无线网络中的TCP拥塞控制

计算机网络论文无线网络中的TCP拥塞控制制作人：唐鲁琦学号：131110520目录引言.....................................................2TCP传输控制协议.........................................3TCP拥塞控制机制.........................................3无线网络中的TCP协议.....................................4无线网络的TCP改进.......................................6分段连接方案...........................................6链路层重传方案.........................................6结论.....................................................7引言随着WiFi,3G网络和无线设备的普及,无线通信传输数据亮不断增加。对无线网络数据传输的性能要求也不断加大。TCP作为现今internet网络主要传输控制协议之一，在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。TCP在有线网络中已经证明可以取得良好的传输性能，然而在无线网络中(蜂窝网络、Adhoc网络和卫星网络等)由于无线信道具有高衰减、高比特误码率的特点等因素导致TCP传输性能衰弱。TCP传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。在因特网协议族（Internetprotocolsuite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。TCP拥塞控制机制TCP的拥塞控制方法是基于滑动窗口协议的。它通过限制发送方注入报文的速率而达到拥塞控制的目的。具体地说，TCP是通过控制发送窗口的大小来对拥塞进行响应。而决定发送窗口大小的因素有两个：第一个因素是接收方所通告的窗口大小；第二个因素是发送方的拥塞窗口限制，又叫拥塞窗口。发送窗口的大小是取二者之中的较小者。TCP协议发现拥塞的途径有两条：一条途径是来因特网控制信息协议ICMP的源抑制报文，另一条途径是报文丢失现象。TCP假定大多数报文丢失其原因都是通信子网拥塞。为了迅速抑制拥塞，TCP使用了两种技术：快速递减和慢启动。这两种技术是相关联的，实现起来也比较容易。所谓快速递减拥塞窗口的策略指的是：一旦发现报文丢失，立即将拥塞窗口大小减半；而对于保留在发送窗口中的报文，按指数增加重传定时器的定时宽度。换句话说．当可能出现拥塞时，TCP对传输流量和重传速率都按指数级递减：如果继续出现报文丢失，最终TCP将数据传输流量限制到每次只发送一个报文，即变成简单停等协议。快速递减策略的意图是迅速而显著地减少注入通信子网的传输流量，以便路由器有足够的时间来清除在其发送队列中的数据包。无线网络中的TCP协议所有上述TCP协议的不足之处是，他们都没有考虑无线网络环境的特性，即数据包丢失并不一定意味着拥塞。然而，大多数的无线数据应用(如FTP，网络，远程登录，组播等)使用TCP作为默认传输层的协议，因为它们需要实现可靠和保证交付的数据。但是TCP在无线环境下要达到正常的吞吐量已经面临了巨大的瓶颈。以下无线网络特征对TCP性能已经造成重要影响：(1)高比特误码率：由于无线网络的链路是有损介质，由于信道干扰，多径衰弱等原因无线网络链路相比于传统的有线网络具有很高的比特误码率。从而导致数据包损坏甚至丢包，使得发送端出现超时、重传数据包，并启动拥塞控制降低TCP的性能。(2)错误的丢包探测机制：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)无线链路带宽：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，导致发送端超时和信息丢失的时间增多。(4)区域切换：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。在这个阶段，移动节点与蜂窝基站失去联系不能接收到任何发送端的数据，造成发送端超时。TCP发送端会误认为这个阶段丢失的数据包是拥塞造成的，会重传这些数据并启动拥塞控制，导致TCP性能下降。(5)延迟的不可预测性：由于移动用户随意移动，与基站的距离各不相同，导致不同的时间延迟。这种不可预测的延迟同样影响TCP拥塞判定准确性。(6)能量受限：移动设备是电池供电，因此不能承受过多的重传，也就是说TCP不是一种能量高效的传输协议。无线网络的TCP改进分段连接方案这类方案有将移动主机(MH)和固定主机(FH)间的TCP连接在基站处分成两段(MH到基站的无线段和基站到FH的有线段)，在有线和无线链路段分别采取不同的拥塞控制策略.有线链路段使用标准TCP无线链路段则采用适于无线环境的改进协议。有线链路传输速度速度快且误码率低，而无线链路速度依然很慢(相对于有线链路而言)，并且容易受到噪声干扰和信道衰落的影响。在同时包含有线和无线两种链路的网络中对这两种性能相差很多的链路使用同样的流量控制和拥塞控制，无线链路显然会成为系统性能的瓶颈，将其分开进行处理有利于提高链路的利用率，但这类方案破坏了TCP连接的端对端语义，且需要修改移动主机和中间结点的TCP协议链路层重传方案链路层重传的方法独立于TCP层协议，这些方案试图通过链路层重传减少无线链路的高误码率对TCP性能的影响，但不能处理移动切换及频繁连接断开导致的TCP协议调用拥塞控制算法。结论标准TCP丢包作为网络拥塞的标志，并调用拥塞控制和避免程序。而标准TCP不能将无线网络中，信道干扰，切换，断开等导致的丢包同拥塞丢包区分开。因此，标准TCP在无线环境下，性能明显衰退。在本文中，我们对现有不同的解决方案进行了比较和分类，并已表明，没有一个解决方案，满足高效率的解决增无线网络中TCP存在的所有问题。同时我们前面的讨论清楚地表明，这是很难建立一个满足所有要求的无线TCP拥塞控制算法。