TCP-CC: giao thức điều chỉnh tốc độ TCP dựa trên kiểm soát tranh chấp trong các mạng không dây

Wireless Networks - Tập 21 - Trang 1061-1078 - 2014
Hengheng Xie1, Azzedine Boukerche1
1Ottawa, Canada

Tóm tắt

Giao thức Điều khiển Truyền tải (TCP) hoạt động kém hiệu quả trên các mạng không dây. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng cơ chế kiểm soát tắc nghẽn của TCP có thể gây ra tình trạng bùng nổ trong luồng lưu lượng. Nhiều đoạn TCP được truyền đồng thời, trong khi một xác nhận về việc truyền lại được nhận thành công. Tình trạng bùng nổ dẫn đến một mạng lưới cực kỳ căng thẳng, điều này làm tăng đáng kể xác suất mất gói tin trên các mạng không dây. Điều chỉnh tốc độ TCP là một giải pháp khả thi cho tình trạng bùng nổ TCP trên các mạng nhiều nhảy. Trong thuật toán này, việc truyền các đoạn TCP được phân phối qua toàn bộ Thời gian Trở lại (Round Trip Time). Hầu hết các giao thức điều chỉnh tốc độ cố gắng đưa vào một khoảng thời gian trễ vào việc truyền TCP. Tuy nhiên, có một thuật toán điều chỉnh tốc độ tương tự trong IEEE802.11, được gọi là cơ chế cửa sổ tranh chấp. Trong bài báo này, chúng tôi trước tiên đo lường và phân tích cách mà kích thước cửa sổ tranh chấp ảnh hưởng đến thông lượng TCP trong các kịch bản khác nhau. Chúng tôi đề xuất một giao thức điều chỉnh tốc độ TCP đa lớp với kiểm soát tranh chấp tại lớp MAC, được gọi là Kiểm soát Tranh chấp TCP (TCP-CC). Giao thức này điều chỉnh giới hạn dưới của cửa sổ tranh chấp để tối ưu hóa thông lượng TCP tổng thể trong cả topologies một nhảy và nhiều nhảy. Cuối cùng, các mô phỏng so sánh được thực hiện để xác minh những cải tiến của giao thức của chúng tôi trên cả TCP Reno và TCP Vegas.

Từ khóa

#Giao thức TCP #mạng không dây #điều chỉnh tốc độ TCP #kiểm soát tắc nghẽn #cửa sổ tranh chấp

