利用MAC层信息提高多跳AdHoc网络中传输层的性能(上).docVIP

大 连 理 工 大 学 本 科 外 文 翻 译 利用MAC层信息提高多跳Ad Hoc网络中传输层的性能 Improving Transport Layer Performance in Multi-hop Ad Hoc Networks by Exploiting MAC Layer Information ? 学 院（系）： 软件学院 专 业： 软件工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2012年3月31日 利用MAC层信息提高多跳Ad Hoc网络中传输层的性能 Hongqiang Zhai Xiang Chen and Yuguang Fang 摘要：当IEEE 802.11 MAC协议应用于多跳Ad Hoc网络中时，传统TCP拥塞控制协议将会遇到很多问题，同时TCP的性能会明显下降。其中许多问题是MAC层中媒体竞争造成的。在本文中，我们首先阐明激烈的媒体竞争和拥塞发生是紧耦合的。在这种调节粒度下，TCP的拥塞控制算法变得十分粗糙。这将引起吞吐量的不稳定的过长的时延。接着我们阐述由媒体竞争引起的TCP严重的不公平性问题和总吞吐量与公平性之间的权衡。然后我们用到一种新的能更准确描述网络使用率和拥塞状况的度量——信道繁忙率。根据这种度量，我们提出了一种新的无限拥塞控制协议（WCCP），这种协议可以在多跳Ad Hoc网络中高效率并且公平的支持传输服务。在这个协议中，转发节点沿着数据流检查内部和外部节点的公平资源分布情况并相应地决定MAC反馈信息。这个最终由数据流上造成传输瓶颈节点所决定的端到端反馈信息被传输到源节点，进而控制源节点的发送速率。大量的仿真表明WCCP在信道利用率，时延和公平性方面要胜过TCP，并且WCCP消除了饥饿问题。 关键词：媒体访问控制（MAC）； 拥塞控制； 公平性； 传输控制协议; 多跳ad hoc网络 引 言 无线ad hoc网络广泛的应用于固定设施网络不可用和配置需要快速更新的网络，例如战场，灾难营救和会议。而高效的拥塞控制是提高传输服务质量与充分发挥ad hoc网络潜力的重中之重。 不幸的是，最近的研究（[4]，[5]，[7]，[8]，[10]，[11]，[20]，[24]）表明传统TCP拥塞控制机制表现的很差。TCP拥塞控制有一个暗含的假设，例如，任何丢包都是由于网络拥塞引起。然而这种假设在ad hoc网络中不再合理，这是因为引起丢包的原因还很可能因为信道错误，媒体竞争和路由失效。 一些工作已经指出贪婪的TCP可以导致ad hoc网络产生严重的拥塞，进而使网络性能下降。Lind-RED被提出用来根据观测到的封包冲突来标记或丢掉TCP封包。随后TCP源将在拥塞窗口变得很大之间减小它的大小。为了避免拥塞，陈等人提出了根据TCP流路径长度动态调整拥塞窗口的极限。在[19]中，一种临近RED方法被提出用来缓解TCP公平性问题。这种方法采用根据观测到的信道信息来调整标记或丢弃可能性的方式。 同时，一些方法被提出用来缓解移动性带来的负面影响，例如[3]，[12]，[15]，[16]。其中设计原理是通过显示路由失效通告来区分拓扑改变引起的路由失效和网络拥塞。其他的方法例如[6]，[18]中提到的，当源节点第一次探测到乱序包和重传超时的时候，改变TCP的状态而不是使用路由层的反馈信息。 在本文中，我们主要关注当IEEE 802.11 MAC协议应用到多跳ad hoc网络中时引起的媒体竞争的问题。在第一章，我们表明在多跳ad hoc网路中一种基于速率的拥塞控制比基于窗口的更合适。我们阐述拥塞和媒体竞争的紧耦合，这种紧耦合导致了TCP的不稳定。在一个很简单的链状拓扑中，想找到一个可以使吞吐量最大，时延最小的最优拥塞窗口大小都是很难的。TCP试图超越网络的容量并且它调节发送速率的粒度太过粗糙。这种粗糙的调节的粒度是因为最小的窗口增加量是在每一个TCP应答到达或是在一个往返时间内一个封包的大小。然后我们进一步证明媒体竞争将给TCP流带来严重的不公平性和饥饿问题。因此我们推断在多跳ad hoc网络中拥塞控制，公平性和媒体竞争具有紧密的耦合性。 尽管详尽精确的端到端控制拥塞反馈在Internet和ATM网络中被大量的研究，然而在ad hoc环境中进行精确的端到端速率控制仍然是一个艰巨的任务。这是因为每个节点都急需一个健壮并且测量简单的度量来调整每个经过封包的反馈信息。尽管丢包率，队