LTE网络中基于无线丢包感知的跨层拥塞控制方法

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:valgrind2
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随着4G/LTE(4 Generation/Long Term Evolution)网络的迅速发展与部署以及无线移动网络性能的进一步提升,互联网中的用户数和应用都出现爆炸性增长。在网络带宽提高的同时数据量也急剧增加,使得拥塞问题成为影响数据传输性能最重要的因素之一,在出现拥塞时如果不能及时有效的进行控制,会严重影响通信质量。与有线网络相比,无线网络通常具大时延、带宽不对称、高误码率以及短期流多的特点,造成误码等非拥塞因素可能成为丢包的主要原因,使得TCP协议在无线环境中受到很大限制,TCP Westwood(简称TCPW)是针对无线网络特点而设计的,但算法无法区分丢包类型,当网络中出现丢包时TCPW算法都会按照拥塞丢包来处理,采取相同的窗口减小策略;在拥塞避免阶段发送窗口的增长方式仍然沿用盲目性的递增机制,不能有效的缓解网络拥塞;并且在带宽估计过程中没有考虑ACK压缩和报文到达突发性等因素的影响,往往会造成带宽估计过高的问题,因此针对TCPW算法进行改进以适应复杂的无线网络环境一直是研究的热点。本文首先综述了4G/LTE网络的特征以及其面临的问题,然后系统地阐述各种应用于无线网络环境下的拥塞控制协议,并在此基础上深入研究,主要研究成果如下:针对传统TCPW算法无法区分丢包类型的问题,提出了一种基于跨层的解决方案,借助无线链路控制层(Radio Link Control,RLC)的帮助,利用ARQ机制的ACK/NACK信息对无线链路质量进行估计,并根据无线链路质量区分丢包原因,仿真实验结果表明该方案能有效的区分丢包类型,并提高系统吞吐量。针对TCPW算法窗口增长盲目性和单一性的问题,提出了一种改进的拥塞控制算法,利用单向时延的变化趋势来划分网络拥塞程度,根据网络拥塞程度调整发送窗口的增长幅度,并在时延测量过程中通过跨层方法消除RLC层重传机制带来的附加时延和时延抖动,仿真实验结果表明,改进的拥塞控制算法提高了带宽资源利用率并降低网络丢包率。针对带宽估计偏高的问题,改进了带宽采样值的计算方法,在带宽估计过程中引入了拥塞程度衡量因子,避免了由于带宽估计过高而造成TCP协议性能的下降,仿真实验结果表明改进算法能明显提高网络传输性能,同时提高了其公平性。
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