CN101573935A - 经由非对称链路传输tcp数据的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在本发明的方法和设备中，对上行链路中加载的TCP负载进行操控，以便实现加载负载的非对称性。利用这种结构，在上行链路和下行链路连接共用同一上行链路缓冲器时，能够补偿链路非对称性，从而提高下行链路的性能。所述方法和设备在TCP连接端止于所述链路层所端止的终端之外的设备，以及TCP连接与所述链路层端止于同一设备这两种情况下都能够提高所述下载性能。

Description

经由非对称链路传输TCP数据的方法和设备
技术领域
本发明涉及传输数据的方法和设备。具体来说，本发明涉及用于数据的同步接收和发送的方法和设备。
背景技术
无线传输链路中经常存在非对称性。这一点尤其体现在蜂窝通信网络中。例如下行链路通常能够支持比相应的上行链路高很多的比特率。产生这种不对称的原因有很多，但一个基本原因是与对应的上行链路发送单元(即移动终端)相比，下行链路发送单元(即基站)通常能够使用高得多的传输功率。
其他原因包括例如多用户调度和链路适配问题：下行链路发送器通常可更好地被配备为例如通过时分复用来维持针对不同用户的传输之间的正交性。然而，在发送器为地理上分布的情况下，上行链路中的多用户调度和链路适配可能是极具挑战性的。在多输入多输出(MIMO)下行链路中引入发送分集也容易得多，因为与上行链路相比，多发送天线的空间间距不受终端大小的限制。因此与上行链路相比，在下行链路方向上总体上可预期更高的比特率。
一个示例是标准3GPP版本5的高速下行链路共用信道(HS-DSCH)，其理论上可以支持超过10Mbps的比特率。实践中，第一产品版本中已实现了几Mbps的比特率。然而版本5的反向链路，即上行链路具有专用信道DCH，该专用信道通常支持64kbps，在良好覆盖范围内可达384kbps。宽带码分多址WCDMA标准的版本6带来了上行链路的增强专用信道(E-DCH)增强。然而支持的比特率仍然远低于HS-DSCH下行链路的比特率，尤其在网络承载有多个用户时。
针对上行链路和下行链路分别具有不同特性的蜂窝无线系统的链路可以称为“非对称链路”。此外，由链路层提供的上行链路和下行链路之间的比特率可表示为“非对称比率”。例如，如果下行链路层2具有3.84Mbps的比特率，但对应上行链路只有384kbps的比特率，则确定非对称比率为10。
已知在这种非对称链路上，利用传输控制协议(TCP)的同步上载与下载会将具有较高比特率的方向上的吞吐量抑制到与狭窄方向成比例的级别上，参见例如L.Kalampoukas，A.Varma，K.Ramakrishnan，“Improving TCP throughput over two-way asymmetric links：Analysisand solutions”，Sigmetrics，1998 ACM SIGMETRICS，http://citeseer.ist.psu.edu/cache/papers/cs/686/ftp:zSzzSzftp.cse.ucsc.eduzSzpubzSzhsnlabzSzSigmetrics98.pdf/kalampoukas98improving.pdf。原因是由TCP加载的前向负载必须基于在反方向上承载的反馈。如果加载上行链路，尤其是由于其他通信量而过度加载上行链路，结果是会延迟确认消息(ACK)形式的反馈，这会阻止TCP以预期步速在下行链路路径上对新数据进行时钟输出。这点下文中将结合图1和图2进行描述。
因此，图1中，所述服务器中的TCP发送器保持发送窗口，并且由反向链路上的较小分组103例示的每个确认从服务器对新数据(即大分组101)进行时钟输出。只有反向链路上的确认以足够步速抵达时，下行链路TCP连接才能够向所述下行链路路径加载足够负载。
图2例示了两个同步TCP连接：一个是通过大分组101和小ACK分组103例示的下行链路中的连接，而另一个是通过大带状分组201和小带状ACK分组203例示的上行链路中的连接。与图1例示的情况相比，上行链路因充满来自上载连接的TCP段201而饱和，这将阻碍以足够步速发送所述下行链路连接中的TCP ACK 103。这意味着下行链路性能也受到上行链路比特率的制约。
因为在无线无线电系统接入中非对称性是很普遍的，而且这种非对称性还将继续存在，所以希望找出提高同步上载和下载时的下行链路性能的解决方案。
