CN1842080A - 一种调整传输控制协议接收窗口的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调整TCP接收窗口的方法，至少包括以下步骤：A.计算传输控制协议TCP最小接收窗口；B.将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口。利用本发明，由于SGSN能够根据用户实际使用的网络带宽来调整TCP接收窗口，在TCP协商和传输的过程中，在网络带宽很高的情况下大大提高了对WCDMA网络系统提供网络资源的利用率，并在网络带宽很低的情况下大大节约了TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。另外，由于本发明充分利用了WCDMA网络系统提供的网络资源，大大提高了WCDMA网络系统的传输速率，用户在WCDMA网络系统中也可以得到高速的网络访问速率。

Description

一种调整传输控制协议接收窗口的方法

技术领域

本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)网络系统通信技术，特别涉及一种调整传输控制协议(TCP)接收窗口的方法。

背景技术

TCP是一种基于网际协议(IP)的有连接传输控制协议，它是基于固定网络系统的传输特点进行设计的，对网络传输时延有低时延的假设。

为充分利用网络系统提供的传输资源，尽可能提高网络系统的传输能力，TCP的传输特征一般应符合以下公式：

          接收缓存＞网络带宽×网络往返时延(RTT)

但是，在实际传输时可能出现接收缓存小于网络带宽与RTT乘积的情况，当接收缓存小于网络带宽与RTT的乘积时：

               TCP的传输速率＝接收缓存/RTT

WCDMA网络系统作为第三代移动通信技术中的一种网络系统，在传输过程中具有高时延的特点，一般网络带宽与RTT的乘积也比较大。

现有TCP在固定网络上使用时，由于固定网络低时延的特点，其接收缓存不会造成速率瓶颈。但现有TCP在WCDMA这样的高速无线传输网络上使用时，因为无线传输固有的高时延特点，导致WCDMA网络系统提供的网络资源无法得到充分利用，WCDMA网络系统的传输速率较低。

在目前情况下，TCP在WCDMA网络系统上使用时，用于表明网络接收缓存大小的TCP接收窗口，其缺省值为16384bytes，而WCDMA网络系统提供给用户的网络带宽发展很快，一般都在384Kbps以上。WCDMA网络系统提供给移动用户的384Kbps的网络带宽在商用上已经很成熟，2M的网络带宽协议很早也已经支持，以后HSDPA可能支持的网络带宽将更大，实现的传输速率也将更高。

由于目前WCDMA系统提供给用户的网络带宽一般是在384Kbps～2048Kbps之间，WCDMA系统中用户访问网络时，端到端的RTT在400～450ms左右。因此，一般情况下WCDMA系统上使用TCP时要求的最小接收窗口应该为：

               384×1000/8×0.4＝19,200bytes；

要求的最大接收窗口应该为：

               2048×1000/8×0.4＝102,400bytes

而TCP接收窗口的缺省值为16384bytes，在传输过程中使用TCP缺省的接收窗口16384bytes显然无法满足要求，它使WCDMA网络系统的传输速率被限制在：

                16384×8/0.4＝327680bps

这样使WCDMA网络系统在提供业务时产生很大的浪费：

                1-327680/384000＝14.6％

                1-327680/2048000＝84％

即WCDMA网络系统提供给用户的网络带宽被浪费了14.6％～84％。这种浪费使WCDMA网络系统提供的网络资源无法得到充分利用，对WCDMA网络系统提供的网络资源的利用率较低。同时，由于对WCDMA网络系统提供的网络资源的利用率较低，也导致了WCDMA网络系统的传输速率较低，用户无法在WCDMA网络系统中得到所希望的高速网络访问速率。

在某些情况下，用户实际使用的网络带宽可能会较小。例如用户实际使用的网络带宽为64Kbps，此时用户实际使用的TCP接收窗口为64Kbps/8×0.4＝3200bytes，远远小于TCP在WCDMA网络上使用时的缺省接收窗口16384bytes，在这种情况下又将大大浪费TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

发明内容

有鉴于此，本发明主要解决的问题在于，提供一种调整TCP接收窗口的方法，以根据用户实际使用的网络带宽来调整TCP接收窗口。

为达到上述目的，本发明提供了一种调整TCP接收窗口的方法，关键在于，至少包括以下步骤：

A、计算传输控制协议TCP最小接收窗口；

B、将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口。

上述方案中，步骤A中所述的计算TCP最小接收窗口，由服务通用分组无线业务支持节点SGSN根据下述公式进行：TCP最小接收窗口＝(用户申请的实际带宽/8)×网络平均往返时延值×防抖动权重。所述防抖动权重的取值范围为大于等于1.2且小于等于1.5。

