一种面向时变无线信道的传输层高效通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种面向时变无线信道的传输层高效通 f目方法。
【背景技术】
[0002] TCP是一个根据有效网络带宽控制其承载载荷（通过调整其窗口大小）的自适应 传输协议，一种面向连接的可靠传输层协议，最初是针对有线网络而设计的。传统TCP认为 丢包的原因是由于网络拥塞所导致。
[0003] 在无线网络中，无线链路的高误码率和节点高速移动等会导致丢包，多路径路由 和节点路由切换等会导致乱序。而TCP并没有考虑非拥塞因素所引起的乱序和丢包，如果 不加改进地把传统TCP应用于无线网络中，它会把非拥塞乱序和包丢失也当作是网络拥塞 导致，从而错误地进入拥塞控制机制，这将导致网络吞吐量减小，性能下降，严重影响网络 的效能。
[0004] 在无线网络中，节点位置变化引起网络拓扑变化，路由关系不固定，加之无线信道 本身误码率高，发生丢包是非常普遍的现象，并不能确定是由于网络拥塞导致。
[0005] 如果按照有线TCP拥塞控制机制，把以上原因都认为是拥塞，将会严重降低网络 的吞吐量，浪费链路资源。无线TCP优化的关键是在准确判断当前的传输链路状态的基础 上，采取合适的措施。
[0006] 根据状态信息的来源，可以把已有的方案归为两大类，一类是面向网络 (network-oriented)的改进方案，一类是端到端（end to end)的改进方案。
[0007] 1)、面向网络的方案
[0008] 该方案的特点是状态信息来源于低层或其他节点，源节点的传输层根据该状态信 息调节传输策略，以TCP-F为例说明：
[0009] 源端通过中间节点反馈回来的RFN来区分路由过期和网络拥塞，通过RRN路由重 建通知来恢复正常传输。
[0010] 当TCP的源端收到下层的RFN路由失败通告后，将进入snooze瞌睡状态。在这个 状态中，TCP停止数据包的发送并冻结自身的一些变量（如cwnd、ssth)和定时器RT0。
[0011] 当收到路由RRN路由重建通知的通知分组后，TCP源端才能从该状态退出并利用 路由中断前的各个变量值恢复数据的传送。
[0012] 该解决方案的优点是：跨层设计，状态判断更加准确；模型简单，易于建模仿真； 随着路由重建时间增加，提升效果明显。不足是：无法区分拥塞和路由过期之外的状态，例 如信道差错和路由不可达。
[0013] 2)、端到端的方案
[0014] 特点：直接在发送方和接收方的传输层做改进，保持连接的端到端语义（注：确认 为语义），不需要修改低层和中间节点。
[0015] 如图1所示，以ADTCP为例进行说明：
[0016] ADTCP方案通过对节点多个参数进行检测，可以区分当前连接所处的4个状态： C0N拥塞、CHERR信道差错、RTCHG路由变化和DISC断连。
[0017] 如图2所示，每次发送成功统计IDD相邻包延时差别，计算公式为：IDD = (rcvTime[i+1] - sndTime[i+1]) - (rcvTime[i] - sndTime[i])；
[0018] 每隔周期T统计STT短时间吞吐量，计算公式为：STT =确认的包数/时间周期；
[0019] 每隔周期T统计PLR分组丢失比率，计算公式为：PLR= 1 -确认的包数/发送的 包数；
[0020] 每隔周期T统计P0R分组乱序比率，计算公式为：P0R =乱序的包数/发送的包 数；
[0021] IDD相邻包延时差别和STT短时间吞吐量两个参数可用于判断网络是否发生拥 塞，当发生拥塞时，IDD相邻包延时差别必然增加，STT短时间吞吐量必然减小。
[0022] 路由发生变化时，P0R分组乱序比率会增大。突发信道差错时，PLR分组丢失比率 会增加。
[0023] 当TCP源收到3个重复的ACK或者是RT0定时器超时时可以根据统计的参数序列 判断当前传输链路状态。序列从大到小排序。
[0024] 端对端解决方案的优点是不依赖中间节点或下层的信息，只需要传输层即可判 断；对于拥塞情况的识别了很高。但也有其不足，即是对于路由过期或者路由不可达的情况 容易误判为拥塞。
【发明内容】
[0025] 有鉴于此，本发明提供了一种面向时变无线信道的传输层高效通信方法，能够准 确区分无线链路的状态，并采取合适的控制策略，提高传输层效率。
