滕艷平，王海珍，金 梅， 李大輝

(齊齊哈爾大學計算機與控制工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

一種AdHoc網(wǎng)絡端到端的TCP擁塞控制改進方案*

滕艷平，王海珍，金 梅， 李大輝

(齊齊哈爾大學計算機與控制工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

傳統(tǒng)的TCP協(xié)議是為有線網(wǎng)絡而設計的，它假定數(shù)據(jù)包的丟失是由網(wǎng)絡擁塞引起的，然而在Ad Hoc網(wǎng)絡中，除擁塞丟包外，其它非擁塞因素也會引起數(shù)據(jù)包的丟失。分析Ad Hoc網(wǎng)絡影響TCP性能的主要因素，在原有擁塞控制方案MMJI的基礎上，提出了一種端到端的TCP擁塞控制改進方案(Imp-MMJI)。該方案能根據(jù)前向路徑跳數(shù)自適應調(diào)整擁塞窗口的大小，防止擁塞窗口過快增長，當發(fā)生路由改變或鏈路中斷時，重新計算擁塞窗口cwnd和ssthresh的值，以確保路由重建前后TCP連接負載率的一致性;并在ACK應答包的TCP首部增加了狀態(tài)標志位，結(jié)合多個度量參數(shù)聯(lián)合判斷網(wǎng)絡狀態(tài)，提高網(wǎng)絡狀態(tài)識別的準確性，使發(fā)送端實時采取相應的措施。仿真結(jié)果表明，該方案能使網(wǎng)絡吞吐量得到明顯的提高，改善了TCP的性能。

Ad Hoc網(wǎng)絡；端到端；TCP；擁塞控制

1 引言

無線Ad Hoc網(wǎng)絡是由多個移動節(jié)點構成的自組織系統(tǒng)，其每個節(jié)點既是主機又是路由器，它沒有基站一類的固定通信基礎設施，可以迅速搭建通信平臺，提供通信支持環(huán)境，具有很高的生存能力和靈活性，可廣泛應用于野戰(zhàn)通信、緊急搜救等特殊的環(huán)境中[1]。

TCP協(xié)議是針對固定的有線網(wǎng)絡而設計的，為發(fā)送端和接收端之間提供可靠的、有序的和端到端的數(shù)據(jù)包傳輸服務。傳統(tǒng)的TCP擁塞控制算法AIMD(Additive Increase Multiplicative Decrease)主要由四個部分組成，分別是慢啟動(Slow Start)、擁塞避免(Congestion Avoidance)、快速重傳(Fast Retransmit)和快速恢復(Fast Recovery)。該算法是以丟包作為網(wǎng)絡擁塞判斷的依據(jù)，然而在Ad Hoc網(wǎng)絡中，除擁塞丟包外，較高的比特誤碼率、路由故障、信道接入的不公平性等其它因素也能引起數(shù)據(jù)包的丟失，由于非擁塞所造成的數(shù)據(jù)包丟失占80%以上[2]，但卻觸發(fā)了傳統(tǒng)的TCP擁塞控制機制，使擁塞窗口減小、超時重傳RTO加倍等，這勢必導致TCP性能嚴重下降。本文針對Ad Hoc網(wǎng)絡中影響TCP性能的幾個主要因素進行了分析，在原有MMJI(Multi-Metric Joint Identification)方案的基礎上提出了一種端到端的改進方案(Imp-MMJI)，并對新方案進行了仿真實驗和性能分析。

