无线局域网接收端控制的集中式请求传输方法研究.doc

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1、 天津大学硕士学位论文无线局域网接收端控制的集中式请求传输方法研究姓名：李艳红申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：葛卫民20080601 重降低了 协 议 性 能 ；同 时， 研究表明， 下的 狈臀侍 馐 堑 贾 耇 性 能下降的 另一个 重要原因 。关 键词： 无线 局 域 网 惺 角肭驲 同 时发 送 端到 端带 宽测 量 独 创性 声 明签 字日 期：学 位 论 文 版权使 用 授 权书 第 一章绪 论第 一章绪 论无 线 局 域 网是指以 无 线 信 道作为 传输媒 介 的 计 算机局 域 网络 ， 是计 算机网络与无 线 通 信 技 术 相 结合的 产物 。 无 线 网络

2、 按 拓 扑 结构 一般 分 两 类 ： 有 基 础 设 施 的 和 无 基 础 设 施 的 自 组 网 甴点 就 可 覆 盖整 个建筑 的 局 域 网络 ， 便 于管 理与维 护；能 提供 像 “ 漫游 ”等 有 线 网络 无 法提供 的 功 能 。由 于 具有 很多有 线 网络 无 法比拟 的 优点， 其发 展速 度 十 分 迅 猛 ， 特别 是需 要 移动 连网或在网间 漫游 的 场 合。 近几年 来 ， 已 经在医 院、商 店 、 工 厂 和 学 校 等 不 适 合网络 布线 的 场 合得 到 了 广 泛 的 应 用。 随 着无 线 局 域 网标 准 的 成 熟 以 及 社 会 发 展

3、的 需 要 ， 无 线 局 域 网得 到 了 人们越 来 越 多的 关 注 ， 应 用前景也 越 来 越 广 阔， 成 为 下一代 互联 网的 重 要 组 成 部 分 。 第 一章绪 论包原 因 通 通 归 结 为 网络拥塞 所致， 只 要 发 生丢包就 认 为 是 网络拥塞 ， 立刻 触发 拥塞 控 制 算法， 进行 相应的 窗 口缩 减、 慢 启 动阈 值 调整 ， 进入快速 恢复 或 慢 启 动阶段 。 这种 拥塞 由丢包所致的 假设 在 主 机 固定 的 有线 网络环 境 中是 十分合理 且 有效的 。 但 是 在 有移动主 机 的 无 线 环 境 下， 传 输 过 程 中数 据 包丢

4、失 往 往 是 由以下两 个原 因 造成 的 随 机 或 突 发 性丢包： 无 线 链路固有的 高比 特 错 误率； 短 暂 的 连在 中， 同 时发 送 问题 是 导 致网络性能 下降 的 另 一个 重 要 原 因 。 目 赡 苄 浴 捎 谏鲜鲈 颍琓 的 数 据 包节 点 和 无 线 节 点 之间 以及无 线 节 点 之间 的 通 信 都要 通 过 转 发 ， 这使 得 成 为个 ， 那 么 处 所要 传 送 的 网络业 务负 载 将 减少为 原 来 的 一半 ， 对 信 道 的 竞争 第 一章绪 论只能 是 固定 的 个 数 ， 缺 少 灵活 性， 这 种静 态 的 环 境 下适 用 。

5、 。并 通 过多种 场 景 下真 与进 行 比 较拥 塞 窗 口 的 变化 、 端 到端 的 吞 吐 率 、 多条流 竞争 第 一章绪 论 牧街 指 慕 呗裕夯 诖 聿 饬 康 亩0 植 呗浴 贛 层 反 馈 的 减 第 二章 针 对改 进 传输协 议性能 研究综 述端 到端 的 方 案 主 要在连 接 的 两端 发送端 和接 收 端 做工 作，而不 需 要中 间 路由守 说 蕉说 纳 杓 圃 颉 发 送端 通 过对确认 包 速 率 的 监 听 ，动 态 的 第 二章 针 对改 进 传输协 议性能 研究综 述该 机 制 在 无线链 路 下更 为 有 效 ， 因为 在 无线链 路 下由于无线信

