１２ 福建电脑 ２００８年第１１期 异构无线网络中一种ＴＣＰ增强算法 周敏 （重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆４０００６５） 【摘要】：在异构无线网络中ＴＣＰ Ｖｅｇａｓ、ＴＣＰ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋等ＴＣＰ拥塞控制算法存在低延迟向高延迟网络切换时最小 往返时间（Ｒｏｕｎｄ—Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ，简称ａＴｒ）￣能更新问题。对于这一问题，通过改进最小ＩＵＴ计算方法提出一种基于ＴＣＰ Ｗｅｓｔ． ｗｏ０ｄ＋的增强算法。仿真结果表明该增强算法解决了最小Ｒ１ｖｒ在切换后的更新问题，提高了异构无线网络中链路的利用率。 【关键词】：ＴＣＰ；异构无线网．￣Ｓ－；ＴＣＰ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋；ＲＴＹ Ｏ、前言 ＲＴｒｍｉｎ计算公式如下： 异构无线网络环境下传统ＴＣＰ协议无法区分报文丢失是 ｒＩ’ｍｉｎｋ＝ａ Ｉ’Ｉ ｎｋ—ｌ＋（１—ｃｔ）Ｒｋ （１） 由拥塞还是由随机误码引起．导致其拥塞控制机制效率低下，造 Ｒｋ为距ｋ时刻的ｆｆｘ１极小值； 成链路利用率急剧下降。 ＲＴｌ＂ｍｉｎｋ为ｋ时刻ＲＴｒｍｉｎ估计值： 对此国内外学者提出了大量的解决方案．归纳起来有分段 ａ为权重因子： 连接方案、缓存代理方案、链路层方案和端到端方案。端到端方 ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ中Ｒ，Ｉ－Ｉ＇Ｉｌｌｉｎ具体计算流程如下：每观察到一个 案能够严格保证ＴＣＰ端到端的语义．不需要对中间路由设备进 新的姗’就判断其是否为极小值：如果是就送入ＥＷＭＡ滤波 行升级。仅需在收端或发端进行修改，所以它较其它方案具备较 器．得到当前最新的ＲＴＹｍｉｎ。 强的优势。 ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ克服了Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋在异构无线网络中存在的 本文将在针对异构无线网络．提出一种基于ＴＣＰ Ｗｅｓｔ． Ｒ１Ｔｒｎｊｎ更新问题。极大的提高了网络性能。 ｗｏｏｄ＋［１］的改进算法。 ３、仿真验证 １、ＴＣＰ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋ 本文使用Ｎｓ一２．２９［４］仿真平台．实验网络环境为一个混合 ＴＣＰ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋（简称为Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋１是ＴＣＰ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ的改 网络，接人路由器到主机使用带宽１Ｇｂｐｓ，时延５４ｍｓ有线网络； 进版本，它通过改进带宽估计方法克服了ＡＣＫ压缩ｆ２１问题。 移动终端到接人路由器使用无线链路．其中ＵＭＴＳ网络传输速 Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋通过检测应答ＡＣＫ返回发送端的速率估算网络 率３８４Ｋｂｐｓ、接人延迟【５］１５０ｍｓ，ＴＤ ＨＳＤＰＡ网络传输速率 的当前可用带宽，并记录当前网络的最小ＲＴｒ，把最小Ｒ１－Ｉ＇和 １Ｍｂｐｓ、接入延迟ｌＯＯｍｓ；路由队列管理采用丢尾算法（ＤｒｏｐＴａｉｌ）， 估计可用带宽之积作为慢启动门限（ｓｓｔｈ￣ｓｈ），进行拥塞控制。 路由缓存队列大小为带宽延迟积；式（１）中加权因子 取０．９６。 Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋采取的方法对于高带宽延迟积链路（１ａｒｇｅ ｐｉｐｅｓ）．有潜 ３．１单一网络中的ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ性能 在由于误码或其他原因丢包可能的链路Ｏｅａｋｙ ｐｉｐｅｓ）￣动态负载 图ｌ是ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ和Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋在单一无线网络中的吞吐 链路（ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｉｐｅｓ）有很明显的性能提升。 