2 相關研究工作

對于傳統(tǒng)TCP在Ad Hoc網(wǎng)絡中的改進是近年來網(wǎng)絡方向研究的熱點之一，研究者們提出了眾多的改進方案，這些方案大體可分為兩大類：基于網(wǎng)絡內(nèi)部反饋機制(包括跨層改進機制)方案和端到端的改進方案。在這些方案中，擁塞窗口的優(yōu)化問題是研究的一個重要方面，文獻[3]給出擁塞窗口的上限是hop/4(其中hop為發(fā)送端和接收端之間的跳數(shù))，文獻[4]給出擁塞窗口的上限是hop/5。這些研究都針對特定的網(wǎng)絡場景，如鏈狀拓撲結(jié)構、單個TCP流的情形，而在復雜場景下，TCP擁塞窗口的優(yōu)化問題仍需進一步探討。文獻[1,5,6]是針對Ad Hoc網(wǎng)絡中傳輸層的解決方案，當發(fā)生鏈路中斷或路由改變時，即發(fā)送端收到路由失敗通知(ELFN)后，就停止數(shù)據(jù)包的發(fā)送，并凍結(jié)TCP當前的各個環(huán)境變量，如RTO和cwnd等。TCP發(fā)送端通過周期發(fā)送“探測包”來探測網(wǎng)絡路由是否重建，若發(fā)送端收到新的確認，則恢復正常發(fā)送功能，并立即恢復凍結(jié)前的各項變量。這種改進方案相對傳統(tǒng)的TCP擁塞控制使網(wǎng)絡吞吐量獲得較大增益，因為該方案避免了傳統(tǒng)TCP的不必要擁塞控制，但該方案對路由重建前后TCP連接負載率的一致性以及信道誤碼等問題未加考慮。文獻[7,8]利用單項傳輸時延(OTT)或雙向傳輸時延(RTT)的改變來判斷網(wǎng)絡是否發(fā)生擁塞，這種單一度量參數(shù)的檢測方法會把非擁塞當作擁塞來處理，一旦判斷錯誤，將導致采取不恰當?shù)膿砣刂茩C制，降低了網(wǎng)絡吞吐量。文獻[9]給出多個度量參數(shù)聯(lián)合判斷網(wǎng)絡擁塞的方案(MMJI)，這是一種端到端的改進方案，不需要中間節(jié)點的參與，通過對多個度量參數(shù)的檢測來獲取網(wǎng)絡狀態(tài)信息，并對這些狀態(tài)加以識別，以便讓發(fā)送端采取適當?shù)拇胧?。但是，該方案未能考慮擁塞窗口(cwnd)過快增長和路由失敗后對cwnd和ssthresh的重新計算以及網(wǎng)絡狀態(tài)的準確標識等問題。

3 Ad Hoc網(wǎng)絡中影響TCP性能的主要因素

3.1 高誤碼率

由于無線鏈路是開放的有損介質(zhì)，存在許多外界干擾，導致多徑衰落和陰影效應[1,10]，使得Ad Hoc網(wǎng)絡具有較高的比特誤碼率。這些將導致數(shù)據(jù)包丟失和受損，若TCP發(fā)送端在超時重傳計時器RTO超時前還沒有收到ACK，將開始執(zhí)行慢啟動算法，使RTO時間加倍，并將擁塞窗口cwnd降為1。這樣，錯誤頻繁地發(fā)生會使擁塞窗口維持在很小的范圍內(nèi)，從而造成網(wǎng)絡吞吐量的降低。

3.2 節(jié)點移動

Ad Hoc網(wǎng)絡中因節(jié)點移動，使網(wǎng)絡中各節(jié)點之間的連通性發(fā)生了變化，導致鏈路中斷或路由改變，引發(fā)路由失效，這樣對于中間節(jié)點所丟失的數(shù)據(jù)包被TCP發(fā)送端理解為網(wǎng)絡擁塞，進而采取不必要的擁塞控制機制。主要體現(xiàn)在以下三個方面：

(1)當路由失效后，需要發(fā)送端不斷地重構路由算法，若路由重構的時間大于超時重傳RTO時，使之進入慢啟動過程；若發(fā)生鏈路中斷，會使TCP發(fā)送端采用指數(shù)退避算法來推遲數(shù)據(jù)包的重傳，加大了重傳時間間隔[10]。即使路由得到恢復，發(fā)送端也不能及時重傳丟失的數(shù)據(jù)包，而是采用慢啟動機制去探測網(wǎng)絡的可用帶寬，使網(wǎng)絡吞吐量明顯下降。

(2)若在RTO內(nèi)完成了路由重建，由于新建路由狀態(tài)的改變，使得TCP原有的參數(shù)(cwnd、RTO等)不再適合新路由，網(wǎng)絡中將會出現(xiàn)突發(fā)性的數(shù)據(jù)流量，造成大量數(shù)據(jù)包的丟失，降低了TCP的性能。