6、道 引起 的不 定 第 二章 针 对改 进 传输协 议性能 研究综 述一段 从 基 站 到接 收 端为无 线连接 部 分。 针 对具 体 无 线网 络的 特点在 无 线连接 部 分可 以 采用其 它 一些改 进 机 制 的 协 议【徊 教 岣咝阅 堋谖 南住 】中 作 者 提 出 在体 性能 。 且 恢 植 捎 没至 铀枷 搿 诩 浣覶 协 议模型【】实 现 的 适 用于数 据 ， 如 果 有 ， 直 接 重 传并 处 理接 收 端发 来 的 重 复 确 认 。 第 二章 针 对改 进 传输协 议性能 研究综 述丢 失 ， 从 而 也 不会触 发 拥塞 控 制 机 制 。 榻 厝 包， 对其

7、进 行分析 ， 第 二章 针 对改 进 传输协 议性能 研究综 述 第 三章 中的同时 发送问题问题。 利 用 仿 真工 具 橹 狈臀侍 舛 訰 性 能 的影 响， 给 出 原 因分 析， 进 而 提 出 本 文 基 于 慕 频 淖芴 蹇 蚣堋 紫 榷 訧 协 议及其 鉊 访 问机制简 单 介绍 。 然 后 详细阐述 本 章 要验 证 的同时 发送问题。接下来 搭建仿 真平 台设 置 场景， 进 行仿 真验 证 ， 并对 仿 真结 果 进 行分 析， 验 证 问题的存 在性 及 严重性 。 机制简 述 本 文 的工 作 都 是 基 于 协 议 鉊 访 问机制下完 成 的， 下面 主要 的 鉊

8、访 问机制做 介绍 。 楸 曜肌 第 三章 中同时 发送问题 第 三章 中同时 发送问题竞争 是 导致 数 据丢 失 的最 终 原 因 。调 节 在 慢启 动 阶段的增 长速 度， 由此 降 低 恿 幸 绯 龅 目 赡苄 裕 岣逿性 能 。 但是 随 着 个数 的增 加， 过 分压制 了 的增 长速 度， 又 会 导致 的这 种矛盾 并 没有 提 出合理 第 三章 中同时 发送问题据 包，同时 ，调 整 拥 塞 窗 口 和 慢启 动 阈 值。 这 里 置 位是 为了 区分 普 通 请求 狈 臀 侍 舛 訰 的 性能影 响了 两个或两 个以 上 的 节点 选 取同一 个退 避时 间的 概 率。

9、中 和 发送节点 争 。我们 采 用 思 想 是 一 脉 相 承 的 ，场 景 下 对 性 能的 影响 都不 会 很明 显。 为 了 评 价 通 信 网络发展 迅速 ，各 种 网络方案 和协 议 日 趋 复杂 ，网络规 模 越来越庞 大 ，网络的可 靠 性 和有 效 性 进 行 客 观 地评 估不 可 能全部 以真 实网络为 平 台。为 了 避免研发、运 营 的风险 ，合 理 投入 成 本 ，网络仿 真 技术 为 通 信 网络设 计 和性 能优 化 以及评 价提供了 一 种 可 行 的方法 。当前存 在 各 种 各 样 的仿 真 工 具，如 开 源工 具 捎帽 曜 糃语言 编 译 ，用 户易

10、于修改 调 用 仿 真 自 己的协 议 ， 以上的版 本 甉 按 照 网络的七 层 架构采 用 模 块 化 设 计 ，有 利 于用 户直 接 选 择想仿 真用 户在 需 要验 证 自 己开 发的协 议 性 能是否 在 某 些 性 能上超越了 第 三章 中同时 发送问题 呦 露訰 代码 修改的准确 性 ，我 们的场 景 设 置尽量 与 文献 忠 恢 拢 缤 所示： 仙 柚 茫 籌 口目圈 訲 中同时 发送问题验证拥 塞窗 口的增长 ， 的省 略 能适 当 调 整 发送端的数 据 发送速 率，也 相 应 影 响 以 说明 技术 在 不 同的环境下对 网 络 性 能改 善 的程 度 不 同。从 图

