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TCP協(xié)議的擁塞控制策略及改進(jìn)

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摘 要：TCP是針對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一種傳輸協(xié)議，其錯(cuò)誤控制機(jī)制是基于將所有丟包原因都?xì)w結(jié)于網(wǎng)絡(luò)擁塞的假設(shè) 。這種錯(cuò)誤控制機(jī)制在有線網(wǎng)絡(luò)上獲得了很大的成功；但由于移動(dòng)計(jì)算環(huán)境有著明顯不同于有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)，如較高的位出錯(cuò)率、可用帶寬小、衰減信道等，因此針對(duì)傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的TCP協(xié)議，其性能受到了很大影響 。本文對(duì)目前移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下TCP協(xié)議的一些主要改進(jìn)方案進(jìn)行了綜述，在對(duì)這些方案進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并且對(duì)這些方案進(jìn)行了比較 。最后，提出了進(jìn)一步研究的方向 。
要害詞：TCP, 移動(dòng)計(jì)算，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，錯(cuò)誤控制
1. 引言
互聯(lián)網(wǎng)最初源于美國(guó)國(guó)防部的ARPANET計(jì)劃 。在上世紀(jì)60年代中期，正是冷戰(zhàn)的高峰，美國(guó)國(guó)防部希望有一個(gè)命令和控制網(wǎng)絡(luò)能夠在核戰(zhàn)爭(zhēng)的條件下幸免于難，而傳統(tǒng)的電路交換的電話網(wǎng)絡(luò)則顯得太脆弱 。國(guó)防部指定其下屬的高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）解決這個(gè)問題，此后誕生的一個(gè)新型網(wǎng)絡(luò)便稱為ARPANET，其最大特點(diǎn)是采用無(wú)連接的端到端包交換服務(wù) 。隨后ARPANET開始與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）建成的NSFNET及加拿大、歐洲和太平洋地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 。到了80年代中期，人們開始把互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)稱為互聯(lián)網(wǎng) 。
早在70年代中期，ARPA為了實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)與互通，推出了TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范 。時(shí)至今日，TCP/IP協(xié)議也成為最流行的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議，并由單純的TCP/IP協(xié)議發(fā)展成為一系列以IP為基礎(chǔ)的TCP/IP協(xié)議簇 。TCP／IP協(xié)議簇為互聯(lián)網(wǎng)提供了基本的通信機(jī)制 。
互聯(lián)網(wǎng)采用的是無(wú)連接的端到端數(shù)據(jù)包交換，提供“盡力而為”（best effort）服務(wù)模型的設(shè)計(jì)機(jī)制 。這種機(jī)制的最大優(yōu)勢(shì)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng) ?；ヂ?lián)網(wǎng)在過去的十幾年中經(jīng)歷了爆炸式的增長(zhǎng)，這已經(jīng)充分證實(shí)了這種設(shè)計(jì)機(jī)制的成功 。然而這種優(yōu)勢(shì)并不是沒有代價(jià)的，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的膨脹，網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題也越來(lái)越嚴(yán)重 。例如由于隊(duì)列溢出，互聯(lián)網(wǎng)路由器會(huì)丟棄約10%的數(shù)據(jù)包 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，互聯(lián)網(wǎng)上95%的數(shù)據(jù)流使用的是TCP/IP協(xié)議，因此，互聯(lián)網(wǎng)上主要的互連協(xié)議TCP/IP的擁塞控制（congestion control）機(jī)制對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)擁塞具有非凡重要的意義 。擁塞控制是確?；ヂ?lián)網(wǎng)魯棒性（robustness）的要害因素，也是各種治理控制機(jī)制和應(yīng)用（如多媒體通信中QoS控制、區(qū)分服務(wù)（differentiated services））的基礎(chǔ)，因此關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的擁塞控制問題一直是網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn) 。
TCP是目前Internet上使用最廣泛的一種傳輸協(xié)議，根據(jù)MCI的統(tǒng)計(jì)，Internet上總字節(jié)數(shù)的95％及總數(shù)據(jù)包數(shù)的90％使用TCP協(xié)議傳輸[25] 。TCP的目的是為了解決Internet的穩(wěn)定性、異質(zhì)性（接受端緩沖區(qū)大小、網(wǎng)絡(luò)帶寬及延遲等）、各流之間享用帶寬的公平性、使用效率及擁塞控制等問題，從而為Internet提供可靠、健壯（robust）的端到端通訊 。Internet近十年來(lái)的迅猛發(fā)展已證實(shí)TCP協(xié)議在設(shè)計(jì)上是成功的 。
但是，TCP是為固定主機(jī)及有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一種滑動(dòng)窗口協(xié)議，它在位出錯(cuò)率（bit rate error，BER）很低、丟包的主要原因是網(wǎng)絡(luò)擁塞的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的成功在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下受到了巨大的挑戰(zhàn) 。移動(dòng)計(jì)算帶來(lái)的新問題主要是無(wú)線鏈路傳輸?shù)目煽啃?、移?dòng)操作的特點(diǎn)以及對(duì)效率進(jìn)行評(píng)估的性能尺度等 。因此，對(duì)TCP協(xié)議的改進(jìn)已經(jīng)成為近幾年網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn) 。
本文第二部分對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞的基本概念進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹；第三部分TCP的擁塞控制機(jī)制及有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的改進(jìn)進(jìn)行了介紹；第四部分分析了TCP在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下的缺點(diǎn)及其需要增加的功能；第五部分對(duì)增強(qiáng)移動(dòng)環(huán)境下TCP的技術(shù)方案進(jìn)行了分類介紹，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)這些方案進(jìn)行了比較 。最后進(jìn)行了總結(jié)，并提出了有待進(jìn)一步研究的一些熱點(diǎn)方向 。

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