(3)當頻繁路由失效和路由重建發(fā)生時，使發(fā)送端發(fā)送的順序數(shù)據(jù)包可按照不同的路由進行轉(zhuǎn)發(fā)，到達接收端時將會產(chǎn)生亂序包現(xiàn)象，這必將引發(fā)接收端發(fā)送DupACK，從而導致發(fā)送端進行不必要的重發(fā)，并使之進入擁塞避免階段，使TCP性能下降。

3.3 信道接入不公平性

IEEE 802.11 DCF是Ad Hoc網(wǎng)絡的MAC層事實標準，當節(jié)點成功發(fā)送一個數(shù)據(jù)包后，會隨機選取一個較小的競爭窗口，使之處于競爭的優(yōu)先地位中；當節(jié)點不能成功發(fā)送數(shù)據(jù)包時，采用二進制指數(shù)退避算法，將從 [0, 2k×CWmin-1]隨機選擇一個值作為重發(fā)數(shù)據(jù)包的競爭窗口(其中k為重傳的次數(shù))，這將為競爭失敗的節(jié)點引入一個較大競爭窗口，使之處于不利的地位，從而導致了不公平性。另外，隱藏節(jié)點和暴露節(jié)點的問題也加劇這種不穩(wěn)定性和不公平性。

4 Imp-MMJI改進方案的設計思想

4.1 Imp-MMJI設計模型

Imp-MMJI方案將網(wǎng)絡劃分為正常、網(wǎng)絡擁塞、信道錯誤、路由改變和鏈路中斷五種狀態(tài)。該方案完全依靠發(fā)送端與接收端合作，通過TCP自身端到端的特性來對這些網(wǎng)絡狀態(tài)進行識別，并采取相應的控制措施。具體情形：通過對多個度量參數(shù)(如OTT、RTT等端特性)進行計算，將計算結(jié)果傳遞給識別模塊，識別模塊識別是哪種網(wǎng)絡狀態(tài)后，用3 bit數(shù)據(jù)位進行標識，通過修改ACK應答包TCP首部將標識的結(jié)果通知給發(fā)送端，以便讓發(fā)送端采取適當?shù)捻憫獧C制。另外，當發(fā)送端通過對ACK應答包進行檢測時，若發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)為正常情況，則可通過發(fā)送控制模塊根據(jù)前向路經(jīng)的跳數(shù)自適應調(diào)整擁塞窗口的大小，抑制擁塞窗口的過快增長。特別是當網(wǎng)絡發(fā)生路由改變或鏈路中斷情況時，再重新計算狀態(tài)變量cwnd和ssthresh的值，保持TCP連接前后負載率的一致性，避免擁塞的發(fā)生。因此，該方案具有較強的故障檢測功能。改進的框架結(jié)構如圖1所示。

Figure 1 Framework diagram for Imp-MMJI圖1 Imp-MMJI方案框架結(jié)構圖

4.2 抑制擁塞窗口過快增長機制

由于Ad Hoc網(wǎng)絡資源有限，相比有線網(wǎng)絡更易發(fā)生擁塞，但傳統(tǒng)TCP擁塞窗口增長機制過快，特別是在慢啟動階段(cwnd的初始值為1)，每當發(fā)送的數(shù)據(jù)包被確認后，擁塞窗口cwnd就進行加倍操作，這樣就會給網(wǎng)絡的底層帶來很大負擔，加劇MAC層競爭[11]，使成功發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率減小，影響了TCP性能。因此，在Ad Hoc網(wǎng)絡中，適當抑制擁塞窗口的過快增長是十分必要的。

Imp-MMJI方案針對上述情況，當TCP連接剛剛建立(網(wǎng)絡為正常情況)時，可根據(jù)前向路徑跳數(shù)合理設置擁塞窗口的增長因子β，自適應調(diào)整擁塞窗口的門限值，以保證網(wǎng)絡最大的吞吐量。其計算模型如式(1)和式(2)所示。設cwnd1、cwnd2分別是擁塞窗口增長前后的值，β為窗口的增長因子，則定義如下：

(1)

設平均窗口的大小為cwnd，超時因子為t，數(shù)據(jù)包丟失率為p，則定義如下：

(2)

