传统TCP在无线Ad hoc网络中的困境

最新推荐文章于 2024-06-10 22:29:20 发布

彭十二

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分类专栏： network 文章标签： tcp 网络算法终端 internet 互联网

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传统TCP在无线Ad hoc网络中面临误码率高、路由更新频繁和隐藏/暴露终端问题，导致性能下降。现有解决方案分为跨层和端到端两类，如Fixed RTO、TCP DOOR和ADTCP协议，旨在区分丢包原因，提高传输效率。然而，这些方法各有优缺点，需要平衡性能与复杂度。

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在传输层工作着两种传输协议：用户数据报协议UDP与传输控制协议TCP。前者简单，只负责数据的发送，提供不可靠的信息传输服务；后者相对复杂，但提供更好的服务质量，不仅可以保证可靠的信息传输还具有拥塞控制机制。传统的TCP协议(Reno)的拥塞控制机制是根据有线的Internet网络的特点而设计的，在有线的网络环境下表现良好，但在相对复杂的无线Ad hoc环境中TCP Reno表现出严重的性能问题。因此，为了使TCP适应MANET随机拓扑的特点，必须对传统的TCP协议进行改进。
一、传统TCP拥塞控制机制
传统TCP的拥塞控制机制是一个AIMD(AdditiveIncrease Multiplicative Decrease)型的算法，主要采用了四个部分组成，分别是慢启动(slow start)、拥塞避免(congestion avoidance)、快速重传(fast retransmit)和快速恢复算法(fast recovery)，TCP的有限状态机如图1所示。

图1 TCP Reno的有限状态机
在初始时，拥塞窗口cwnd(congestion window)被设置为1个最大报文段长度MSS (Maximum Segment Size)，cwnd小于慢启动门限ssthresh(slow start threshold)，TCP进入慢启动阶段，为了更快地探知网络的可用带宽，发送方每收到一个ACK都会使cwnd加1MSS，使cwnd保持线性的增加；当cwnd增长到大于ssthresh时，TCP的状态进入了拥塞避免阶段，当收到发送窗口内所有数据的ACK信息后使cwnd加1MSS，这样就降低了cwnd增长速度，使其探测出准确的网络可用带宽。当发送端检测到丢包时，认为网络出现拥塞。TCP通过两种方法检测数据报的丢失：定时器发生了超时或连续收到三个或三个以上的重复ACK(dupack)。如果拥塞是由超时引起的，则ssthresh被设为当前cwnd的一半，cwnd被设为MSS，重新进入慢启动阶段；如果拥塞是由重复ACK引起的，则认为网络拥塞并不严重，无需要进入慢启动阶段，执行快速重传算法与快速恢复算法。
二、传统TCP在无线环境中存在的问题

传统TCP的拥塞避免机制假设由于分组损坏而引起丢失是非常少的(远低于1%)，因此，若发