專利名稱：一種有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，所述的三 種信息為丟包信息、RTT信息和顯式擁塞通告信息。
背景技術(shù)：
TCP是目前Internet中廣泛應(yīng)用的傳輸控制協(xié)議，為各主機(jī)之間提供可靠按序的 傳輸服務(wù)，TCP擁塞控制是其成功應(yīng)用于Internet的重要因素。TCP擁塞控制的前提是網(wǎng) 絡(luò)擁塞成為數(shù)據(jù)丟失的唯一原因，即只要終端檢測出有數(shù)據(jù)丟失，均認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)擁塞所致， 于是調(diào)用擁塞控制機(jī)制，這對于鏈路質(zhì)量較好的有線環(huán)境是適宜的。然而將傳統(tǒng)的應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)的TCP協(xié)議直接應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中效果并不 理想，甚至出現(xiàn)了很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1. TCP協(xié)議中缺乏有效的丟包區(qū)分機(jī)制。在有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，數(shù)據(jù)的傳輸成功率 較高，此時(shí)的數(shù)據(jù)丟失主要是由于網(wǎng)絡(luò)擁塞引起的，TCP根據(jù)丟包就可以判定網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了 擁塞。而在無線網(wǎng)絡(luò)中，大量的數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)樾诺狼袚Q、能量衰落、干擾等原因而被丟棄，這些 由于無線環(huán)境造成的丟包TCP也同樣認(rèn)為是擁塞丟包從而減小窗口，造成不必要的數(shù)據(jù)發(fā) 送速率的降低，導(dǎo)致帶寬利用率下降、系統(tǒng)時(shí)延加大、吞吐量降低。針對上述問題，目前已經(jīng) 有關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)中TCP協(xié)議性能改進(jìn)的多種方案，如TCP-Probing、I-TCP、M-TCP、Snoop、 WTCP、ARQ、FEC等，但還是存在跨層通信、冗余數(shù)據(jù)過多、數(shù)據(jù)傳輸成功率低等問題。2.不能及時(shí)地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)整帶寬。無線環(huán)境變化比較頻繁，同時(shí)移動(dòng)主機(jī)可 用帶寬一般都比較低，使得TCP端節(jié)點(diǎn)發(fā)送速率受到限制，擁塞窗口較小。在這種情況下， 一旦有數(shù)據(jù)包丟失，端節(jié)點(diǎn)就不能收到足夠多的重復(fù)確認(rèn)包來觸發(fā)快速重傳，因此只能通 過超時(shí)機(jī)制恢復(fù)，降低了可用帶寬的使用效率并且增加了延遲。目前，針對此問題也提出 了很多新的方法，比如TCP ffestwood, TCP Westwood—等等，它們從擁塞窗口的調(diào)整策略、 RTT與可用帶寬的關(guān)系、帶寬分配的公平性等多個(gè)方面深入細(xì)致地對現(xiàn)有TCP協(xié)議進(jìn)行了 分析，提出了新的替代方法，并取得了良好的效果。但是這些方法實(shí)現(xiàn)往往比較復(fù)雜，在實(shí) 際部署的時(shí)候需要更新用戶傳輸層協(xié)議，有些還需要更改中間路由器方法，因此在推廣的 過程中遇到了較大的阻力。3. TCP在無線環(huán)境下的能量使用效率不高。例如，當(dāng)無線鏈路上發(fā)生了隨機(jī)短暫錯(cuò) 誤時(shí)，TCP端節(jié)點(diǎn)便降低其擁塞窗口，然后比較保守地逐步增加擁塞窗口大小。在擁塞窗口 增長的過程中，沒有發(fā)生鏈路錯(cuò)誤的傳輸機(jī)會(huì)便被浪費(fèi)了。若錯(cuò)誤持續(xù)時(shí)間比較長，端節(jié)點(diǎn) 盡管降低了擁塞窗口大小，但是仍然會(huì)嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)造成更多數(shù)據(jù)包的丟失。盡 管吞吐量可能會(huì)有所增加，但是卻消耗了更多的能量，降低了能量使用的效率。由上述總結(jié)可以看出，TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中存在較多的問題，其根本原因就是TCP不 能將無線環(huán)境引起的丟包和擁塞丟包區(qū)分開，缺乏全面的錯(cuò)誤控制能力。因此，如何區(qū)分無 線丟包和擁塞丟包成為改善無線環(huán)境下TCP性能的關(guān)鍵。另一方面，顯式擁塞通告ECN機(jī)制是在現(xiàn)有的擁塞控制策略的基礎(chǔ)上，通過在報(bào)文頭部定義警告位，由路由器判斷網(wǎng)絡(luò)情況，經(jīng)過接收端間接地告知發(fā)送端網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā) 生。因此ECN使得端節(jié)點(diǎn)較早地采取擁塞控制，有效地防止了報(bào)文的丟失，避免了不必要的 數(shù)據(jù)重傳，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。有線網(wǎng)絡(luò)中的ECN機(jī)制中，路由器一般采用緩存隊(duì)列長度作為擁塞判斷的依據(jù)。 