由式(1)、式(2)可以看出，適當降低β，就可減少超時的次數(shù)，降低底層沖突的概率，提高TCP的吞吐量。那么，β的取值與前向路徑跳數(shù)對吞吐量的影響可通過NS2仿真實驗獲得，其仿真結(jié)果如表1所示。

由表1得出：當前向路徑跳數(shù)3≤PL≤8時，令β=0.01，網(wǎng)絡可獲得最大吞吐量；當前向路經(jīng)跳數(shù)PL>8時，令β=0.1，網(wǎng)絡也能獲得較大吞吐量。

在Ad Hoc網(wǎng)絡中，當發(fā)生路由改變或鏈路中斷時，即發(fā)生了路由失效，這需要發(fā)送端不斷地重構路由算法，當路由重建后，原有MMJI等方案從“冷凍”的狀態(tài)進行恢復，繼續(xù)TCP的傳輸，這并不合適[12]，為此，需要對路由重建后的cwnd和慢啟動門限值ssthresh重新計算，這里ssthresh可設置為當前擁塞窗口cwnd的一半。設cwnd3為路由改變后的擁塞窗口，hop2、hop3分別為路由改變前后的前向路徑跳數(shù)，RTT2、RTT3分別為路由改變前后的往返時間。其計算模型如式(3)所示。

Table 1 Comparison of throughput with different β表1 不同的β取值對應的吞吐量比較

(3)

其中，γ為常數(shù)，通過實驗分析，當γ取值在0.7～0.8時，網(wǎng)絡吞吐量相對較大，在本文改進方案中，取γ=0.75，使網(wǎng)絡的性能最佳。

4.3 ACK應答包的TCP首部的改進

(1)度量參數(shù)的定義。

參數(shù)聯(lián)合檢驗MMJI[6,9,13]主要依靠對四個度量參數(shù)(IDD、STT、POR和PLR)的聯(lián)合檢驗，來提高判別網(wǎng)絡狀況的準確性。下面將給出四個度量參數(shù)的定義和計算公式。

①包間傳輸時延差異IDD(Inter-packet Delay Difference)，能在一定程度上反映前向路徑的擁塞情況。接收端計算IDD值，其公式為：IDD=(Ai+1-Si+1)-(Ai-Si)(其中Ai是第i個數(shù)據(jù)包到達接收端的時間戳，Si是第i個包在發(fā)送端的發(fā)送時間戳)。網(wǎng)絡擁塞程度越高，IDD的值越大，但如果發(fā)生路由改變或數(shù)據(jù)包出現(xiàn)亂序時，也會使IDD值增大。

②短期吞吐量STT(Short Term Throughput)，提供T時間段內(nèi)的網(wǎng)絡吞吐量。STT的計算公式為：STT=Np(T)/T(其中Np(T)是T時間段內(nèi)收到數(shù)據(jù)包的個數(shù))。STT常用于對短暫路由的改變，所以常常將IDD與STT聯(lián)合起來判斷網(wǎng)絡的擁塞情況，網(wǎng)絡擁塞越高，STT越小，但如果網(wǎng)絡發(fā)生鏈路中斷或突發(fā)性的信道誤碼，STT也會減小，特別是當鏈路中斷時，STT趨于0。另外，也可采用IDD和RTT聯(lián)合判定法，通過發(fā)送端對RTT檢測來提高判別的準確性。

③數(shù)據(jù)包丟失率PLR(Packet Loss Ratio)，在每個時間間隔T內(nèi)，接收端計算丟包率PLR，其計算公式為：PLR=1-Np(T)/(Pn-Pn-1)。當網(wǎng)絡中發(fā)生突發(fā)性信道誤碼時，PLR值會增大。

④數(shù)據(jù)包亂序比率POR(Packet Out-of-order delivery Ratio)，是由路由改變引起的。POR計算公式為：POR=No(T)/ (Pn-Pn-1)(其中T為時間間隔，Pn是T時間間隔內(nèi)收到數(shù)據(jù)包的最大序號，Pn-1是上一個時間間隔內(nèi)收到數(shù)據(jù)包的最大序號，No(T)是T時間間隔內(nèi)亂序包的個數(shù))。網(wǎng)絡中路由發(fā)生變化時，POR值會增大。

