智能终端的发展和普及引发了互联网的一次突破性的革命,移动互联网作为一种新的服务形式逐渐承担起了更多的数据传输任务。与此同时,移动网络服务的重心也从简单的文本向大数据量的图片及音视频文件转移。为了保证移动网络中数据的高效传输,LTE(Long Term Evolution)网络已成为了移动数据传输的主要承载形式。由于存在小区切换、信道衰落等干扰,LTE网络中丢包现象及带宽变化相比于有线网络来说发生得更加频繁。这就使得针对有线网络环境提出的TCP(Transmission Control Protocol)协议,虽然作为传输层的主要协议对数据的可靠传输提供了保障,但应用于LTE网络中就会产生不适配的问题。经统计,LTE网络中有相当一部分的TCP流遭遇的丢包是通过超时重传,而不是快重传机制恢复的,这些非必要的超时重传现象也被称作伪超时现象。本文首先对大量的仿真结果及传统TCP协议机制进行分析,详细总结了伪超时重传的表现形式和负面影响,并对伪超时重传现象的产生原因做了进一步的阐述。其次,针对伪超时现象的拥塞窗口异常更新问题,本文基于影子价格对TCP传输过程抽象建立了动态反馈模型,通过旁路反馈模式监测当前网络状态,为充分利用网络资源提供了可能。综合以上结果,本文提出了一个LTE网络中TCP重传算法的优化方案TCP-SR(TCP-Shadow Price)。TCP-SR通过重传包探测的方法来避免伪超时重传的产生,同时利用动态反馈机制对重传的拥塞窗口更新机制做了进一步的调整。最后,TCP-SR被分别应用在点对点及LTE两种网络场景下进行仿真验证,并与常用TCP协议版本进行对比分析。实验结果表明,TCP-SR能够有效地减少传输过程中的伪超时现象,在误码率高和带宽波动的网络环境下均有不错的表现。在LTE场景下对终端的移动性和小区内/间干扰也有良好的应对,吞吐量的增益也可达到23%-28%。
步入21世纪第二个十年,人类社会正逐步由传统的互联网时代向移动互联网时代转型。据统计,2017上半年,国内使用手机上网的用户数量已经突破11亿大关。随着便携式智能终端的普及,以及各类移动应用呈现出的爆发式增长,移动数据流量的暴增给移动无线通信技术带来了更大的挑战。相较于有线网络中的传输,无线链路自身有着不同的传输特性,例如广播传输,易受天气、建筑结构等外界因素影响,稳定性差,丢包率高等。为了保证无线网络中数据传输的可靠性,将错误或丢失的数据包进行重传是一种方便、直接、有效的方式。与此同时,重传也造成了时间和空间上的额外开销。而网络编码的提出,给无线网络中的重传研究提供了新的思路。本文以基于网络编码的无线广播重传算法为对象进行研究,主要工作如下:1.对现有的2种具有代表性的网络编码广播重传算法进行了介绍和分析,针对信道资源较为稀缺的场景,以减少整体重传次数为优化目的,提出一种基于Hash查找的无块化重传方案(Hash Searching based Non-Block Retransmission,HSNBR),该方案通过对丢失的数据包构建Hash表,在Hash表中利用Hash邻域搜索算法快速选择丢失数据包的组合,并配合发送缓存器更新机制增加丢包组合的几率,以此减少总的重传次数。仿真结果表明,该方案可以有效降低重传次数,相比现有方案在重传效率方面的性能更为优异。2.在实时性要求较高的应用场景中,数据包存在截止时间的约束条件,如果数据包在其截止时间内未能到达目的节点,则该数据包会因超时而失效。针对这一问题,本文提出了一种以降低超时数据包数量为主要优化目标,以提升重传效率为次要优化目标的低延迟Hash查找无块化重传方案(Low Latency-Hash Searching based Non-Block Retransmission,LL-HSNBR)。该方案中,发送节点会将数据包按照生存期进行升序,并优先重传靠前的数据包,以此来降低超时数据包的数量。此外,该方案利用网络编码技术以实现更高的重传效率。仿真结果表明,该方案可以有效降低数据包超时率,同时有着较高的重传效率,可以适用于实时性较强的应用场景。
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