TCP-SACK在无线环境下的性能改进研究

为解决传统TCP运行在高误码的无线环境中无法区分误码丢包与拥塞丢包,在遭遇单窗口多包丢失时盲目将发送窗口减半,而导致吞吐量急剧下降的问题,本文提出以TCP—SACK版本为基础改进TCP：l）充分利用SACK在单窗口多包丢失时重传恢复算法的优势;2）在发送端采用可用带宽估计来优化ssthresh和ewnd,歧避免TCP在丢包时盲目将窗口残半;3）与具有ECN功能的中问节点结合起来以区分随机误码丢包和拥塞丢包,根据丢包性质的不同采取不同的重传恢复策略。仿真显示出TCP的改进方案是可行的,并且仿真结果也证明TCP的性能确实得到了改善。     

基于ACO的LEO卫星网络路由研究

为了解决低轨卫星网络动态拓扑路由问题,通过更改蚁群优化(Ant Colony Optimization,ACO)算法结构以及信息素更新策略进行调整,提出一种适合LEO卫星网络的具有多QoS约束条件的ACO路由算法.这种路由算法能够根据LEO卫星网络中业务流量分布的变化对网络最优路径做出调整、均衡网络负载、避免拥塞,实现多种QoS指标的联合最优.仿真结果表明:在网络接近满负荷的情况下,路由算法在保证业务QoS需求的同时,使网络资源得到了充分利用.     

具有星际链路的LEO/MEO卫星网络动态路由协议

针对具有星际链路的LEO/MEO卫星网络,设计了一种具有自主运行能力的卫星网络动态路由协议(SDRP).采用时间离散化的链路状态增量更新的虚拟拓扑路由算法,降低了网络开销.提出的多点转发节点选举算法,提高了路由收敛速度和网络资源利用率.仿真结果表明,卫星网络动态路由协议的路由收敛时间远小于网络稳态保持时间,路由收敛时间是OSPF的1/10,平均协议带宽占用率也大大小于OSPF,可以保证卫星网络的信息可靠传送.     

无线传感器网络中拥塞避免的转换路由协议

针对无线传感器网络路由的不稳定性,提出了一种新的拥塞避免转换路由协议.此协议能够及时有效地检测出潜在的拥塞;将发生拥塞地区的报文通过转换路由树转移到其他拥塞和延时更小的最佳路由;对于无法转发的报文,协议提出一种基于优先级的拥塞报文暂存机制,从而有效地减少拥塞报文的丢失.此外,还综合考虑了通过统计获得的节点队列负载容量,提出了一个新的路由准则"拥塞度"来度量网络节点传输的拥塞控制状态.仿真结果表明,提出的路由算法能够提供较好的网络流传输公平性及负载均衡性能.     

在多跳Ad hoc网络中基于路由协议的TCP性能改进

在MAC层基于IEEE 802.11的多跳Ad hoc网络中,底层频繁的冲突严重影响了TCP的性能。文中提出并实现了一种依靠路由协议向上层屏蔽底层短暂而频繁的中断,从而提高TCP报文传输成功率的方案。仿真结果表明该方案使得TCP丢包率大幅下降,TCP吞吐量获得了从12%到200%不等的改善幅度。     

一种改进的基于飞鸟迁徙的Ad hoc网络路由算法

通过对一种基于飞鸟迁徙原理的Ad hoc网络组网算法的研究,发现该算法中的信标报文发送、路由恢复等设计存在缺陷,从而产生网络负载增加、路由重建效率低下等问题,严重影响了路由算法的效率。针对信标报文发送存在的问题,设计了新的信标报文发送策略,该策略综合考虑了结点的移动距离、移动方向、 移动范围内的结点密度等影响因素,并通过和一个新增加的心跳报文一起工作,来改善原算法中存在的问题;针对路由恢复存在的问题,通过在协议运行过程中生成一个应急路由表来避免原算法中的报文回传策略,从而提高原算法的效率。仿真表明,新算法能有效克服原算法的问题,降低了路由开销和平均时延,提高了成功率,网络的整体性能进一步得到提升。     

改进的TCP拥塞控制算法在卫星网络中的应用

本文针对空间环境特点对卫星网络的影响,分析了现有慢启动算法存在的问题,提出了一种能使拥塞窗口平滑增长的慢启动算法。新的算法通过引入两个参数（门限引子和粒度引子）在TCP拥塞窗口指数增长和线性增长阶段之间提供了一个平缓的过渡。仿真表明新的慢启动算法能够在TCP建立连接或超时重传阶段改善拥塞控制的性能。     

基于TCP/IP的传输控制协议实验设计与仿真实现

在对计算机网络的TCP进行深入研究基础上,分析了TCP首部报文的格式和功能,结合具体实验平台,设计了一组相关的TCP仿真实验项目,实现了对TCP连接建立和释放、确认、重传机制等的可视化,使学生更能直观理解计算机网络协议的工作原理,培养学生实践创新能力,并达到良好的教学效果。     

卫星网络传输控制协议研究

标准传输控制协议(TCP)直接用于卫星网络,由于其不能够区分丢包和慢启动的长时间需求等导致协议的非适应性.在分析卫星网络影响协议性能因素的基础上,总结了当前针对这些因素造成的不利影响所增加的额外技术,并对现有提高卫星网络TCP性能的方法进行了分类总结,比较了这些TCP的特点,最后指出了卫星网络TCP的未来研究策略和发展趋势.     

