基于概率估计的CETEN机制改进

论文摘要

无线链路已成为现今网络的重要组成部分,但是在提供全新体验的同时,无线网络却存在低带宽、高错误率等缺陷。TCP协议是目前使用最为广泛的传输层协议,被应用于各个领域。TCP认为丢包是由拥塞引起的,在有线网中可以有效地避免拥塞。而将TCP应用于无线网络,却面临一定的问题:TCP无法区分包丢失的原因,将出错造成的丢包判断成由拥塞造成,错误地采用了不必要的拥塞避免机制,导致性能下降。无线网络中,可以采用累积方式的显式传输错误通告（Cumulative Explicit Transport Error Notification）机制来提高TCP的性能。为减少CETEN机制对路由器的依赖,提出了在接收方使用单程时间估计丢包率的OTTE算法。OTTE利用TCP接收栈中丢包造成的空洞,使用数据包的时间戳对空洞的成因做出判断,从而估计出错造成的丢包数量和拥塞造成的丢包数量,计算出错丢包率。并利用显式机制反馈给发送方,调整TCP的拥塞控制算法。OTTE最大的优点是不需要路由器的支持,更加符合端到端的设计要求。与能准确估计链路出错率的CETEN相比,能获得10%的性能提高。包乱序是影响CETEN性能的主要负面因素,造成了LEAST算法估计值失准。但包乱序是不可避免的,只能通过减少重传数据包的方式来降低其不利影响。本文在接收方使用冒泡排序来估计包乱序率,同样以显式反馈的方式通知发送方。发送方更改dupthresh,达到减少不必要重传的目的。在获得41%-57%吞吐量增益的同时,RE-CETEN也获得了较高的友好性。包乱序也是限制OTTE应用于复杂网络拓扑环境的主要因素。乱序的存在使OTTE的估计值发生偏差,性能不及CETEN。本文应用RE-CETEN的附属结果——排序好的数据包,作为OTTE的输入,达到了对OTTE屏蔽乱序的目的,使OTTE适应更为复杂的网络环境。同时利用OTTE中的时间戳在一定程度上可以提高RE-CETEN的运算效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 TCP 协议
• 1.1.1 TCP 协议的发展
• 1.1.2 TCP Reno
• 1.1.3 TCP SACK
• 1.2 无线网络中TCP 存在的问题
• 1.3 改进无线网络中TCP 性能的机制的方法
• 1.3.1 分段连接
• 1.3.2 链路层机制
• 1.3.3 端到端的机制
• 1.4 本文主要工作与组织结构
• 第2章 相关研究
• 2.1 TCP 吞吐量模型
• 2.2 显式的传输错误通告机制ETEN
• 2.2.1 ETEN 的分类
• 2.2.2 CETEN 机制
• 2.2.3 接收CETEN 信息后发送端对拥塞的响应
• 2.2.4 估计包丢失和包出错速率的算法
• 2.2.5 CETEN 存在的问题分析
• 2.3 包乱序
• 2.3.1 产生原因
• 2.3.2 评价指标分析
• 2.3.3 TCP 对不必要重传事件的处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 丢包概率估计算法的设计
• 3.1 问题的引出与概述
• 3.2 算法的设计思想
• 3.3 算法的设计
• 3.3.1 条件的描述
• 3.3.2 数据结构的定义
• 3.3.3 算法
• 3.4 发送方的行为
• 3.5 实验仿真
• 3.5.1 吞吐量仿真
• 3.5.2 公平性分析
• 3.5.3 友好性分析
• 3.6 小结
• 第4章 包乱序概率估计算法设计
• 4.1 乱序问题的提出
• 4.2 设计思想
• 4.3 接收方估计乱序的算法RE-CETEN
• 4.3.1 算法的思想
• 4.3.2 数据结构的定义
• 4.3.3 算法
• 4.3.4 算法的分析
• 4.4 发送方的处理过程
• 4.5 试验仿真
• 4.5.1 试验环境
• 4.5.2 性能分析
• 4.5.3 公平性分析
• 4.5.4 友好性分析
• 4.6 小结
• 第5章 OTTE 和RE-CETEN 的优化
• 5.1 算法存在的问题分析
• 5.2 RE-CETEN 适合本文的理由
• 5.3 设计思想
• 5.3.1 使用时间戳处理重复数据包
• 5.3.2 对OTTE 的改进
• 5.3.3 实验说明
• 5.4 算法的安全性分析
• 5.5 小结
• 结论
• 1.本文的研究成果如下
• 2.本文的创新点
• 3.本文的不足之处
• 4.今后的工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B（攻读学位期间所参与的项目目录）
• 附录C（本文实验涉及的NS 脚本与代码概括）