[0026] 本发明的一种面向时变无线信道的传输层通信方法，包括如下步骤：
[0027] 步骤0、在TCP传输的初始状态，即慢启动状态，设置拥塞窗口的长度初始值和慢 启动门限的初始值；
[0028] 步骤1、控制发送端在当前的拥塞窗口范围内发送数据包，每发送一个数据包的同 时启动对应的定时器；
[0029] 步骤2、在发送数据包的过程中，判断发送端在各定时器超时之前是否收到接收端 反馈的相应数据包的确认报文ACK:
[0030] 1)、如果收到确认报文ACK，则再次判断确认报文ACK中是否至少有3个均指示同 一个丢失数据包：
[0031] ①如果是，再判断当前的拥塞窗口与当前的慢启动门限之间的关系：
[0032] A、如果当前的拥塞窗口〈当前的慢启动门限，判定当前处于慢启动状态，转到步 骤3;
[0033]B、如果当前的拥塞窗口多当前的慢启动门限，判定当前处于拥塞避免状态，转到 步骤4;
[0034] ②如果否，再判断是否满足如下条件：
[0035] 当前的相邻包延时差别IDD排在按从大到小排名的已记录的所有相邻包延时差 别IDD的前30%以内，且短时间吞吐量STT排在按从大到小排名的已记录的所有短时间吞 吐量SIT的后30%以内：
[0036] 如果满足，则判定当前处于队列突发错误状态，转到步骤5 ;其中，当前的相邻包 延时差别IDD指的是当前的数据包和上一个数据包的传输时间差值；短时间吞吐量STT指 的是：单位时间内被正确接收的数据包的数量；
[0037] 如果不满足，判定当前处于信道突发错误状态，转到步骤6 ;
[0038] 2)、如果发送端在定时器超时之际仍未收到接收端反馈的确认报文ACK，判定当前 处于传输超时处理状态，则转到步骤7;
[0039] 步骤3、将拥塞窗口扩大到原来的2倍，发送端在当前的拥塞窗口范围内继续发送 数据包，跳转到步骤2;
[0040] 步骤4、将拥塞窗口的值增加512B，发送端在当前的拥塞窗口范围内继续发送数 据包，跳转到步骤2;
[0041] 步骤5、将慢启动门限变为当前拥塞窗口长度的一半，将拥塞窗口长度增加3倍的 报文段最大长度MSS，重新发送确认报文ACK所指示的丢失数据包，同时重新启动该丢失数 据包对应的定时器，发送端在当前的拥塞窗口范围内继续按顺序发送数据包，跳转到步骤 2 ；
[0042] 步骤6、保持慢启动门限和拥塞窗口的长度不变，重新发送确认报文ACK所指示的 丢失数据包，同时重新启动该丢失数据包对应的定时器，跳转到步骤2;
[0043] 步骤7、保持慢启动门限和拥塞窗口不变，发送端暂停发送数据，暂停时间大于路 由更新时间，暂停结束后，查询路由表中目的节点的路由状态：
[0044] 1)、如果路由可达，则重新发送确认报文ACK所指示的丢失数据包，重新启动该丢 失数据包对应的定时器，并等待反馈的确认报文ACK，再继续判断：
[0045] ①如果可以收到确认报文ACK，则保持慢启动门限和拥塞窗口不变，跳转到步骤 2 ；
[0046] ②如果收不到确认报文ACK，将慢启动门限的值变为当前拥塞窗口的一半，将拥塞 窗口值变为1倍的报文段最大长度MSS，进入慢启动状态，跳转到步骤2;
[0047]2)、如果路由不可达，则直接退出TCP传输过程。
[0048] 较佳的，所述拥塞窗口的初始值设为512B。
[0049] 较佳的，所述慢启动门限的初始值设置为64KB。
[0050] 较佳的，所述报文段最大长度MSS的长度为512B。
[0051] 本发明具有如下有益效果：
[0052] 本发明结合面向网络方案和端到端方案，可以更准确的区分无线链路的状态，根 据链路状态有针对性的采取相应的处理策略，由此提高排除链路故障的准确性，提高传输 层效率。
【附图说明】
[0053] 图1为现有的端到端方案的原理图。
[0054] 图2为相邻包延时差别IDD计算示意图。
[0055] 图3为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0056] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
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