[發(fā)明專利]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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010560807.2
• 申請(qǐng)日: 2010-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN102006230A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建新;袁銀行;王宋君;王偉平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/56
• 分類號(hào): H04L12/56;H04L1/18;H04L1/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 黃美成

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(duì)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(duì)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(duì)此問題也提出了很多新的方法，比如TCP?Westwood，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(duì)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(duì)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ε_ce值，若ε_ce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ε_ce值是指ACK確認(rèn)包中IP分組頭部的CE位值；