(2)網(wǎng)絡狀態(tài)識別和響應機制。

Imp-MMJI方案在MMJI的基礎上，通過對應答包ACK的首部加以改進，從原來TCP首部中的6 bit保留位中劃出3 bit作為網(wǎng)絡狀態(tài)的標志位(SF)，具體情形是：網(wǎng)絡正常(000)、網(wǎng)絡擁塞(111)、信道錯誤(001)、路由改變(010)、鏈路中斷(011)，再將四個度量參數(shù)聯(lián)合判斷的結(jié)果，通過ACK包TCP首部3 bit的標志位[6]反饋給發(fā)送端，使之采取相應的措施。網(wǎng)絡狀態(tài)的判斷結(jié)果如表2所示。

Table 2 Identification of network states表2 網(wǎng)絡狀態(tài)判別表

由表2可知，當接收端對度量參數(shù)樣本值進行計算后，再根據(jù)給定的門限值就能確定其大小，可通過IDD和STT聯(lián)合判斷網(wǎng)絡是否發(fā)生了擁塞，當IDD較大，而STT又較小時，網(wǎng)絡發(fā)生了擁塞。在非擁塞情況下，當POR較大，則發(fā)生路由改變；當PLR較大，則產(chǎn)生了信道誤碼；當STT≈0時，接收端收不到任何數(shù)據(jù)包，則發(fā)生鏈路中斷。

當發(fā)送端收到三個重復的ACK或發(fā)生RTO超時，得知數(shù)據(jù)包丟失，通過ACK包的首部攜帶網(wǎng)絡狀態(tài)標志判斷是否發(fā)生擁塞。若ACK首部SF域為111，可知網(wǎng)絡發(fā)生擁塞，便啟動傳統(tǒng)TCP擁塞控制機制(例如TCP NewReno版本)；若SF為001，則認為丟包是由于信道錯誤引起的，故不需要調(diào)用擁塞控制的慢啟動算法，只需重傳丟失的數(shù)據(jù)包，采用Fixed RTO策略，并保持擁塞窗口cwnd和RTO等變量不變；若SF為010或011，則認為丟包是由于路由變化或鏈路中斷引起的，這時發(fā)送端會收到多個重復的ACK，并發(fā)生RTO連續(xù)超時，當路由重建后，可根據(jù)公式(3)重新計算路由改變后的擁塞窗口cwnd和ssthresh,使TCP發(fā)送端在恢復傳輸時能根據(jù)當前TCP連接的可用資源自適應地調(diào)整數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，降低突發(fā)流量造成網(wǎng)絡擁塞的可能性，有效利用新路由的網(wǎng)絡資源和提高TCP的性能。

5 Imp-MMJI方案的算法流程

根據(jù)上節(jié)所述內(nèi)容，給出Imp-MMJI的算法流程，執(zhí)行步驟[13]如下所示：

(1)接收端的處理流程：

Step1保存數(shù)據(jù)包的序號，以及發(fā)送和接收的時間戳；

Step2計算樣本值：T、IDD、STT、PLR、POR等；

Step3為每個度量參數(shù)估算high/low(本文取IDD、STT門限值為0.31，PLR、POR門限值為0.45)，根據(jù)表2來判斷網(wǎng)絡狀態(tài)，獲得3 bit的狀態(tài)標志位SF；

Step4根據(jù)拓撲結(jié)構獲取網(wǎng)絡前向路徑跳數(shù)PL的值；

Step5將SF與PL的值填入ACK包TCP首部的相應字段中；

Step6發(fā)送ACK包。

(2)發(fā)送端的處理流程：

Step1從ACK包獲取PL和SF；

Step2根據(jù)SF所標識3 bit的信息判定網(wǎng)絡狀態(tài)，若網(wǎng)絡正常，再根據(jù)PL的值得到擁塞窗口的增長因子，若3≤PL≤8，取β=0.01，否則取β=0.1；

Step3若網(wǎng)絡發(fā)生數(shù)據(jù)包的丟失，則由SF判斷是哪種非正常的網(wǎng)絡狀態(tài)，再分別采取相應的控制措施；當路由改變或鏈路中斷時，需按公式(3)重新計算cwnd和ssthresh的值，取常數(shù)γ=0.75；