上述方案中，步骤A与步骤B之间进一步包括：SGSN将计算出的TCP最小接收窗口保存在自身的数据库中。

上述方案中，步骤A与步骤B之间进一步包括：用户终端通过SGSN向服务器TCP协议栈发送TCP连接请求，SGSN收到该请求后，分析该请求是否为TCP同步消息：如果是，则从TCP同步消息中获取TCP原始接收窗口的大小，并获取所述的TCP最小接收窗口，然后执行步骤B；否则，结束本流程。

上述方案中，所述的步骤B包括：SGSN判断TCP原始接收窗口是否小于所述的TCP最小接收窗口：如果是，则将TCP原始接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口；否则，不调整TCP原始接收窗口。

该方法进一步包括：SGSN判断TCP剩余接收窗口是否拥塞：如果是，则不调整TCP剩余接收窗口；否则，将TCP剩余接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口。

上述方案中，所述的判断TCP剩余接收窗口是否拥塞包括：判断TCP剩余接收窗口是否小于初始的TCP原始接收窗口与拥塞阈值的乘积：如果是，则TCP剩余接收窗口拥塞；否则，TCP剩余接收窗口未拥塞。

上述方案中，所述的拥塞阈值为0.625。

因此，本发明提供的这种调整TCP接收窗口的方法，通过计算TCP最小接收窗口，并将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使SGSN能够根据用户实际使用的网络带宽来调整TCP接收窗口。

利用本发明，SGSN根据用户实际使用的网络带宽计算TCP最小接收窗口，在TCP协商的过程中，SGSN将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使TCP接收窗口能够满足用户实际使用网络带宽的需要，进而提高了对WCDMA网络系统提供网络资源的利用率，并节约了TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

在TCP传输的过程中，SGSN进一步根据初始的TCP原始接收窗口调整TCP当前剩余接收窗口，将TCP当前剩余接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使TCP当前剩余接收窗口也能够满足用户实际使用网络带宽的需要，进而更好的提高了对WCDMA网络系统提供网络资源的利用率，并更好的节约了TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

由于本发明充分利用了WCDMA网络系统提供的网络资源，大大提高了WCDMA网络系统的传输速率，用户在WCDMA网络系统中也可以得到高速的网络访问速率。

另外，如果用户实际使用的网络带宽大于TCP在WCDMA网络上使用时的缺省接收窗口，利用本发明可以将TCP原始接收窗口调大。在将TCP原始接收窗口调大以后，WCDMA网络系统就放松了对RTT的要求，可以为网络系统的无线接入部分提供更低的码组差错率(BLER)，从而从整体上增加无线接入的用户容量。例如，当TCP原始接收窗口被调整为32768bytes，WCDMA系统提供给用户的网络带宽为384Kbps时，RTT＜32768×8/384＝683ms；当TCP原始接收窗口被调整为65535bytes，WCDMA系统提供给用户的网络带宽为384Kbps时，RTT＜65535×8/384＝1365ms。

如果用户实际使用的网络带宽小于TCP在WCDMA网络上使用时的缺省接收窗口，利用本发明可以先将TCP最小接收窗口设置为一个较小的值，并根据设置的TCP最小接收窗口将TCP原始接收窗口调整为比网络系统缺省的窗口值还小，从而在用户使用网络带宽较小的情况下节约TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。例如在用户使用64Kbps业务时，可以设置TCP最小接收窗口为64Kbps/8×0.4＝3200bytes，这个值远远小于网络系统缺省的窗口值16384bytes，这样就大大节约了TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

附图说明

图1为本发明调整TCP接收窗口总体技术方案的方法流程图；

图2为依照本发明一个实施例调整TCP接收窗口的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的核心内容是：通过计算TCP最小接收窗口，并将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使SGSN能够根据用户实际使用的网络带宽来调整TCP接收窗口。

本发明需要预先配置WCDMA网络系统的SGSN。在配置WCDMA网络系统的SGSN时，一般是对现有SGSN上的软件进行升级，升级完成以后，SGSN能够根据用户申请的实际带宽计算TCP最小接收窗口，并将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口。

