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如今稀缺的无线频谱资源不能满足需求,制约了未来无线通信技术的快速发展。认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术可以动态检测网络中未被使用的频谱资源,并充分加以利用,可有效缓解资源短缺问题,因此认知无线电及相关网络成了当今无线电领域中热门的研究课题。然而CR网络中针对如何改善运输层TCP协议的研究却很少。认知无线网络的时变性,传统的TCP协议无法适应,只会降低TCP传输性能及端与端之间的吞吐量。为解决这些问题,本文结合Cross-Layer和Layer-Preserved结构,分析影响TCP协议性能的因素,对传统TCP协议性能进行改进。具体研究和改进内容如下：首先,论文介绍TCP协议相关知识,如TCP的报文格式,运输连接管理和实现可靠传输所涉及的相关机制。重点介绍拥塞控制原理及四种相关算法。分析认知无线网络中影响TCP传送性能的相关因素,如授权用户活动、认知用户频谱探测与切换等。接着,简述Cross-Layer结构的相关原理和理论实现过程。认知用户具有频谱探测功能,使其可以不断探测周围的空闲频谱及授权用户的接入。若授权用户出现,并探测到有空闲频谱存在,则进行频谱切换,以便不干扰授权用户活动。但认知用户频谱探测与切换会产生时延,导致重传定时器超时,迫使认知用户进入慢开始阶段,降低了端与端之间的传输性能。本文为了改善上述问题,采用TCP-MAC跨层,提出一种性能改进的认知无线网络TCP协议——TCP-CR协议。使用NS2仿真工具,基于不同网络情景,将性能改进的TCP-CR协议与TCP-Reno和TCP-Vegas协议进行传输性能比较。分析结果可以得出,TCP-CR可以缓解认知用户频谱探测及切换所带来的延时问题,有效提高网络的传输吞吐量。最后,本文引入Layer-Preserved结构模型,即在传统的TCP协议中引入两个模块：知识模块(Knowledge Module, KM)和认知模块(Cognitive Module, CM)。KM模块收集并储存实现认知功能所需的相关信息,如链路往返时间RTT,超时重传定时器RTO等：CM模块则存储相关算法,利用KM模块中收集的信息,设定相应的规则,实现对现有的TCP协议的性能改进。基于NS2仿真平台,在相同的场景设置下,比较改进前后协议所带来的性能上的差异。仿真证明,相同分组丢失率下,使用改进后协议进行通信的网络,端与端之间的吞吐量有所提升,TCP传送性能得到改善。