Step4針對不同的網(wǎng)絡狀態(tài)，可調(diào)整擁塞窗口的大小，重新封裝緩存中的數(shù)據(jù)包；

Step5發(fā)送新的數(shù)據(jù)包或重傳丟失的數(shù)據(jù)包。

6 仿真結(jié)果及性能分析

本方案利用NS2網(wǎng)絡仿真平臺[9,14,15]進行實驗和性能分析，仿真參數(shù)和場景：MAC層協(xié)議為IEEE 802.11 DCF，帶寬為2 Mbps，節(jié)點通信范圍為250 m，數(shù)據(jù)包大小為1 460字節(jié)，路由協(xié)議為AODV，應用層協(xié)議選用FTP。

實驗1該實驗的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構為隨機拓撲，A為發(fā)送端，B為接收端，在兩端之間共有六個節(jié)點，與發(fā)送端和與接收端相連的兩個節(jié)點為固定節(jié)點，其余四個節(jié)點為移動節(jié)點，這樣使網(wǎng)絡的拓撲不斷發(fā)生變化，A與B之間的路由經(jīng)常改變，時通時斷。圖2給出了TCP發(fā)送端為TCP-Reno、MMJI以及Imp-MMJI 三種方案的擁塞窗口隨時間變化的仿真結(jié)果。

Figure 2 Congestion window over time圖2 擁塞窗口隨時間變化圖

從圖2可以看出，在30 s之前，三種方案的擁塞窗口基本完全相同，說明它們的性能在路由沒有中斷或改變時是一樣的；端點A與B之間的路由在30 s之后經(jīng)常發(fā)生變化，其中TCP-Reno多次超時并進行指數(shù)退避，發(fā)生了五次中斷，其路由重建后恢復傳輸?shù)臅r間明顯比MMJI和Imp-MMJI慢，其擁塞窗口cwnd總是維持在很小的值。而MMJI在路由中斷時保持RTO不變，進入冷凍狀態(tài)，從而避免TCP發(fā)送端需要等待過長的時間才能重傳下一個未被確認的數(shù)據(jù)包，使TCP的性能有所改善。但是，Imp-MMJI方案是在MMJI的基礎上，當發(fā)生路由改變或鏈路中斷時，發(fā)送端重構路由算法，重新計算cwnd和ssthresh的值，保證TCP連接負載率的均衡性，避免突發(fā)流量造成的丟包，保持相對較大的擁塞窗口，使TCP性能的改善更加顯著。

實驗2該實驗仿真選用RWP移動模型，場景大小為2 000 m×2 000 m矩形區(qū)域，節(jié)點最大移動速度為30 m/s，節(jié)點個數(shù)為50個。

Figure 3 Performance simulation of Imp-MMJI圖3 Imp-MMJI方案的性能仿真圖

圖3的仿真結(jié)果是在節(jié)點移動、信道誤碼為2%和網(wǎng)絡擁塞都存在的情況下進行的[13, 15]，具有一定的代表性。

從圖3可以看出，Imp-MMJI方案吞吐量比TCP-Reno高1～2倍，而MMJI的吞吐量介于兩者之間。隨著節(jié)點移動速度的增加，三種方案的吞吐量都呈下降趨勢，但在相同速率下，Imp-MMJI的平均吞吐量明顯高于前兩種方案。在TCP-Reno方案中，隨著節(jié)點移動速度的增加，經(jīng)常導致路由改變或鏈路中斷，從而產(chǎn)生丟包或錯序包的現(xiàn)象，使網(wǎng)絡的吞吐量下降較快。而新方案Imp-MMJI能正確區(qū)分丟包的原因，對網(wǎng)絡狀態(tài)更加準確地識別，特別是對非擁塞所造成的丟包能采取更加有效的措施，提高了網(wǎng)絡的平均吞吐量。

