CN101409935B - 无线自组织网络中分数窗口步长tcp传输控制方法 - Google Patents

Abstract

一种通信技术领域的无线自组织网络中分数窗口步长TCP传输控制方法，本发明中，将TCP源节点的窗口增加步长设为小数，超时事件发生时，窗口长度W小于当前工作窗口值的窗口步长按比例放大，而窗口长度W大于当前工作窗口值的窗口步长按比例缩小。并使用最大最小步长限制被调整的步长。本发明中，网络较空闲时，步长较大；网络较忙时，步长较小。本发明的自适应的分数窗口步长增加方法比分数窗口步长增加方法获得平均5％的吞吐量增益。

Description

无线自组织网络中分数窗口步长TCP传输控制方法

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的方法，具体是一种无线自组织网络中分数窗口步长TCP传输控制方法。

背景技术

无线自组织网络飞速发展，以WLAN(无线局域网)、无线传感器网络等形式广泛应用于生产生活实践。但是，在无线自组织网络的自身特性(比如隐藏终端、暴露终端、信道误码、拓扑变化、带宽有限等)的限制下，TCP(传输控制协议)在无线自组织网络的吞吐量、时延性能与有线网络相比有很大差距，尚不能满足人们对于大量数据传输的需求。TCP工作存在两个阶段：慢启动和拥塞控制。在慢启动阶段，传统TCP源收到一个ACK包即将发送窗口长度增加1；在拥塞控制阶段，收到一个ACK包，将窗口长度增加1/W，这里W指当前TCP的工作窗口长度。这适合带宽时延乘积较大的有线网络。然而，无线自组织网络的带宽时延乘积相对较小，TCP在有线网络中的快速窗口增长机制通常会导致网络过载、丢包、路由重建、超时和重发，并最终降低TCP的吞吐量。

经对现有技术文献的检索发现，Kitae Nahm 2005年在ACM MobiHoc会议发表的“TCP over multihop 802.11 networks：issues and performance enhancement”(TCP在802.11网络中的问题与性能增强)一文中首先提出了分数窗口增长机制FeW，降低TCP窗口增长速度，有效提高了TCP-NewReno在无线自组织网络中的性能。

由于无线Ad Hoc网络的拥塞状态随着TCP发送窗口的调整而变化，因而窗口增加步长也需要随着发送窗口的变化而改变。当拥塞窗口小于带宽时延乘积时，较小的窗口增加步长会浪费带宽，较大的窗口增加步长却可以使TCP快速进入稳定工作状态；而当拥塞窗口大于带宽时延乘积时，较大的窗口增加步长容易导致超时事件，较小的窗口增加步长却可以保持TCP工作的平稳性。但是，FeW中的所有的窗口增加步长都是固定的，这影响了TCP吞吐量的提高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种无线自组织网络中分数窗口步长TCP传输控制方法(AFW)，当拥塞窗口小于带宽时延乘积时，使用较大的窗口增加步长；而当拥塞窗口大于带宽时延乘积时，使用较小的窗口增加步长。由于TCP链路的带宽时延乘积随时变化，不能使用固定的窗口门限设置不同窗口的增加步长，因此AFW根据网络状态，自适应调整不同窗口的增加步长。通过上述改进，充分利用了网络资源，避免了过多的超时事件发生，提高了分数窗口步长在无线自组织网络中的性能。

本发明是通过如下技术方案实现的，包括如下具体步骤：

步骤一，将TCP源节点的窗口增加步长由整数1改为小于1的分数，记为S_W，在慢启动阶段，收到一个ACK确认，窗口大小增加S_W，在拥塞控制阶段，收到一个ACK确认，窗口大小增加S_W/W；

步骤二，超时事件发生时，TCP源节点根据网络状态自适应调整窗口增加步长，具体如下：窗口长度W小于当前工作窗口值时，将窗口增加步长S_W按设定的比例增加，而窗口长度W大于当前工作窗口值，将窗口增加步长S_W按设定的比例减小。超时事件发生说明有数据包丢失，网络几乎拥塞，此时的工作窗口约等于带宽时延乘积。因此小于当前工作窗口的窗口增加步长增加，而大于当前工作窗口的窗口增加步长减小；

步骤三，设定窗口增加步长下限和上限分别为S_min和S_max，控制窗口不会过快或过慢增长，在步骤二自适应调整窗口步长之后，与窗口增加步长的下限和上限进行比较，即如果调整后的窗口增加步长S_W小于S_min，则设S_W为S_min；如果调整后的窗口增加步长S_W大于S_max，则设S_W为S_max。通过设置最小最大窗口增加步长门限，避免了过小的窗口增加步长导致TCP调整近乎停止和过大的窗口增加步长导致急速网络拥塞。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过自适应的调整分数窗口增加步长，以极小的代价获得平均5％的吞吐量增益。