量性能对比（吞吐量为单位时间内正确到达接收端的数据量）。 但是在异构无线网络中存在低延迟网络向高延迟网络切换 ｆａ１、（ｂ）分别是在ＵＭＴｓ和ＴＤ ＨＳＤＰＡ网络中误码率从１Ｏ一５到 的情况．此种情况下Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋无法更新最小Ｒ１Ｔｒ，导致性能严 ｌ０一ｌ情况下吞吐量对比。从图中吞吐量曲线可以看到。Ｗｅｓｂ 重下降。 ｗｏｏｄＨ继承了Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋在无线网络环境下良好的吞吐量表 ２、改进的算法ＴＣＰ ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ 现：而且在随着误码率的提升，ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ吞吐量性能略微优于 ２．１ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋的Ｒ１－Ｉｔｍｉｎ计算方法在异构无线网络中的缺陷 Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋。这表明了，ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ的Ｒ１广】 ｉｒＩ计算方法针对单 根据文献『３１可知，Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋将所有观测到的Ｒ１Ｔ值与当 一无线网络环境是成功的。 前ＲＴｒｍｉｎ进行对比．如果ＲＴｒｍｉｎ＞ＲＴｒ．则将ＲＴＹｍｉｎ更新到 ＲＴＴ：否则保持ＲＴＴｍｉｎ不变。 当发生低延迟网络向高延迟网络切换．ＲＴｒｍｉｎ不会更新 到一个比它大的值。由于Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋使用ＢＷＥ Ｒ ｒＩ’ｌ ｉｎ，ｓｅ昱＿ｓｉｚｅ 来设置ｓｓｔｈｒｅｓｈ．当切换到高延迟网络后，Ｒ，ＩＴｒｍｉ力还是保持在 蠼１码率 切换前低延迟网络的肌’最小值．这样会导致ｓｓｔｈｒｅｓｈ过低．影 （ａ）ＵＭＴＳ （ｂ）＂ｒｉｄ ＨＳＤＰＡ 响链路利用率。 图１吞吐量对比 ２．２改进的 【１＇ＩＩｌｉｎ计算方法 对此．本文提出了一种基于Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋，改进肼’ｍｉｎ计算 方法的增强算法ＴＣＰ－ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ（简称Ｗｅｓｔｗｏｏｄｈ０。 ＴＣＰ协议中观测到的ＲＴｒ是一系列离散的观测样本．用ｆ ｆｘ１来表示将这些离散的点连接起来的曲线。Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋取的 Ｒｎ ｎ其实就是曲线ｆ（ｌｘ１的最小值，当发生低延迟网络向高延 （ａ）Ｗｅｓｔ＇ｗｏｏｄ Ｃｏ）ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ 迟网络切换后，ｆ（ｘ）的最小值显然不是Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋期望的 图２ Ｒ１Ｔ和剐【ｒｒｍｉｎ示意图 ＲＴｌ＇ｍｉｎ。 ３．２异构无线网络中的ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ性能 在单一流情况下，ｆｆｘ１的极小值点就是最小值，对此Ｗｅｓｔ． 上面讨论知道ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ在单个无线网络中都具备较好 ｗｏｏｄＨ中使用极小值代替最小值。由于实际的网络中存在多个 的性能．下面进行切换讨论。 流竞争。ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ使用指数加权移动平均（ＥＷＭＡ）滤波器对 异构无线网络能够影响代Ｐ性能的参数有误码率。时延。 极小值进行处理．剔除短期波动、保留长期发展趋势。 带宽等主要参数。本文选取ＴＤ ＨＳＤＰＡ到ＵＭＴＳ（下转第２页） 重庆市自然科学基金项目ｆＣＳＴＣ，２００７ＢＢ２３９０），异构网络切换管理模型和算法 ２ 福建 电脑 ２００８年第１１期 模块完成用户的请求．