Tài liệu tham khảo

(1981). Transmission Control Protocol. IETF RFC Std. 793. Marfia, G., & Roccetti, M. (2010). TCP at last: reconsidering TCP’s role for wireless entertainment centers at home. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 56, 2233–2240. Fu, Z., Luo, H., Zerfos, P., Lu, S., & Zhang, L. (2005). Mario gerla: The impact of multihop wireless channel on TCP performance. IEEE Transactions on Mobile Computing, 4, 209–221. Ren, F., & Lin, C. (2011). Modeling and improving TCP performance over cellular link with variable bandwidth. IEEE Transactions on Mobile Computing, 10, 1057–1070. Shi, K., Shu, Y., Yang, O., Wang, J., & Luo, J. (2011). Improving TCP performance for EAST experimental data in the wireless LANs. IEEE Transactions on Nuclear Science, 58, 1825–1832. Zhang, X., Zhu, W., Li, N., & Sung, D. (2010). TCP congestion window adaptation through contention detection in ad hoc networks. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 59, 4578–4588. Park, E., Kim, D., Kim, H., & Choi, C. (2008). A cross-layer approach for per-station fairness in TCP over WLANs. IEEE Transactions on Mobile Computing, 59, 898–911. Luo, C., Yu, F., Ji, H., & Leung, V. (2010). Cross-layer design for TCP performance improvement in cognitive radio networks. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 59, 2485–2495. Chen, D., Ji, H., & Leung, V. (2012). Distributed best-relay selection for improving TCP performance over cognitive radio networks: A cross-layer design approach. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 30, 315–322. Aggarwal, A., Savage, S., & Anderson, T. (2000). Understanding the performance of TCP pacing. In INFOCOM 2000. Nineteenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. Proceedings. IEEE, Vol. 3 (pp. 1157–1165). ElRakabawy, S., & Lindemann, C. (2011). A practical adaptive pacing scheme for TCP in multihop wireless networks. Networking, IEEE/ACM Transactions on, 19(4), 975–988. Bhutani, G. (2010). A near-optimal scheme for tcp ack pacing to maintain throughput in wireless networks. In Communication Systems and Networks (COMSNETS), 2010 Second International Conference on (pp. 1–7). Luo, C.-Y., Komuro, N., Takahashi, K., & Tsuboi, T. (2007). Paced TCP: A dynamic bandwidth probe TCP with pacing in ad hoc networks. In Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2007. PIMRC 2007. IEEE 18th International Symposium on (pp. 1–5). Oo, M., & Othman, M. (2009). How good delayed acknowledgement effects rate-based pacing tcp over multi-hop wireless network. In 2009 International Conference on Signal Processing Systems (pp. 464–468). Fu, Z., Zerfos, P., Luo, H., Lu, S., Zhang, L., & Gerla, M. (2003). The impact of multihop wireless channel on tcp throughput and loss. In INFOCOM 2003. Twenty-Second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications. IEEE Societies, Vol. 3, (pp. 1744–1753). Matsushita, Y., Matsuda, T., & Yamamoto, M. (2005). Tcp congestion control with ack-pacing for vertical handover. In Wireless Communications and Networking Conference, 2005 IEEE, Vol. 3 (pp. 1497–1502). Sinha, S. (1998). A tcp tutorial. [Online]. http://ssfnet.org/Exchange/tcp/tcpTutorialNotes.html Tung, L.-P., Shih, W.-K., Cho, T.-C., Sun, Y., & Chen, M. C. (2007). TCP throughput enhancement over wireless mesh networks. Communications Magazine, IEEE, 45(11), 64–70. Xiong, N., Vasilakos, A. V., Yang, L. T., Wang, C.-X., Kannan, R., Chang, C.-C., & Pan, Y. (2010). A novel self-tuning feedback controller for active queue management supporting TCP flows. Information Sciences, 180(11), pp. 2249–2263. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020025509005258. (1997). Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification. IEEE Std. 802.11. Zhang, X. M., Zhu, W. B., Li, N. N., & Sung, D. K. (2010). TCP congestion window adaptation through contention detection in ad hoc networks. Vehicular Technology, IEEE Transactions on, 59(9), 4578–4588. Li, X., Kong, P.-Y., & Chua, K.-C. (2007). TCP performance in IEEE 802.11-based ad hoc networks with multiple wireless lossy links. Mobile Computing, IEEE Transactions on, 6(12), 1329–1342. Anastasopoulos, M., Petraki, D., Kannan, R., & Vasilakos, A. (2010). TCP throughput adaptation in WiMax networks using replicator dynamics. Systems, Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics, IEEE Transactions on, 40(3), 647–655. Padhye, J., Firoiu, V., Towsley, D. F., & Kurose, J. F. (2000). Modeling TCP reno performance: A simple model and its empirical validation. IEEE/ACM Transactions on Networking, 8, 133–145. Xie, H., Pazzi, W., & Boukerche, A. (2012). A novel cross layer tcp optimization protocol over wireless network by markov decision process. In: GLOBECOM12. Global Communication Conference (pp. 5945–5950). Samios, C. B., & Vernon, M. K. (2003). Modeling the throughput of TCP vegas. SIGMETRICS Perform. Eval. Rev., 31(1), pp. 71–81. [Online]. doi:10.1145/885651.781037. Fortin-Parisi, S., & Inria, I. (2004). A markov model of TCP throughput, goodput and slow start. Performance Evaluation - Special issue: Distributed systems performance, 58, 89–108. Xie, H., Boukerche, A., & Almulla, M. (2013). A novel cross layer TCP pacing protocol for multi-hop wireless networks. In WCNC’13, IEEE Wireless Communication and Network Conference. NS2 (2007). The network simulator ns-2. [Online]. http://www.isi.edu/nsnam/ns/ Youssef, M., Ibrahim, M., Abdelatif, M., Chen, L., & Vasilakos, A. (2014). Routing metrics of cognitive radio networks: A survey. Communications Surveys Tutorials, IEEE, 16(1), 92–109. Vasilakos, A. V., Zhang, Y., & Spyropoulos, T. (2011). Delay tolerant networks: Protocols and applications (1st ed.). Boca Raton, FL: CRC Press Inc. Chen, M., Wan, J., Gonzalez, S., Liao, X., & Leung, V. (2014). A survey of recent developments in home m2m networks. Communications Surveys Tutorials, IEEE, 16(1), 98–114.