11、能间接起到 调 节窗 口在 慢 启动 阶 段的增长 速 度 ，减 少 数 技术 中， 机 制 来验证 ，我 们通 过 仿 能减 轻这 一 问题，却有着 一 定 的局 限性 ，效 果 并 不 十 分 明 显 ，同时也 可 能造成 可 用 带 宽 浪 费 。 技术 并没 有 很理想 的 解 决 这 一 问题。 络 自 身 的 特 点 ， 我们 提出 了一 种 新 的 模型 对 网 络 状 况进 行分 析， 从而更 好地为 顺 利 解决 本文所 研究 的 问题 ， 通 过 系统分 析改进 协 议 ， 把 主 要 问题 进 行了 诮邮斩 瞬捎枚 说蕉 瞬呗 怨 兰仆 缈 捎么 恚 适钡 目刂 芌 发

12、送 的 塞 窗 口。 至 此，一 个 完整 的 传 输过 程完成 。 这 是 械 腞 数据 传 阶段 线性 增 长 ，而且更 好 的 提 高 了 信 道的 利 用 率 。要 求发 送 数据 ，这 一 机 制 可能 会给网 络带 来 一 个 流量 问 题：若 接 收端接 收到 了 上两个 窗口的 数据 ，这 就增 加了 链路 负 担，也可能 会导致拥塞 。 到 一个请求包 荒芩 得 鞲肦 前 的 所 有 数据 包 都 已经 正 确到 达 。 由于 接 集 中 式请求机制 的 实现 就 会给 连 接 的 可 靠 传 输带 来 如 下 两 个问 题 ：负载 ， 导致 拥 塞或者突 发 丢 包 。的

13、发 送。 接 收端每收到 一个数据 包 就 执 行以 下 判 断 ， 分 别 进 行处理 。 定义 变量 舻鼻笆 盏 降 氖 莅 第 四章 无线局域 网 中 接 收端控制 的 集 中 式请求传 输方 法是等待 协议 处 理完 乱序 或 丢 失进 而 链 路恢复正 常 ， 从 而 避免 了前 面 提 到的 发送 端错 误清 除 并 没 被确 认 的 数 据 ；， 则说 明 链 路处 于 通信 良 好 状态或 者 已重传 了丢 失数 据 包 并 恢复正 常 ， 接 收端应道 的 利 用率。 杂 等翱诒淞 康奈 的 发 送 与 蚑 有着本 质的 区别 节 中 已经 介绍 患惺角肭蠓绞较路 投 私 邮

14、 盏狡 胀 的 第 四章 无线局域 网 中 接 收端控制 的 集 中 式请求传 输方 法上是今否 上彳，苌 洗瑀上：军 第 四章 无线局域 网 中 接 收端控制 的 集 中 式请求传 输方 法 集 中 式请求机制 仿真评 价 抡嫒 砑 薷拇 爰右 允 迪 帧 窘谕 抡娑 员疚 乃 岢龅腞 本 文的 椋 赗 ， 是针 对 最 后 一 跳为无线链 路 的 提 第 四章 无线局域 网 中 接 收端控制 的 集 中 式请求传 输方 法凰。图 单 条 数 据 流 网 络 拓扑 结 构 第 四章 无线局域 网 中 接 收端控制 的 集 中 式请求传 输方 法觯 渲 校 邢 吡 绰费映 傥 琎 验 仿 真次