如图1所示，图1为本发明调整TCP接收窗口总体技术方案的方法流程图，该方法至少包括以下步骤：

步骤101：计算TCP最小接收窗口；

步骤102：将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口。

在计算TCP最小接收窗口时，SGSN可以根据用户实际使用网络带宽的情况进行计算。在对TCP原始接收窗口进行调整时，SGSN可以根据所述的TCP最小接收窗口进行调整，在具体调整时SGSN可能会遇到以下两种情况：

第一、用户实际使用的网络带宽大于TCP在WCDMA网络上使用时的缺省接收窗口，此时需要将TCP原始接收窗口调大，以增大TCP原始接收窗口，满足用户实际使用网络带宽的需要，充分利用WCDMA网络系统提供的网络资源；

第二、用户实际使用的网络带宽小于TCP在WCDMA网络上使用时的缺省接收窗口，此时需要将TCP原始接收窗口调小，以减小TCP原始接收窗口，满足用户实际使用网络带宽的需要，节约TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

在实际应用中，上述第一种情况一般比较常见，上述第二种情况一般出现的机会相对较少。下面就以上述第一种情况为例，详细介绍本发明提供的技术方案。

如图2所示，图2为依照本发明一个实施例调整TCP接收窗口的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤201：用户在建立TCP连接前，向WCDMA网络系统的SGSN发送分组数据协议(PDP)激活请求。

步骤202：SGSN在收到PDP激活请求以后，根据公式“TCP最小接收窗口＝(用户申请的实际带宽/8)×网络平均往返时延值×防抖动权重(R)”，计算TCP最小接收窗口，并将计算出的TCP最小接收窗口保存在自身的数据库中；这里R的取值范围为1.2≤R≤1.5；

假设网络平均往返时延值为0.45S，用户申请的实际带宽为384000bps，R为1.5，则TCP最小接收窗口＝(384000/8)×0.45×1.5＝32400bytes，将计算结果调整为2的整次方后为32768bytes，则计算出的TCP最小接收窗口为32768bytes。

步骤203：用户通过SGSN向SERVER TCP协议栈发送TCP连接请求，该请求在经过SGSN时，SGSN分析该请求是否为TCP同步(SYN)消息：如果是，则从TCP SYN消息中获取TCP原始接收窗口的大小，并获取所述的TCP最小接收窗口，然后执行步骤204；否则，结束本流程。

步骤204：SGSN判断TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口是否小于所述的TCP最小接收窗口：如果是，则执行步骤205；否则，执行步骤206。

步骤205：SGSN将TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口。

步骤206：SGSN不对TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口进行调整。

步骤207：SGSN将TCP SYN消息发送给SERVER TCP协议栈，并记录初始的TCP原始接收窗口；

在需要对TCP原始接收窗口进行调整的情况下，为区别调整前后的TCP原始接收窗口，可以将用户向SERVER TCP协议栈发送TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口称为初始的TCP原始接收窗口；

在本实施例中，TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口为16384bytes，显然16384bytes＜32768bytes，因此将TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口调整为32768bytes，并将修改后的TCP SYN消息发送给SERVER TCP协议栈，同时记录初始的TCP原始接收窗口为16384bytes。

步骤208：SERVER TCP协议栈收到TCP SYN消息后，向用户终端返回TCP同步响应(TCP SYN ACK)消息。

步骤209：用户收到TCP SYN ACK消息后，向SERVER TCP协议栈返回TCP应答(TCP ACK)消息。

步骤210：SERVER TCP协议栈通过发送TCP数据包(TCP PACKET)消息向用户发送数据包X，用户收到数据包X后通过SGSN向SERVER TCP协议栈返回TCP ACK消息。

步骤211：SGSN收到用户发送的TCP ACK消息后，判断TCP ACK消息中TCP当前剩余接收窗口是否大于初始的TCP原始接收窗口与拥塞阈值0.625的乘积：如果是，则执行步骤212；否则，执行步骤213；

拥塞阈值是确定接收窗口是否处于拥塞状态的一个门限值，当TCP当前剩余接收窗口小于初始的TCP原始接收窗口与拥塞阈值的乘积时，终端的处理能力已经不足，则认为接收端处于拥塞状态，否则认为接收端未拥塞；

对拥塞阈值取值时主要考虑到两个方面：一个方面是及时发现接收窗口的拥塞状态，以防止窗口溢出而导致丢包；另一个方面是防止出现假拥塞状态而导致传输速率下降；

在实际应用中拥塞阈值的大小可以根据实际应用场景的变化而变化，而从实践经验来看0.625是一个比较合理的取值；在本实施例中，初始的TCP原始接收窗口为16384bytes，拥塞阈值为0.625，则初始的TCP原始接收窗口与拥塞阈值的乘积为：16384bytes×0.625＝10240bytes。