发明内容
本发明的目的是克服或至少减少与同步上载和下载时的下行链路性能有关的一些问题。
本发明的另一目的是提供一种方法和设备，其在TCP连接端止于链路层端止的终端之外的设备，以及TCP连接与链路层端止于同一设备这两种情况下，都能够提高下载性能。
如所附权利要求所阐述的那样，上述目的和其他目的可通过所述方法和设备实现。因此，通过操控上行链路中加载的TCP负载，使得能够实现加载负载的非对称性，即使上行链路和下行链路共用同一上行链路缓冲器，也有可能补偿所述链路非对称性。因此，在双向TCP通信量的情况下，可有利地将TCP窗口限制为更小值。
根据本发明的一方面，对上行链路中加载的TCP负载进行设置，使得所述上行链路TCP加载的负载减小至由终端所通知的TCP窗口的一部分。
根据本发明的另一方面，在客户端监控链路非对称性，即由链路层提供的非对称比率，并且将由客户端通知的RWIN与上行链路中提供的最大TCP窗口的比值设置为等于所述非对称比率。
理想的是，如果非对称比率例如是3，则上行链路中加载的负载(上行链路的最大窗口)应该为所述终端向所述下行链路服务器通知的窗口的三分之一。所述终端向所述下行链路服务器通知的窗口已知为RWIN(TCP接收窗口)并且是下行链路发送器(在此即服务器)在没有来自接收器的确认的情况下允许发出的数据量。
根据本发明的另一方面，在多个上行链路TCP连接的情况下，对最大加载负载进行分配，使得该最大上行链路负载平均分配在活动的上行链路TCP连接之间。
根据本发明的又一方面，当所述下行链路TCP连接或下行链路连接端止时，所述最大上行链路负载增大至上行链路接收器通知的RWIN。
在某些情况下，上行链路中加载的负载不能通过调整最大上行链路TCP窗口来减少，因为这种方法通常要求TCP连接在与非对称链路的链路层相同的设备处端止，由此要求能够将所述TCP连接调整为与无线非对称链路的特殊特征相匹配。因此在很多情况下，不能改变TCP实现或TCP中的参数，但是TCP实现是标准操作系统中的内置部分。这例如是计算机通过移动终端连接至网络的情况。
因此，根据本发明的又一方面，提供了一种选择性地丢弃上行链路TCP段以提高负载非对称性的方法和设备。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法和设备，其适于实现诸如移动终端的终端中的动态上行链路缓冲器，特别是在检测到同步上行链路和下行链路通信量时，其将所述上行链路缓冲器调整为小尺寸。在下行链路中没有检测到通信量的情况下，优选地允许上行链路缓冲器增加到大尺寸。根据另一优选实施方式，所述方法和设备能够适于选择性地丢弃大分组而支持小分组。另外，在同步上行链路和下行链路通信量时，能够将上行链路缓冲时间限制在较低值，并且当只检测到上行链路通信量时，将其限制在较大值。
利用根据本发明的方法和设备，可提供在同步上载时的下载TCP性能方面的显著改善。在此描述的解决方案可直接实施到诸如移动终端的设备内，而无需对现有服务器、传输协议或者链路层协议进行任何修改。根据本发明的所述方法和设备能够支持TCP连接端止于链路层所端止的终端之外的设备，以及TCP连接与链路层端止于同一设备(例如所述终端是具有内置浏览器或者FTP客户端的手持设备)这两种情况。
附图说明
下面，将参照附图，通过非限制示例的方式来更加详细地说明本发明，其中：
图1是服务器与终端之间的TCP连接的图。
图2是服务器与终端之间以及终端与服务器之间的同步TCP连接的图，其中这两个TCP连接共用同一链路。
图3是根据本发明第一实施方式的服务器与终端之间以及终端与服务器之间的同步TCP连接的图，其中这两个TCP连接共用同一链路。
图4是根据本发明第二实施方式的服务器与终端之间以及终端与服务器之间的同步TCP连接的图，其中这两个TCP连接共用同一链路。
图5是例示出终端中执行的步骤的流程图。
具体实施方式
在图3中，示出了两个同步TCP连接的图，所述两个TCP连接是在无线网络中的诸如正规内容服务器的服务器与诸如移动终端的终端之间建立的下行链路中的TCP连接和上行链路中的TCP连接。注意，所述TCP连接可以在不同服务器中端止，然而为图示简洁，现在以单个服务器来图示所述示例。
