，为评估INVS在异构性网络中的性能，本实施例使用了哑铃拓扑和混合 拓扑两种网络拓扑。哑铃拓扑网络采用IOOMbps的瓶颈带宽和1000Mbps的支路带宽。混 合网络拓扑和配置如图4所示。仿真中节点缓冲大小默认为链路BDP。
[0082] 单个流传输性能：
[0083] 首先，针对高速链路、大时延链路和无线链路丢包下TCP的性能退化问题，本实施 例分别采用高速网络和卫星网络两种场景评估单个INVS流的性能。哑铃网络拓扑用于模 拟高速网络，其瓶颈带宽为500Mbps，RTT为20ms，瓶颈链路缓存为4Mbit。混合网络拓扑用 于模拟卫星大时延网络，其中卫星前向链路（satelliteforwardlink,SFL)的瓶颈带宽为 4Mbps。为进一步分析有丢包时的算法性能，仿真了丢包率增加时单个流的吞吐量。当网络 丢包率为〇时，只有拥塞丢包。
[0084] 图5和图6分别为高速网络和卫星网络下随着丢包率增加时单个流的平均吞吐 量。从图5和6中可以得出：
[0085] 1)丢包率越高，所有协议的性能都越来越差；
[0086] 2)在无链路丢包时（仅拥塞丢包），Reno不能够充分利用网络；
[0087] 3)对比图5和图6发现，Hybla和CUBIC在有链路丢包的高速网络中不能充分利 用网络带宽。这是因为Hybla和CUBIC :⑴窗口增长独立于RTT ;⑵均不区分拥塞丢包和链 路丢包。
[0088] 4)随着丢包率的增加，INVS在高速网络和卫星网络中均取得较好的性能。
[0089] 卫星与有线混合网络下性能评估：
[0090] 为评估异构网络下INVS的性能，本实施例采用混合网络拓扑（如图4所示）模拟 卫星链路和有线链路的混合网络。为模拟实际网络流量，基于对互联网上服务器使用TCP 协议的估计结果，结合Windows7以上系统（默认CTCP)和智能手机（默认CUBIC)的广泛 使用，背景流由Reno流（20% ) ,Cubic流（50% )和CTCP流（30% )组成。仿真中在客户 端Cl和服务器Sl之间建立5个测试协议流，在C3和S2之间建立20个背景流，所有的TCP 流都在Os到5s内随机启动。当SFL带宽分别为10Mbps，40Mbps和80Mbps时，卫星TCP流 的平均带宽为2Mbps，8Mbps和16Mbps，有线瓶颈链路上TCP流的平均带宽为4Mbps。
[0091] 图7为公平性指标，结果显示，当SFL带宽为IOMbps和80Mbps时，INVS的公平性 最好；当SFL带宽为40Mbps时CUBIC的公平性最好。图8为异构网络下总的链路利用率， 为了衡量卫星链路和有线链路的总利用率，结果为卫星链路利用率和有线链路利用率的平 均值。从图8中可以看出，INVS的总链路利用率最高。总的来说，在异构网络下INVS提高 了公平性和总的链路利用率。
[0092] RIT公平性：
[0093] 时延差异是异构网络中的一个重要方面，主要影响TCP拥塞控制算法的公平性， 本实施例采用哑铃网络拓扑评估算法的RTT公平性，瓶颈带宽为100Mbps，支路带宽为 1000Mbps，瓶颈链路缓存大小为3Mbit，仿真时间持续600s。两个TCP流共享瓶颈带宽，1号 流的RTT为80ms，2号流的RTT从20ms到320ms变化。2号流在1号流启动20s后启动。
[0094] 图9为两个流中吞吐量中较高的与较低的比值。图9中比值越接近1，则该协议的 RTT公平性越好。从图9中可以看出，当两个流的RTT相等时，Reno和CTCP的公平性最好； 由于采用完全RTT独立的增长速率，Hybla的RTT公平性最好；当两个流的RTT差增大时， INVS的公平性比除Hybla外的其他协议公平性好。这是因为INVS在窗口增长阶段引入了 自适应增长因子等。
[0095] 本申请的上述实施例中，通过提供一种基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制 方法INVS，在指数型窗口增长函数中引入一个自适应增长因子以实现窗口增长速率与链路 状态相匹配，在丢包区分策略中采用自适应队列门限以提高无线环境下TCP的性能，该基 于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法INVS能够根据链路自适应调整窗口增长速率 和退避策略，避免TCP由于不同链路带宽和时延的差异性以及高丢包造成TCP传输性能退 化，此外，该基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法INVS只需修改发端协议，易于在 互联网上逐步部署应用，根据性能分析和评估表明，INVS提高了TCP拥塞控制算法的公平 性、链路利用率以及端对端往返时延的公平性。