需要时还可以调用样片模块和排料信息 点．同时运用多种不同的排 模块来完成与数据库的通信。反之．数据的变化通过样片模块和 料算法进行自动排料得以方 排料信息模块反映给样片管理模块和排料管理模块．再通过它 便地实现 图３—３显示了对 们调用视图层中的相关界面模块完成数据的展示 同一套产品采用两种不同算 系统的设计充分利用了ＭＶＣ模式灵活性的特点．使各层模 法的排料结果。 块即互相．又互相协作。层与层之间的相对性保证了系 ｆ２）手工排料。自动排料 统升级和维护的简便。例如：在将来有更好的排料算法出现时， 不一定总能获得最佳的排料 可以通过单独升级排料算法模块而不改动其它模块的方式来实 结果。例如：有时候可以通过 现系统的升级。另外，若未来考虑增加Ｗｅｂ操作方式，只需要在 组合若干样片成接近矩形的 视图层添加一套Ｗｅｂ页面形式的界面即可实现系统的扩充。再 新样片．然后参与排料．来进 有．当系统数据量随着时间的推移增大到一定程度时，可以升级 一步提高排料利用率。这就 使用更高性能的数据库系统．此时需要更新的是模型层的有关 需要操作人员在自动排料之 模块，而其它层可以基本保持不变。因此，采用ＭＶＣ模式设计的 前手工组合样片参与排料， 、 系统具有高度的扩展性和可维护性。 在自动排料之后进一步补充 图３—３两种排料算法的排料结果 ３．３系统关键模块 完善自动排料的结果。将手工排料与自动排料相结合．在某些情 ３－３．１样片管理 况下．可以将排料利用率提高到９０％以上。 进行铁制工艺品排料的第一步从外部导人需要排料的样 ｆ３１排料结果输出。排料完毕后。需要将排料结果通过打印机 片．系统中通过样片管理相关模块（样片管理界面、样片管理模 或绘图仪等设备输出到纸张上，再由工人照样裁剪，或直接输出 块和样片模块等）实现。其主要功能包括： 到数控机床实现自动裁剪 另外．排料的结果可以保存下来以供 ｆ１）导人产品信息。系统排料所需的样片是从外部以．ＤＸＦ格 以后查阅、比较。在系统中．排料的所有数据都保存在数据库中。 式文件的形式导入到系统中的 由于工艺品总是成套生产和销 （４）排料铁片管理。由于生产实际的需要，排料使用的铁片可 售的，系统在导人样片信息时。也是以产品为单位，将一套产品 能存在多种规格。系统提供了多种铁片规格以供用户选择。另 包含的所有样片一次性导入系统并保存到数据库中。 外．用户还可以自行设置新的铁片规格。这进一步提高了系统的 ｆ２１产品样片维护。当有新产品开发出来时，可以添加到系统 实用性。 中。旧产品需要淘汰时，也可以从系统中删除。 ４、结论 ｆ３１读取产品样片。在进行排料操作前，需要先把待排料产品 本文提出的基于ＭＶＣ模式的铁制工艺品排料系统将ＭＶＣ 的样片先从数据库中读取出来并展示在排料界面．以便用户选 模式具备较强的扩展性和维护性的优点结合到排料系统的设计 择需要排料的样片 ，中．使系统在具有比较完善的排料功能的基础上．为将来进一步 ３－３．２排料管理 升级扩展提供了空间。未来可以考虑扩展处理更加复杂的三维 排料管理相关模块ｆ排料界面、排料管理模块、排料算法模 布局问题。本文提出的系统目前已经在相关企业投入试用。 块和排料信息模块等）是系统的核心模块，它们共同协作，完成 以下主要功能： 参考文献： ｆ１）自动排料。自动排料是由计算机按照指定的排料算法，自 １．贾志欣．排样问题的研究现状与走势ｍ．计算机埔助设计与图形学学报． 动将选中参加排料的样片在铁片上排放．以达到最高的排料利 ２００４，１６ ）：８９０－８９７． 用率。整个排料过程不需要人工干预，且能在排料的同时显示排 ２．崔元萍，殷国富．矩形件智能优化算法与应用ｏ］．计算机应用．２００４．２４ 料需要的铁片数量。每张铁片的利用率，以及所有铁片的总利用 （６）：２８９－２９１． 率。这有利于初步估料和成本核算。另外，借助ＭＶＣ模式的优 ３．李明，张光新．周泽魁．基于改进遗传算法的二维不规则零件优化排样 Ｕ】．湖南大学学报（自然科学版）．２００６，３３（２）：４８＂５０． （上接第１２页） 切换（低延迟高带宽网络向高延迟低带宽网络切换）进行讨论。 了这种改进是有效的．在切换后ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ的Ｒ３＂Ｔｍｉｎ得到了 其中误码率０．００ｌ、切换点１００ｓ、切换延迟１秒，切换丢包５０％。 更新，使其能准确的设置慢启动门限，提高了链路利用率。对于 图２（ａ１为Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋的肌’、算法使用的Ｒ１Ｔｒｍｉｎ和实际网 未来工作．将主要放在如何更加合理的对肌’极小值点进行处 络的最小Ｒ１Ｔ。从图中可以明显的看到在１００ｓ切换网络后。