无线局域网中TCP公平性问题研究综述

在无线局域网络中,由于无线MAC层协议只能保证各无线节点的公平接入无线信道,如何确保传输层TCP流的公平性就变得十分重要.TCP闭环拥塞控制的贪婪性、MAC协议节点接入公平性和无线信道的异构性,导致TCP在无线局域网络出现多种不公平问题.对当前存在的几种TCP不公平问题及相应的解决方法进行了分析和比较,阐述了目前亟待解决的主要问题和今后的研究方向.     

无线局域网MAC机制对TCP性能的影响分析

通过分析和比较IEEE802.11无线局域网分别采用3种典型MAC机制时的TCP性能,深入研究了MAC机制对无线局域网中TCP性能的影响.仿真结果表明,由MAC机制所决定的信道冲突率、MAC帧丢失率、MAC帧传输时延抖动幅度和频率、网络吞吐量和公平性将直接影响无线局域网中TCP的吞吐量、公平性和稳定性.     

一种实现MAC层冲突反馈的跨层TCP拥塞控制机制

详细分析了传统的TCP拥塞控制算法在无线多跳网络环境下面临的问题,指出无线多跳环境下的MAC层信道竞争以及TCP拥塞窗口的过激增长机制是影响TCP性能的主要原因,提出一种新的TCP跨层拥塞控制机制TCP-CR.该机制中节点通过MAC层维护的链表信息,将冲突概率定时向源节点的传输层进行反馈,源节点根据获取的反馈信息做出拥塞窗口调整.仿真结果证明,该机制中源节点能有效根据当前MAC层网络状况做出及时动态调整,从而提高TCP的吞吐量.     

基于无线－有线混合网的TCP友好速率控制算法

研究了实时多媒体业务传输协议在无线－有线混合网络中所面临的新问题，在此基础上提出了一种基于TCP友好速率控制协议的新的实时业务的流控机制，利用延迟抖动率作为丢包分辨信号来调整TFRC的速率控制，以区分拥塞丢包和无线信道丢包。大量的NS仿真实验表明：该算法在无线－有线混合网络中能提高有效通过量，对于TCP流具有良好的公平性。     

KIR:一种TCP拥塞避免阶段的公平性算法及在GEO卫星环境下的仿真

传统的TCP拥塞避免机制对长时延链接存在歧视,随着竞争流的增加,TCP共享瓶颈带宽的公平性和有效性降低.在研究CR,IBK,CANIT等现有算法的基础上,提出了一个新的均衡公平性算法KIR （K and additive increase ratio）来纠正对长时延链接的歧视,新算法的思想是在拥塞避免阶段分别对长时延链接与短时延链接的窗口增加方案做了平滑修改,同时经过数学推导,给出一个能够取得较好公平性和带宽利用率的K的表达式.通过一系列仿真实验比较了不同公平性机制的性能,分析了它们之间的不同特性,结果显示KIR算法不仅能够提高TCP公平性,而且取得了比较理想的链路吞吐率.针对地球同步轨道GEO卫星环境,在NewReno,Sack,Tcpw三种TCP拥塞控制机制中对KIR算法的有效性进行了仿真验证.     

无线自组网络中TCP流公平性的分析与改进

研究了TCP(transmission control protocol)流在多跳无线自组网络中的公平性问题,发现IEEE802.11DCF协议在此环境下会导致严重的不公平性,即部分节点垄断了网络带宽而其他节点被饿死.首先,通过仿真分析了产生TCP流不公平性的原因,指出其根源在于MAC(media access and control)协议的不公平性,同时,TCP的超时机制加剧了不公平性的产生;然后,利用概率模型定量分析了TCP不公平性与MAC协议参数之间的关系,发现TCP流的公平性与TCP报文长度直接相关,并且增加MAC协议初始竞争窗口的大小能够有效提高公平性.据此,提出了一种根据TCP报文长度动态调节初始回退窗口大小的自适应回退MAC协议改进算法.理论分析和仿真表明,该算法在很大程度上可以有效缓解不公平性问题的产生,并且不会引起网络吞吐量的严重降低.     

一种新的流媒体拥塞控制算法

提出一种新的拥塞控制算法(TCP MS).该算法更适用于流媒体应用,有更高的带宽利用率、公平性,传输速率也更平滑.不同于传统的利用丢包率和排队延迟来探测拥塞的TCP拥塞控制算法,该算法通过确认数据包的速率来探测拥塞,并在每一轮往返时间内及时调整窗口.该算法提供的拥塞窗口变化更准确,传输速率抖动更小.因此,提高了网络带宽的利用率以及传输速率的平滑性.最后,文章将TCP MS与典型的基于丢包率的TCP Reno算法和基于排队延迟的TCP Vegas算法在带宽利用率、速率抖动以及公平性等方面分别做了比较,仿真结果表明TCP MS是一种理想的流媒体拥塞控制算法.     

基于Fuzzy丢包区分的TCP拥塞控制算法

针对传统传输控制协议(TCP)应用于异构网络的局限性,在研究灰色关联度基础上,分析网络参数,提出一种基于往返延迟抖动积区分丢包的TCP-N算法.根据测得的往返延迟抖动积构建隶属函数,区分无线误码丢包和网络拥塞丢包,并依据隶属度进行相应的拥塞控制.仿真实验结果表明,与传统TCP协议相比,TCP-N算法在异构网络中能够较准确地区分无线误码丢包和网络拥塞丢包,提高带宽利用率和吞吐量.     

移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.     

移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.