附图说明

图1是本发明的实施例仿真场景的链式拓扑结构图；

图2是本发明的实施例中业务流为1时链式拓扑下本实施例方法(AFW)与FeW的吞吐量对比图；

图3是本发明的实施例中业务流为4时链式拓扑下本实施例方法(AFW)与FeW的吞吐量对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例的仿真环境参数设置如下：使用802.11b作为MAC层协议，控制数据速率和载荷数据速率都是2Mbps，发送距离为250m，干扰距离为500m，相邻节点之间的距离为200m，包长为1024字节，相关参数设置如下：α＝4、β＝8、S_max＝0.1、S_min＝0.001，S的初始值设为0.01。

如图1所示为本实施例仿真场景的链式拓扑结构，其中节点1为源节点，节点N为目的节点。

本实施例包括如下具体步骤：

步骤一，将TCP源节点的窗口增加步长由整数1改为小于1的分数，记为S_W，在慢启动阶段，收到一个ACK确认，窗口大小增加S_W，在拥塞控制阶段，收到一个ACK确认，窗口大小增加S_W/W；

本实施例中，TCP源节点将窗口增加步长S_W的初始值设为0.01并发送数据，每个窗口增加步长S_W在慢启动和拥塞控制阶段的窗口变化分别如方程(1)(2)所示：

W_new＝W+S_W                (1)

$W_{\mathrm{new}}=W+\frac{S_W}{W}---\left(2\right)$

步骤二，超时事件发生时，TCP源节点根据网络状态自适应调整窗口增加步长，具体如下：窗口长度W小于当前工作窗口值时，将窗口增加步长S_W按设定的比例增加，而窗口长度W大于当前工作窗口值，将窗口增加步长S_W按设定的比例减小；

本实施例中，设定的增加比例α＞1，减小比例β＞1，则上述步骤可表示如下：

$S_W=\left\{\begin{array}{cc}{S}_W\&times;\mathrm{\&alpha;},& W<W_{\mathrm{to}},\\ S_W/\mathrm{\&beta;},& W>W_{t0.}\end{array}\right.---\left(3\right)$

步骤三，设定窗口增加步长下限和上限分别为S_min和S_max，控制窗口不会过快或过慢增长，在步骤二自适应调整窗口步长之后，与窗口增加步长的下限和上限进行比较，即如果调整后的窗口增加步长S_W小于S_min，则设S_W为S_min；如果调整后的窗口增加步长S_W大于S_max，则设S_W为S_max。

本实施例中，设超时发生时的窗口为W_current，所有小于W_current的窗口，窗口增加步长乘以α＝4，并与S_max比较，如果大于S_max＝0.1，则设为0.1；所有大于W_current的窗口，窗口增加步长除以β＝8，并与S_min比较，如果小于S_min＝0.001，则设为0.001。

图2和图3给出了在使用DSR(动态源路由协议)路由时，本实施例方法(AFW)与FeW的吞吐量对比，图中参数多条业务流都是从相同的源节点到相同的目的节点。

如图2所示，当只有一条TCP流时，本实施例方法(AFW)的平均吞吐量优于FeW 6.5％。

如图3所示，当存在4条TCP流时，本实施例方法(AFW)的平均吞吐量优于FeW 3.7％。

Claims (1)

1.一种无线自组织网络中分数窗口步长TCP传输控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将TCP源节点的窗口增加步长由整数1改为小于1的分数，记为S_W，在慢启动阶段，收到一个ACK确认，窗口大小增加S_W，在拥塞控制阶段，收到一个ACK确认，窗口大小增加S_W/W，其中：W为窗口长度；

步骤二，超时事件发生时，TCP源节点根据网络状态自适应调整窗口增加步长，具体如下：窗口长度W小于当前工作窗口值时，将窗口增加步长S_W按设定的比例增加，而窗口长度W大于当前工作窗口值时，将窗口增加步长S_W按设定的比例减小；

步骤三，设定窗口增加步长下限和上限分别为S_min和S_max，控制窗口不会过快或过慢增长，在步骤二自适应调整窗口步长之后，与窗口增加步长的下限和上限进行比较，即如果调整后的窗口增加步长S_W小于S_min，则设S_W为S_min；如果调整后的窗口增加步长S_W大于S_max，则设S_W为S_max。

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