[0096] 应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例， 本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应 属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法，其特征在于，当拥塞窗口cwnd 超过慢启动门限值ssthresh时，进入拥塞避免阶段，在该阶段中，每收到一个确认字符ACK 时，拥塞窗口按如下方式进行调整：其中，cwnd为拥塞窗口大小，cwndsp为饱和点的拥塞窗口大小，k为自适 应增长因子，且灸二<l〇g_^r/n,r/；；pr|，〇 < 丫 < 1，其中c为常数比例因子， 是参考带宽，BWest为估计带宽， +L&STj1_ min j之间的最大值，参考值，RTT_S RTT最小值，且RTT_在路由变化时实时跟踪，r,1之间的最大值，T为指数因子，用于减小RTT增大的不利影响。2. 根据权利要求1所述的基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法，其特征在于， 当收到三个重复确认字符ACK时，执行拥塞退避策略，并按照下式对拥塞窗口cwnd、慢启动 门限值ssthresh以及饱和点的拥塞窗口cwndsfjj行调整：式中，0为乘性减因子，BDPest为链路时延带宽积估计值，bufferest为当前链路在网络 中排队报文数的估计值，S是预设的大容量链路的队列溢出门限，maxbuffer是当前链路 所有1311打61^的最大值，超时后重新估计，111；[11(5，11^11311打61')表示取5和11^11311打61'之 间的最小值作为最终判决门限来区分拥塞丢包和非拥塞丢包，当收到三个重复的确认字符ACK，且当前网络中排队报文数的估计值大于或等于min( 5，maxbuffer)，则判定当前丢包 由拥塞引起，并采用传统的退避机制，否则，判定当前丢包属于非拥塞丢包，拥塞窗口cwnd 和慢启动门限值ssthresh设为BDPest和cwnd之间的最小值； 当丢包发生时，cwnd<cwndsp表示拥塞避免阶段中本次拥塞发生较上一次拥塞发生的 时间早，当前跟踪到的网络饱和点拥塞窗口 (^前'向下调整，设戈否则cwndsp 设为当前窗口大小cwnd以跟踪当前的网络饱和点。3. 根据权利要求2所述的基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法，其特征在于， 所述常数比例因子c= 2,所述指数因子y=0.75,乘性减因子0 =0.75。4. 根据权利要求1所述的基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法，其特征在于， 在确定自适应增长因子k时，每收到一个ACK估计一次BWest，每一个RTT更新一次k。
【专利摘要】本发明提供了一种基于链路自适应的异构网络TCP拥塞控制方法，在指数型窗口增长函数中引入一个自适应增长因子以实现窗口增长速率与链路状态相匹配，在丢包区分策略中采用自适应队列门限以提高无线环境下TCP的性能，该方法能够根据链路自适应调整窗口增长速率和退避策略，避免TCP由于不同链路带宽和时延的差异性以及高丢包造成TCP传输性能退化，此外，还采用加速拥塞窗口收敛的策略，并且只需修改发端TCP协议，易于在互联网上逐步部署应用，根据性能分析和评估表明，提高了TCP拥塞控制算法的公平性、链路利用率以及端对端往返时延的公平性。
【IPC分类】H04L29/06, H04L12/803
【公开号】CN105024940
【申请号】CN201510419245
【发明人】王志明, 曾孝平, 刘学, 陈礼, 李娟 , 黄杰, 唐明春
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月16日