实 理，以便得到更加合理的ＲＴｒｍｉｎ。 际的最小 ｆ１ｒ已经增大．但是Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋￣５然保持使用它所记 录的切换前ＴＤ ＨＳＤＰＡ网络的最小Ｒ１Ｔ。图２ｆｂ１为ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ 参考文献： 的 Ｉ］ｒ和算法使用ＲｒｒｒＩｎｉｎ．可以看到 ｒｒｒｎｉｎ已经随着网络切 １．Ｌ．Ａ．Ｇｒｉｅｃｏ ａｎｄ Ｓ．Ｍａｓｃｏｌｏ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｖＭｕａｄｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ 换而自适应的增加到切换后网络的实际最小肌’。 Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋，Ｎｅｗ Ｒ．ｅｎｏ ａｎｄ Ｖｅｇａｓ ＴＣＰ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ ｃｏｎ￣ｏ［Ｃ】，ＡＣＭ 由仿真得知在带宽３８４Ｋｂｐｓ的ＵＭＴＳ网络中，在无切换时 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｖｉｅｗ。Ｖｏ１．３４（２），Ａｐｒｉｌ ２００４ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋链路利用率为９８．８４％．存在低延迟向高延迟网络切 ２Ｊ．Ｃ．Ｍｏｇｕｌ，Ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ＴＣＰ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｉｎ ｒｅａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ【ｑ，ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ 换问题时链路利用率９３％。而ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ在无切换时链路利用 ｏｆＡＣＭ Ｓｉｇｃｏｍｍ １９９２，３０５—３１７ 率为９９．９７％。存在切换问题时链路利用率９９．９６％。由数字可以 ３．Ｓ．ＭａｓｃｏｌＯ。Ｃ．Ｃａｓｅｔｔｉ，Ｍ．Ｇｅｒｌａ，ＴＣＰ Ｗｅｓｔｗｏｏｄ：Ｂａｎｄｗｉｄｄａ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ 看到．在低延迟向高延迟网络切换情况下Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋性能有明 Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｖｅｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｉｎｋｓ［Ｃ】，ＡＣＭ Ｍｏｂｉｃｏｍ ２００１，Ｒｏｍｅ， 显下降ｆ下降情况和切换前后实际最小 有关１，而Ｗｅｓｔ— Ｉｔａｌｙ，Ｊｕｌｙ １６—２１ ２００１ ４．Ｎｓ一２ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ（ｖｅｒ ２）【ｏＬ】．ＬＢＬ，Ｉ瓜Ｉ：ｈｔｔｐ：ｌｌｗｗｗ．ｍａｓｈ．岱． ｗｏｏｄＨ仍然保持了其高链路利用率 ｂｅｒｋｅｌｅｙ．ｅｄｕ／ｍ ４、结论和展望 ５．Ｌ．Ｄａｎｉｅｌ，Ｍ．Ｋｏｊｏ。Ａ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕａｙ Ｏ１１ ＴＣＰ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ Ｖｃ — ＷｅｓｔｗｏｏｄＨ通过对Ｒ１Ｔ极小值点取指数加权移动平均来 ｃａ１ Ｈａｎｄｏｔ￣ｉｎ ＷＬＡＮ—ＧＰＲＳ／ＵＭＴＳ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ［Ｒ］， 获得剐 Ｉｌｉｎ．克服了Ｗｅｓｔｗｏｏｄ＋在低延迟网络向高延迟网络切 Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｌｓｉｎｋｉ，２００５ 换时出现的ＲＴｒｍｉｎ无法更新的问题。而仿真结果也充分证明