雖然隊(duì)列長度在有線網(wǎng)絡(luò)中能夠較好地反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)擁塞程度，但不適合直接在無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn) 行測度，原因有以下兩點(diǎn)首先，當(dāng)在無線節(jié)點(diǎn)上的隊(duì)列長度變長時(shí)，無線信道已經(jīng)發(fā)生了 嚴(yán)重的競爭擁塞，此時(shí)再采取擁塞控制就已經(jīng)過時(shí)了 ；其次，無線信道的干擾因素較多，導(dǎo) 致無線信道上的狀態(tài)變化復(fù)雜，僅依據(jù)隊(duì)列長度很難準(zhǔn)確地描述網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。因此在 混合網(wǎng)絡(luò)中，有線網(wǎng)絡(luò)可以沿用傳統(tǒng)的使用隊(duì)列長度判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，而在無線網(wǎng)絡(luò)中的ECN 機(jī)制，需要考慮到無線信道的狀態(tài)進(jìn)行反饋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，能有效地 區(qū)分無線丟包和擁塞丟包，對于瓶頸為無線鏈路的有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)，能提高網(wǎng)絡(luò)的利 用率和吞吐量，以及改善網(wǎng)絡(luò)的整體性能。。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，包括以下步驟步驟1 發(fā)送端接收到ACK包時(shí)讀取￡。e值，若￡。6為1，認(rèn)為此時(shí)擁塞嚴(yán)重，跳轉(zhuǎn) 至步驟4，否則轉(zhuǎn)入步驟2 ；所述的e ce值是指ACK確認(rèn)包中IP分組頭部的CE位值；步驟2 發(fā)送端查看連續(xù)收到具有相同確認(rèn)號的重復(fù)ACK包數(shù)量dupack，若 dupack < 3增加擁塞窗口，否則讀取D值，若D彡0，轉(zhuǎn)入步驟3，否則跳轉(zhuǎn)至步驟4 ；步驟3 發(fā)送端擁塞窗口保持不變，重傳丟失的分組，返回到步驟1 ；步驟4:發(fā)送端將慢啟動(dòng)閾值設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口的一半，重傳丟失的分組，并設(shè) 置擁塞窗口為慢啟動(dòng)閾值，返回到步驟1。D值的計(jì)算如下D = Tnew -7，其中J是指數(shù)據(jù)包平滑往返時(shí)延，t 是指發(fā)送端在收到三個(gè)重 復(fù)ACK之后，接收到的第一個(gè)非重復(fù)ACK及其所確認(rèn)的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的時(shí)間。7的計(jì)算方法為
權(quán)利要求
1.一種有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，其特征在于，包括以下 步驟步驟1 發(fā)送端接收到ACK包時(shí)讀取￡。e值，若￡。6為1，認(rèn)為此時(shí)擁塞嚴(yán)重，跳轉(zhuǎn)至步 驟4，否則轉(zhuǎn)入步驟2 ；所述的e ce值是指ACK確認(rèn)包中IP分組頭部的CE位值；步驟2 發(fā)送端查看連續(xù)收到具有相同確認(rèn)號的重復(fù)ACK包數(shù)量dupack，若dupack < 3 增加擁塞窗口，否則讀取D值，若D < 0，轉(zhuǎn)入步驟3，否則跳轉(zhuǎn)至步驟4 ；步驟3 發(fā)送端擁塞窗口保持不變，重傳丟失的分組，返回到步驟1 ；步驟4 發(fā)送端將慢啟動(dòng)閾值設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口的一半，重傳丟失的分組，并設(shè)置擁 塞窗口為慢啟動(dòng)閾值，返回到步驟1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，其特 征在于，D值的計(jì)算如下D = -7，其中J是指數(shù)據(jù)包平滑往返時(shí)延，Tnew是指發(fā)送端在收到三個(gè)重復(fù)ACK 之后，接收到的第一個(gè)非重復(fù)ACK及其所確認(rèn)的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，其特 征在于J的計(jì)算方法為r{k) = ax r(k -1) + (1 - a) x r{k)；其中，0≤a ( l，k為計(jì)算的步數(shù)，k>= l,~z(m x (k)分別表示第k步估計(jì)的平滑 往返時(shí)延和第k步測得的樣本往返時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)中融合三種信息的擁塞控制方法，所述的三種信息為丟包信息、RTT信息和顯式擁塞通告信息，本方法包括以下步驟無線節(jié)點(diǎn)根據(jù)MAC層RTS重傳次數(shù)對IP分組中的CE位進(jìn)行標(biāo)記、有線路由器通過隊(duì)列長度對IP分組中的CE位進(jìn)行標(biāo)記，接收端處理收到的數(shù)據(jù)包，通過ACK確認(rèn)包的攜帶功能告知發(fā)送端網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)，然后發(fā)送端綜合考慮丟包信息、RTT信息和顯式擁塞通告信息進(jìn)行擁塞預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)整擁塞控制機(jī)制。本發(fā)明通過融合三種信息進(jìn)行擁塞判斷，有效地區(qū)分了無線丟包和擁塞丟包，對于瓶頸為無線鏈路的有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)，提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率和吞吐量，改善了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。
文檔編號H04L1/16GK102006230SQ20101056080
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者王偉平, 王宋君, 王建新, 袁銀行 申請人:中南大學(xué)