x0k6E0ks_无线TCP环境中的ECN标记策略算法的研.docVIP

无线TCP环境中的ECN标记策略算法的研究 摘 要：针对无线异构链路环境中，传统TCP协议的拥塞控制机制效率较低的问题，提出了一种基于ECN标记策略的优化算法。该算法针对常用的单一标记方法，在标记对象和标记位置中灵活的采用双向机制，有效的提高了无线数据传输效率。通过使用标准网络仿真软件NS-2仿真，结果显示该算法可比现有常用的算法获得更好的性能。 关键词：无线TCP；显性拥塞通知; 同构/异构无线网络；时变信道；拥塞控制 由于连接因特网的网络设备的增长速度越来越快由于笔记本电脑、移动电话无线需求与日俱增传输控制协议(TCP)是面向连接的、可靠的传输标准TCP具有拥塞控制、可靠性、流化传输等突出特点广泛使用近年无线移动计算网络系统不同消费电子产品和便携式通装置TCP在异构无线网络中的性能将具有现实且重要的意义。 但是，TCP的拥塞控制机制在无线应用的环境中效率很低[1-4]，这是由于在无线丢包不一定意味拥塞而品质骤降hroughput）和延时（delay）等传输性能的下降。本文提出了基于无线传输网关的显性拥塞通知（explicit congestion notification, 简称ECN）的新方法。它可用于无线不同的无线通讯协(如蓝牙和IEEE802.11b技术) Floyd和Ramakrishnan[5-6]首先提出了基于ECN机制随机早队列管理算法ECN的目的是减少路由器包以避免在不必要的TCP拥塞控制机制具体地说,当路由器出现拥塞的标记据此发出一个特殊的包ACK）。 当发送端收到这个特殊的ACK之后，它就会减小拥塞窗口 Liu和Jain [9]提出了一个称为“前向标记”（mark front）的机制，它可以使发送端获得一个更快的拥塞反馈。在这种算法中，如果检测到潜在拥塞的时候，路由器将会把队列中的第一个包进行标记。由于队列中的第一个包是最先被发送出去的，因此，同标记队列中最后一个包的“mark tail”机制以及随机标记队列中包的“mark random”机制相比较，“mark front”机制可以使反馈的时间更短。 Hamann和Walrand[10]提出了一种称为“New-ECN”的算法。此算法可以防止一个快速发送包的TCP连接快速的提高拥塞窗口的大小，相反的，它可以使一个慢速发送包的连接得以更进取的方式增加拥塞窗口的大小。当接收端收到标记包的回应的时候，不仅拥塞窗口大小减小,而且速度 1.2 无线网络环境的ECN改进算法 相对于有线传输环境TCP算法研究，在无线传输环境中的TCP拥塞及错误管理算法的研究工作比较少。由于在无线传输环境中，时变的信道质量常常导致突发性的错误发生。Peng等人[11]提出了ECN的改进算法（W-ECN），用于无线传输环境。在此算法中，当检测到路由器中第一个由于缓冲区溢出而被丢弃的包，在队列中的头一个包将会被标记。通过这种方式，发送端就可以知道发生了网络拥塞的丢包，而不是由于信道质量下降所导致的丢包。Bae等人[12]提出一种新的基于ECN的流量控制算法用于控制无线网络中的多媒体数据流量，即当无线网络环境出现潜在拥塞的时候，使用显示的标记方法通知源节点以控制流量。 2 DM算法 我们提出了一种新的基于ECN的策略，称为区分标记differentiated mark (DM)。在这种算法中，我们要标记的不仅有数据包还包括确认包，这样可以更早的通知发送端潜在的拥塞将发生。我们定义，当路由器中平均队列的长度介于最小和最大阈值之间的时候，潜在的拥塞就发生了。我们算法的目的是为了进一步的减少通知发送端出现了潜在拥塞时所需的时间。图1是DM如何减少通知时间的示意图。在图中我们可以看到，当数据包被选定标记时，需要费时T_1+T_2+T_3才能通知发送端潜在拥塞，而当确认包被选定标记时，只需时T_3就可以通知发送端。因此，比起传统的算法最多可节省T_2+T_3的时间。 我们在文中将讨论基于同构和异构两种无线网络环境。在这两种无线网络中（见图2），移动用户可以通过接入点(AP) 进行互相通信。这些用户可以使用IEEE802.11或蓝技术如果他们使用相同技术网络 如果他们使用不同的技术被称为异构网3。图3(a)中，不同的设备使用相同的通信协议，故为同构网络结构；图3(b)中，不同的设备使用不同的通信协议，故为异构网络结构。同时，由于接入点是使用多协议设备，因此它可以作为使用不同通信协议的无线通信设备间的桥梁（如蓝牙和IEEE802.11b这两种都使用ISM频段的协议）。通常情况下，接入点中缓冲队列管理的流量同时包含了上行和下行方向。当平均队列长度介于最大和最小阈值之间的时候，一个在队列中的数据包就会被随机选中作为标记潜在拥塞发生。此时的数据包可以是来自发送端的数据，也可以是来自接收端的确认包。如果是前者，那