspairs)的概念，每一个丢失对表示的是两个连续发送的数据报文，其中第一个因为某种原因丢失了，Ifn第二个成功发送。然后用大量的丢失对隐马尔科夫模型进行训练，得到合适得参数，在此基础上对报文原因进行区分。 参考文献[1]K Thompson, G J Miller, R Wilder. Wide一area Internet Traffic Patterns and characteristics [J].IEEE Network, 1997, 11(6): 10一23. Jacobson. Congestion Avoidance and Control. Computer CommunicationReview [J].1988, 18(4), 314一329.Xylomenos G, Polyzos G, Mahonen P, Saaranen M.TCP Performance Issuesover Wireless Links [J].IEEE Communications Magazine, 2001,39(4): 52一_5 8.[4] Hari Bal Krishnan, Srinivasan Seshan, Elan Amir, et al. Improving TCP/IPperformance over Wireless Networks[C].In: Proc.MobiCom\'95，Berkeley, CA,1995，2一11.Balakrishnan H, Padmanabhan N, Seshan S, Katz H.A comparison of mechanisms for improving TCP performance over wireless links[J].IEEE/ACM Trans on Networking, 1997,5(6):一769.[6]周天翔，蒋铃鸽，铁玲等.通过ARQ提高无线网络中的TCP吞吐量[J].上海 交通大学学报，2002,36(5): 633-636. Baker, B R Badrinath. I一TCP: Indirect TCP for mobile hosts [M].In:Proceedings of the 15th International Conference on DistributSystems.Vancouver, British Columbia, Canada, 1995，136一143. Kevin Brown, Suresh Singh. M一TCP: TCP for mobile cellular networks [J]. Computer Communication Review, 1997, 27(5):19一43.徐昌彪，隆克平，杨士中.无线网络中基十误码丢包的TCP速率调节策略[J].i}一算机学报，2002, 25(4): 438-444. S Biaz, N Vaidya. Discriminating congestion losses from wireless losses usinginter-arrival times at the receiver[C].IEEE Symp.ASSET\'99, Richardson, TX,USA, 1999:10一17. Wen-Tsuen Chen, Jyh-Shin Lee. Some Mechanisms to Improve TCP/IPPerformance over wireless and Mobile Computing Environment[C].SeventhInternational Conference on Parallel and Jun Liu, Ibrahim Matta, Mark Crovella. End一to一End Inference of Loss Nature in a Hybrid Wired/Wireless Environment[C].Proceedings of the 1st Workshop onModeling and Optimization in Mobile, Ad S Cen, P Cosman, G M Volker. End一to-end differentiation of congestion andwireless Losses[M].IEEE/ACM Transactions on Networking, 2003，11(5): 摘要 5-6 Abstract 6 致谢 7-12 第一章 绪论 12-16 1.1 研究背景 12-13 1.2 国内外研究现状 13-14 1.3 主要研究内容及章节安排 14-16 第二章 TCP 的拥塞控制机制 16-28 2.1 拥塞控制基本概念 16-18 2.1.1 拥塞的定义 16-17 2.1.2 拥塞发生的原因 17-18 2.2 TCP 拥塞控制机制 18-19 2.3 TCP 拥塞控制算法 19-23 2.3.1 慢启动 20-21 2.3.2 拥塞避免 21-22 2.3.3 快速重传 22 2.3.4 快速恢复 22-23 2.4 几种主要的TCP 拥塞控制算法 23-27 2.4.1 最早的 TCP 实现 23 2.4.2 TCP Tahoe 23-24 2.4.3 TCP Reno 和 TCP New Reno 24-25 2.4.4 TCP SACK 25-26 2.4.5 TCP Vegas 26-27 2.5 小结 27-28 第三章 无线网络中TCP 拥塞控制机制 28-36 3.1 无线网络概述 28-31 3.1.1 无线网络的发展及现状 28-29 3.1.2 无线网络所表现的特性 29-30 3.1.3 TCP 拥塞控制机制在无线网络中的缺陷 30-31 3.2 无线网络传输性能改进方案 31-35 3.2.1 端到端的方案 31-32 3.2.2 链路层方案 32-33 3.2.3 分段连接方案 33-35 3.3 小结 35-36 第四章 一种基于 TCP Vegas 的拥塞控制机制 ED-Vegas 36-41 4.1 TCP Vegas 和 TCP HACK 36-37 4.2 基于 Vegas 的包错误检测 ED-Vegas 37-38 4.2.1 ED-Vegas 发送端 37-38 4.2.2 ED-Vegas 接收端 38 4.3 ED-Vegas 实验与分析 38-40 4.4 小结 40-41 第五章 总结与展望 41-43 5.1 论文总结 41 5.2 未来工作 41-43 参考文献 43-47