7 結(jié)束語

本文針對無線Ad Hoc網(wǎng)絡，提出了一種端到端的TCP擁塞控制的改進方案Imp-MMJI，該方案首先能針對前向路徑的跳數(shù)自適應調(diào)整擁塞窗口大小，抑制窗口的過快增長，減少發(fā)生擁塞的可能性，特別是當路由變化或鏈路中斷時，能對擁塞窗口cwnd和門限值ssthresh重新進行計算，保持網(wǎng)絡負載率的一致性，避免出現(xiàn)突發(fā)的TCP流量所造成的數(shù)據(jù)包丟失，有效利用網(wǎng)絡資源。另外，該方案改進了應答包ACK的TCP首部，在原有MMJI方案的基礎上，增加網(wǎng)絡狀態(tài)標志位，進一步增強網(wǎng)絡狀態(tài)識別的準確性。在發(fā)送端采取相應的改進措施，使TCP的性能得到明顯的改善。但是，該方案未考慮信道的公平性、度量參數(shù)門限值和窗口增長因子的進一步優(yōu)化問題，這在今后的研究中需進一步完善。另外，利用TCP協(xié)議棧各層聯(lián)合來解決問題，即實現(xiàn)跨層設計的擁塞控制方案也是未來的一個研究方向。

[1] Feng Y J, Sun L M, Qian H L, et al. Improving TCP performance over MANET:A survey[J]. Journal of Software,2005, 16(3):434-444.(in Chinese)

[2] Wei Y,Bai G W.Improved algorithm of TCP congestion control in multi-hop Ad Hoc networks[J]. Computer Engineering and Design, 2009, 30(23):5314-5336.(in Chinese)

[3] Li J, Blake C, De Couto D, et al. Capacity of Ad Hoc wireless networks[C]∥Proc of the 7th International Conference on Mobile Computing and Networking (MOBICOM 01), 2001:61-69.

[4] Chen K, Xue Y, Nahrstedt K. On setting TCP’s congestion window limit in mobile Ad Hoc networks[C]∥Proc of the International Conference on Communications(ICC’03), 2003:1080-1084.

[5] Hollomd G, Vaidya N. Analysis of TCP performance over mobile Ad Hoc networks[J]. Wireless Networks, 2002, 8(2):275-288.

[6] Cheng J, Hong P L, Li J S. Performance analysis on improved schemes of TCP in mobile Ad Hoc networks[J]. Computer Applications, 2005, 25(2):265-269.(in Chinese)

[7] Wu Q L, Wu B, Zhang J Q. Improving TCP performance for mobile Ad Hoc networks through employing end-to-end identification[J]. Journal of Hefei University of Technology, 2008,31(9):1458-1461. (in Chinese)

[8] Zhang R H, Kong X Z, Liu Y. Performance improvement of TCP in wireless multi-hop network[J]. Journal of Tsinghua University, 2010,50(1):49-53.(in Chinese)

[9] Fu Z, Greenstein B, Meng X, et al. Design and implementation of atcp friendly transport protocol for Ad Hoc wireless networks[C]∥Proc of the 10th IEEE International Conference on Network Protocols Paris,2002:215-225.

[10] Xu W Q, Wang Y M, Yu C H, et al. Cross-layer optimal congestion control scheme in mobile Ad Hoc networks[J]. Journal of Software, 2010, 21(7):1667-1678.(in Chinese)

[11] Song J, Li H, Li Y Y, et al. Adaptive ADTCP:Improvement scheme of TCP in Ad Hoc network[J]. Journal of Computer Applications,2010,30(7):1750-1756.(in Chinese)

[12] Zhou J X, Shi B X. Enhance TCP performance in Ad Hoc network by TCP-RC[J]. MINI-MICRO Systems, 2006,27(6):1064-1068.(in Chinese)

[13] Jiang D X, Pan S W, Zhou Y, et al. Improvement of TCP congestion control algorithm for mobile Ad Hoc networks through employment end-to-end identification[J]. Computer Science, 2010,37(7):105-109.(in Chinese)

[14] Niu Z,Xiang Y.End to end congestion control of UDP stream for Ad Hoc networks[J].Computer Engineering and Design,2009,30(6):1301-1306.(in Chinese)

[15] JiST user guide and swans user guide[EB/OL]．[2004-12-15].http：//jist.ece.conell.edu/docs.html.

附中文參考文獻：

[1] 馮彥君,孫利民,錢華林,等.MANET中TCP改進研究綜述[J].軟件學報,2005,16(3):434-444.

[2] 魏瀅,白光偉.多跳Ad Hoc網(wǎng)絡TCP擁塞控制改進方案[J].計算機工程與設計,2009,30(23):5314-5336.