15、求平均作 为 结 果，如 图所示 ：之 间 时，相 比 于 、琑 的 吞吐 率 明 显 提 高 。 最好 的 情 况下，隦相 比 提高 大 约 誗 岣咴肌 。由于 单数 据 流 传输不 存 在 多 个 无线节 涫保琑 的 吞吐 率 急 剧 下降，与 的 吞芝 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进网 络 层 带宽 反 馈 算 法 ， 其 主 要 目 的 就 是 想 利用网 络 层 反 馈 的 带宽 提 供一 种适 合的 改 进协 议， 接 收端能够 准 确及 时 地掌 握 无线连接 的 情 况 并采取 相 应

16、 措 施。 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进的。在 邮 斩 瞬 饬看 恚 右 杂 行茫 慕 鳵 。 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进公 式 式：公 式 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进 保 帽 淞 縭 记录请 求窗口 的第 一个 数 据包 序 号，变量 剧 记录一个中 的 具 体实现 过 程 。 其主要 流 程 图 如 图 所 示： 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进图 锳 的 流 程 械氖 莞鍪 嫒氡 淞 縉中 ，统 计 数 组 中 每 个 窗 的 速 公 式 霉 统 计 数

17、 组 中 相 邻 窗口 速 率值 的 差值 总和 与相 应 措施的 差值 绝糴一一表 两 种趋 势 综 合 判 断 方 法增加或 其中 一种为 “增加 趋 势 矶 治 !拔廾飨 员浠 笔 时 ，判 定该 数 据流 具 有“下降 趋 势 ”； 否 则 ，判 定为 “无明显 变化 ”。 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进例如 ，在图 中 接 收端收到 窗 口 牡谝桓 鍪 莅 蚝 盼猯 ，下次 发 送普通 肭 笮 蚝 盼 的 数 据包 ，这 时 发 不 发 萁 邮 沾翱 的 全 部数据 、 所 需 要 的 时 间丁来 定。 如 果 则发 ，否 则跳 过 ，等 待 下次 再

18、 重 复判 断。 当 拥塞窗 口增长 到 比较 大 时 才可 能 导 致 却 盧 到 达 发 送 端时 ，接 收端正接 收的 窗 口全 部到 达 ，保证 了链 路 中 不 会 有 两 个窗 口的 数 据同时 存在， 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进的 传输流 量、 三次 乱序丢包 时 区 分 丢包 原因 以 处 理 流 程 。 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进时 机 进行 严格 控制， 在单 条 流时 没有无线 竞争， 所以 表 现出 稍 高 的 吞 吐率 。 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进从 理论上

19、分析， 捎 眉 惺 角肭蠓 蚏 机 制，即在 无丢包 发生 的包 错 误 率 下 的 耐掏侣 时 浠 榭 觯 峁 缤 所 示 。失 的 确 是 橥掏侣 试 诎 砦 舐蚀 笥 贠 时 剧烈下 降的 重 要原 因 。 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进 时， 吞 吐 率 基 本没 有明有明显 提高 ， 比 岣 咴 菵 提高 约本机 制提高 约 第 五章 接 收端控制的 集中 式 请 求传输协 议的 改 进 全文 总结 全 面评价 一 种协 议性

20、 能 需要在 多 种复 杂场景下， 从 多 种性 能 指 标 分 析评价 。本 文中主 要对不同 包错 误 率 下的吞 吐率 、 流 之 间 的公平 性 进行分 析， 对不同 链 路的延迟以 及信噪比 下的性 能 并 未 进行深 入研 究， 因 此 可 作 为进一 步 评价 改进协 议的一 种方 向。此 外我们 的场景特 指 最后一 跳 为无线 链 路 的局 域网 ， 以 后应该 扩 展到 多 跳 无线 的情 况 。 篢 琈 篈 瓺 瓾 猼 瓻 ， 篜 ， ： 縎 珼 ， 縃 ， 甂 琁 瓽 甅 珼 ， 篈琁 篜 甕瓸 琁 琁 篜 ， 】 ， 緼 琂 琋 篗 ： 【 】 甅 ， 甒琇 甊 珺 发 表 论 文 和科研 情况 说 明