步骤212：SGSN将TCP当前剩余接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口，并将修改后的TCPACK消息发送给SERVER TCP协议栈。

步骤213：SGSN不对TCP当前剩余接收窗口进行调整，直接将TCP ACK消息转发给SERVER TCP协议栈。

在本发明所举的这个实施例中，步骤202计算TCP最小接收窗口时，假设网络平均往返时延值为0.45S，用户申请的实际带宽为384000bps，R为1.5，在实际应用中，这些参数的取值可以根据实际情况的变化而变化。当上述参数的取值发生变化时，其技术方案与本发明的技术方案是一致的，技术思路与本发明的技术思路也是相同的，都应包含在本发明的保护范围之内。

另外，在本发明所举的这个实施例的步骤204～206中，当TCP原始接收窗口大于或等于所述的TCP最小接收窗口时，SGSN对TCP SYN消息中的TCP原始接收窗口没有进行调整。在此情况下，本实施例将传输过程中TCP当前剩余接收窗口视为也大于所述的TCP最小接收窗口，因此也没有对TCP当前剩余接收窗口也进行调整。

在实际应用中，在TCP原始接收窗口大于或等于所述的TCP最小接收窗口的情况下，TCP当前剩余接收窗口也可能存在小于所述的TCP最小接收窗口，且同时又大于初始的TCP原始接收窗口与拥塞阈值乘积的情形，此时根据本发明提供的技术方案，仍可以将TCP当前剩余接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口。这样的技术方案属于本发明的技术方案的一种特殊情形，应包含在本发明的保护范围之内。

从上面的实施例可以看出，本发明提供的这种调整TCP接收窗口的方法，通过计算TCP最小接收窗口，并将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使SGSN能够根据用户实际使用的网络带宽来调整TCP接收窗口。

利用本发明，SGSN根据用户实际使用的网络带宽计算TCP最小接收窗口，在TCP协商的过程中，SGSN将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使TCP接收窗口能够满足用户实际使用网络带宽的需要，进而提高了对WCDMA网络系统提供网络资源的利用率，并节约了TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

在TCP传输的过程中，SGSN进一步根据初始的TCP原始接收窗口调整TCP当前剩余接收窗口，将TCP当前剩余接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口，使TCP当前剩余接收窗口也能够满足用户实际使用网络带宽的需要，进而更好的提高了对WCDMA网络系统提供网络资源的利用率，并更好的节约了TCP在WCDMA网络上使用时的接收窗口。

另外，由于本发明充分利用了WCDMA网络系统提供的网络资源，大大提高了WCDMA网络系统的传输速率，用户在WCDMA网络系统中也可以得到高速的网络访问速率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换。改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种调整传输控制协议接收窗口的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

A、计算传输控制协议TCP最小接收窗口；

B、将TCP原始接收窗口的大小调整为所述的TCP最小接收窗口。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述的计算TCP最小接收窗口，由服务通用分组无线业务支持节点SGSN根据下述公式进行：

TCP最小接收窗口＝(用户申请的实际带宽/8)×网络平均往返时延值×防抖动权重。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述防抖动权重的取值范围为大于等于1.2且小于等于1.5。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤A与步骤B之间进一步包括：

SGSN将计算出的TCP最小接收窗口保存在自身的数据库中。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A与步骤B之间进一步包括：

用户终端通过SGSN向服务器TCP协议栈发送TCP连接请求，SGSN收到该请求后，分析该请求是否为TCP同步消息：如果是，则从TCP同步消息中获取TCP原始接收窗口的大小，并获取所述的TCP最小接收窗口，然后执行步骤B；否则，结束本流程。

6、根据权利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

SGSN判断TCP原始接收窗口是否小于所述的TCP最小接收窗口：如果是，则将TCP原始接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口；否则，不调整TCP原始接收窗口。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

SGSN判断TCP剩余接收窗口是否拥塞：如果是，则不调整TCP剩余接收窗口；否则，将TCP剩余接收窗口调整为所述的TCP最小接收窗口。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的判断TCP剩余接收窗口是否拥塞包括：

判断TCP剩余接收窗口是否小于初始的TCP原始接收窗口与拥塞阈值的乘积：如果是，则TCP剩余接收窗口拥塞；否则，TCP剩余接收窗口未拥塞。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的拥塞阈值为0.625。

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