[6] 程劍, 洪佩琳, 李津生.移動Ad Hoc網(wǎng)絡中的TCP改進方案性能分析[J].計算機應用,2005,25(2):265-269.

[7] 吳其林, 武彬, 章峻青. 一種基于端到端的Ad Hoc網(wǎng)絡TCP性能改進方案[J]. 合肥工業(yè)大學學報,2008,31(9):1458-1461.

[8] 張閏華, 孔祥震, 劉瑩. 無線多跳網(wǎng)絡中TCP的性能改進[J]. 清華大學學報,2010,50(1):49-53.

[10] 徐偉強,汪亞明,俞成海,等.移動Ad Hoc網(wǎng)絡的跨層優(yōu)化擁塞控制[J].軟件學報,2010,21(7):1667-1678.

[11] 宋軍,李浩,李嫄源,等. Ad Hoc中的TCP改進方案—Adaptive ADTCP[J].計算機應用,2010,30(7):1750-1756.

[12] 周建新,石冰心.TCP-RC增強Ad Hoc網(wǎng)絡TCP性能[J].小型微型計算機系統(tǒng),2006,27(6):1064-1068.

[13] 蔣道霞,潘守偉,周曜,等.一種基于端到端的Ad Hoc網(wǎng)絡TCP擁塞控制改進算法[J].計算機科學,2010,37(7):105-109.

[14] 牛章鵬，向勇.自組網(wǎng)絡端系統(tǒng)中UDP流的擁塞控制[J].計算機工程與設計，2009,30(6):1301-1306.

TENGYan-ping,born in 1965,MS,associate professor,her research interests include wireless network, and operating system.

王海珍(1976-),女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，副教授，研究方向為嵌入式技術和網(wǎng)絡工程。E-mail:Wanghaizhen1976@163.com

WANGHai-zhen,born in 1976,MS,associate professor,her research interests include embedded technology, and network engineering.

金梅(1977-),女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，講師，研究方向為移動計算和網(wǎng)絡。E-mail:jinmare@126.com

JINMei,born in 1977,MS,lecturer,her research interests include mobile computing, and network.

李大輝(1968-),男，黑龍江克山人，博士，教授，研究方向為計算機網(wǎng)絡、信號與系統(tǒng)、圖形圖像處理。E-mail:ks_lidahui_qqhru@yahoo.com.cn

LIDa-hui,born in 1968,PhD,professor,his research interests include computer network,signals and systems, and graphic image processing.

Animprovedschemeofend-to-endTCPcongestioncontrolinAdHocnetwork

TENG Yan-ping，WANG Hai-zhen,JIN Mei，LI Da-hui

(College of Computer and Control Engineering,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China)

The traditional TCP protocol is designed for wired networks, and it is assumed that the packet loss is caused by network congestion. However, in Ad Hoc network, in addition to the congestion loss, other non-congestion factors can also cause packet loss. The main factors affecting TCP performance of Ad Hoc Network are analyzed, and an end-to-end TCP congestion control scheme (Imp-MMJI) is proposed, which is based on the original congestion control scheme of MMJI. According to the forward path hops, the scheme adaptively adjusts the congestion window size and prevents the excessive growth of the congestion window. When the route changes or link interruption occurs, the scheme can calculate cwnd and ssthresh values of the congestion window in order to ensure the consistency of the TCP connection load rate when the routing is reconstructed. Besides, the scheme adds the state sign bit in TCP header of the ACK reply packet, which combines multiple measurement parameters to judge the network state so as to improve the network state recognition accuracy and make the sender respond in real time. The simulation results show that the scheme can improve the network throughput and the TCP performance obviously.

Ad Hoc network;end-to-end;TCP;congestion control

1007-130X(2014)08-1493-07

2012-12-27;

：2013-03-25

黑龍江省教育廳科學技術研究資助項目(12541880)

TP393

：A

10.3969/j.issn.1007-130X.2014.08.012

滕艷平(1965-),女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，副教授，研究方向為無線網(wǎng)絡和操作系統(tǒng)。E-mail:Typ2732996@163.com

通信地址：161006 黑龍江省齊齊哈爾市齊齊哈爾大學計算機與控制工程學院

Address:College of Computer and Control Engineering,Qiqihar University,Qiqihar 161006,Heilongjiang,P.R.China