用于连接所述服务器和所述终端的接入设施可以是例如UTRAN，CDMA2000以及LTE等。与常规TCP连接相比，所述上行链路TCP连接适合于提供下行链路中的负载一半的负载。这可通过将上载连接的TCP窗口限制为由下载TCP连接所提供的TCP窗口的一半来实现。结果是：在假定对于两种连接每个ACK时钟输出相等大小的信息段时，下载链接所实现的通信量将是上载连接的两倍。这是因为，平均来说，使用图3所示的技术，每个上行链路TCP段的上行链路缓冲器中存在两个下载ACK，这会改善下行链路的利用率，因为所述下行链路在存在去往/来自所述移动终端的同步上载和下载的情况下，具有比对应上行链路更高的容量。
因此，通过测量非对称比率(即上行链路和下行链路的比特率之比)并且响应于测量出的链路速率来调整提供给上行链路的负载，能够更好地利用下行链路的较高容量。具体来说，在所述终端内可监控所述链路非对称性，即所述链路层提供的非对称比率。所述终端可被进一步配置为将该终端所通知的RWIN与上行链路中提供的最大TCP窗口之比设置为等于所述非对称比率。
根据优选实施方式，将上行链路中加载的负载与所述终端针对下行链路服务器所通知的窗口之比设置为对应于所述非对称比率。
此外，如果存在多个上行链路TCP连接，则优选地对所加载的负载进行分配，使得可在活动的上行链路TCP连接之间均匀分配最大上行链路负载。此外，当下行链路TCP连接或下行链路连接的活动端止时，优选地将所述最大上行链路负载增大到上行链路接收器的通知RWIN。
如上文针对非对称链路条件所述，与上行链路TCP连接所提供的窗口相比，可预期使得下行链路TCP连接提供更大的TCP窗口，从而受益于所述下行链路的高容量。在TCP连接和所述链路层在同一设备处端止时，如上文结合图3所述，上述情况可通过对上行链路连接的窗口进行操控，使其与链路的非对称性相匹配来实现。然而，结合图3所述的技术在所述TCP连接是在链路层端止处的终端以外的标准设备(例如PC)中端止的情况下可能无法使用。这可能是例如当PC使用移动终端接入无线网络时的情况。
在这种情况下，需要另一方法来降低所述上行链路中加载的负载。在图4中，示出了服务器与终端之间以及终端与服务器之间的同步TCP连接的图，其中这两个TCP连接共用同一链路。与图3所示的TCP连接相反，所述TCP连接不在所述终端内而在所述终端外端止。在这种情况下，为了控制上行链路中加载的负载，在所述终端中实现有缓冲器管理单元401，通过所述缓冲器管理单元401确保所述上行链路TCP连接减小其窗口尺寸。所述缓冲器管理单元适于丢弃或者通过ECN标记来标记上行链路TCP段。通过丢弃一部分TCP上行链路段，能够获得负载非对称性。所述负载非对称性的结果是增强了下载性能。
根据优选实施方式，缓冲器管理单元401适合于实现终端内的动态上行链路缓冲器，所述终端例如是移动终端，并且所述缓冲器管理单元401被配置为：特别是在检测到同步上行链路和下行链路通信量时，将所述上行链路缓冲器调整为小尺寸。当在下行链路中未检测到通信量时，所述缓冲器管理单元401优选地适于允许所述上行链路缓冲器增大为更大尺寸。此外，根据另一优选实施方式，所述缓冲器管理单元401可适于选择性地丢弃大分组而支持小分组。
进一步观察到，上行链路TCP段的丢失会触发TCP拥塞控制，这将导致动态调整使用中的上行链路TCP窗口尺寸。还将观察到，所述上行链路中承载的累积确认的丢失不会引起所述下行链路TCP连接的TCP拥塞控制动作。
在图5中，示出了例示了终端内执行的一些步骤的流程图。因此，首先在步骤501中，所述终端检查是否存在同步上载和下载。如果存在同步上载和下载，则过程进入到步骤503，否则过程结束。
在步骤503中，过程确定在所述上载链路与下载链路之间是否存在链路非对称性，如果存在则确定所述链路比率。如果在所述上载链路与所述下载链路之间存在链路非对称性，则过程进入到步骤505，否则过程结束。
在步骤505中，所述过程利用适于所探讨的应用的方式，例如通过应用本文中所述的多种方法之一，对上行链路中加载的负载进行调整。因此，如果确定所述非对称比率例如是五，则施加在所述上行链路上的负载仅为五分之一。
使用在此所述的方法和设备能够提供在同步上载时的下载TCP性能方面的显著改善。在此所述的解决方案可直接在移动设备中实现，而无需对现有服务器、传输层协议或者链路层协议做任何修改。

Claims (21)

1、一种在终端与服务器之间的传输控制协议(TCP)连接上的上行链路上传输数据的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将提供给从所述终端到所述服务器的所述TCP上行链路连接的负载调整为所述上行链路接收器所通知的最大窗口的一部分(505)，以及
按照所述最大窗口的所述一部分的大小，在所述上行链路连接上传输数据。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所提供的负载的步骤是通过对所述上行链路中的所述最大窗口进行控制来执行的。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所提供的负载的步骤是通过选择性地丢弃所述上行链路中的TCP段来执行的。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，大TCP段先于小TCP段而被丢弃。
5、根据权利要求1至4中的任何一项所述的方法，其特征在于，仅当存在从一个或者多个服务器到所述终端的一个或者多个同步TCP下行链路连接时，才执行所述调整所提供的负载的步骤。
6、根据权利要求1至5中的任何一项所述的方法，其特征在于，该方法具有附加步骤，所述附加步骤用于确定从一个或多个服务器到所述终端的一个或多个对应TCP下行链路的最大窗口。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述下行链路与所述上行链路的比特率之间的比值来设置对提供给所述TCP上行链路连接的负载的调整。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将对提供给所述TCP上行链路连接的负载的调整设置为等于所述下行链路与所述上行链路的比特率之间的比值。
9、根据权利要求1至8中的任何一项所述的方法，当存在多个上行链路时，其特征在于，该方法具有将所述上行链路负载平均分配在所述多个上行链路TCP连接之间的附加步骤。
10、根据权利要求1至9中的任何一项所述的方法，其特征在于，该方法具有在检测到端止的TCP下行链路连接的情况下，将所述负载重置为原始最大负载的附加步骤。
11、一种在终端与服务器之间的上行链路TCP连接上传输数据的设备，其特征在于，该设备包括：
调整装置，其将提供给从所述终端到所述服务器的所述TCP上行链路连接的负载调整为所述上行链路接收器所通知的最大窗口的一部分，以及
传输装置，其按照所述上行链路接收器所通知的所述最大窗口的所述一部分的大小，在所述上行链路连接上传输数据。
12、根据权利要求11所述的设备，其特征在于，该设备具有用于控制所述上行链路中的所述最大窗口的装置。
13、根据权利要求11所述的设备，其特征在于，该设备具有用于丢弃所述上行链路中的TCP段的装置。
14、根据权利要求13所述的设备，其特征在于，该设备具有用于将大TCP段先于小TCP段丢弃的装置。
15、根据权利要求11至14中的任何一项所述的设备，其特征在于，该设备具有响应于从所述服务器到所述终端的同步TCP链路连接的存在，选择性地调整所提供的负载的装置。
16、根据权利要求11至15中的任何一项所述的设备，其特征在于，该设备具有用于确定从所述服务器至所述终端的对应TCP下行链路的比特率的装置。
17、根据权利要求16所述的设备，其特征在于，该设备具有用于根据所述下行链路与所述上行链路的比特率之间的比值，来调整提供给所述TCP上行链路的负载的装置。
18、根据权利要求17所述的设备，其特征在于，该设备具有用于对提供给所述TCP上行链路的所述负载进行调整以将提供给所述TCP上行链路的所述负载设置为等于所述下行链路与所述上行链路的比特率之间的比值的装置。
19、根据权利要求11至18中的任何一项所述的设备，其特征在于，该设备具有用于在多个上行链路之间平均分配所述上行链路负载的装置。
20、根据权利要求11至19中的任何一项所述的设备，其特征在于，该设备具有在检测到端止的TCP下行链路连接的情况下，将所述负载重置为原始最大负载的装置。
21、根据权利要求11至20中的任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备是移动终端。
CNA2006800566889A 2006-12-19 2006-12-19 经由非对称链路传输tcp数据的方法和设备 Pending CN101573935A (zh)

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