OFDM系统中基于跨层的TCP性能增强技术

针对高误码率及高中断率对无线TCP(Transport Control Protocol)的影响,提出了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统跨层TCP增强技术CLTCP(Cross-Layer TCP)。CLTCP利用链路级恢复和TCP冻结技术,提高了无线TCP性能;对于出错的无线帧,链路层能给予有限次的重传,以屏蔽TCP层对高误码率的感知;同时,为了保证出错帧在有限重传次数内被正确递交对端,链路层联合物理层采用自适应调制编码技术来提高重传帧的可靠性。对于无线链路长时间断连,CLTCP利用TCP源端冻结技术冻结RTO(Retransmission Time Out)值,以避免数据包连续超时造成的极大RTO,由此保证无线链路恢复连接后,TCP层能及时恢复工作。通过NS2(Network Semulation 2)软件仿真了多种无线TCP增强技术,并对仿真结果进行了比较和分析。仿真结果表明,CLTCP的吞吐量较Snoop技术最多可提升33%,并同时节省约38%的带宽。     

TCP带宽估计算法

在有线网络或者误比特率较低的环境中,分组丢失往往是由于网络拥塞造成的,因此传输控制协议（TCP）能够良好运行;然而当TCP运行在高误码环境中,并且在遭遇误码丢包时,TCP拥塞窗口依旧盲目减半,没有能够充分利用可用带宽,从而导致其性能大幅度下降．近年来,提出了不少对TCP拥塞控制机中带宽估计算法进行改进的方案,以用来改进TCP在随机丢包链路中的性能．文中首先分析了在TCP连接中发送端实现的带宽估计算法所面临的问题,然后重点分析了几种带宽估计算法的准确性及其性能,同时讨论了带宽估计算法的准确性对协议的公平性产生的影响．     

分组失序影响TCP传输性能仿真分析

尽管TCP协议是一种面向连接的、可靠的传输控制协议,但是分组失序还是会对TCP传输性能产生严重影响。并行交换和较高的网络负载是导致分组失序现象大量涌现的根本原因,提出并实现了一个具有并行交换功能的仿真系统,对分组失序触发快速重传和快速恢复操作、抑制拥塞窗口增长过程进行了仿真。结果表明,TCP协议将分组失序误认为分组丢失是导致其传输性能下降的主要原因。     

TCP在数据包随机延迟网络中的性能分析

TCP数据包在网络传输中发生错误有两种形式:丢包与延迟.已有的成果大多只对TCP在丢包网络中的性能进行了建模,缺少对TCP在随机延迟网络中的建模问题的研究,为此提出了一个TCP在随机延迟网络中的性能分析模型.首先给出并证明了判断数据包流是否为正序的充要条件;然后利用该条件得出数据包流正序出现的概率;最后根据模型分析了TCP在随机延迟网络中的性能.实验结果表明,所得出的数据包流在发生随机延迟后正序的概率与实验网络基本吻合,所提出的模型与不考虑延迟的模型相比,对TCP最大拥塞窗口均值的预测误差降低了43%,对其网络吞吐量性能的预测误差降低47%.     

LT码的标记重传BP译码算法

当通信系统允许反馈时,LT码可以利用重传信息分组获得良好的性能,但是多次请求重传造成接收端等待时间过长,导致整个译码时间增加.为了减少重传次数和译码时间,提出了MR-BP(mark and retransmission belief propagation)译码算法.在BP(belief propagation)译码失败后,利用标记向量标记需要重传的信息分组,选取标记的信息分组.假设这个信息分组已经解码,把向量与分组的值作为整体继续BP译码.接收端只需要收到请求标记矩阵中标记的信息分组即可成功解码.MR-BP译码算法不仅解决了BP译码算法失败率大的问题,而且一次请求信息分组也明显地减少了译码时间.经过仿真验证,在重传分组数相同的情况下,译码时间明显减少.     

基于RED的网络拥塞控制算法研究及改进

随机早期检测(Random Early Detection,RED)算法是为TCP流设计的一个主动队列管理机制,能在一定程度上缓解网络拥塞.在RED算法中丢包率与包的大小之间是独立的,这就造成了对小包的歧视.在packet size算法中,通过对RED算法进行适当的改进,体现了丢包率和吞吐量之间的公平性.在此基础上进一步分析,用平均包的大小来影响丢包率以提高网络性能.仿真实验表明该算法对网络拥塞控制具有较好效果.     

MPTCP动态预留数据调度策略研究

多路径传输协议（multipath transmission control protocol, MPTCP）是一种基于TCP协议的传输协议,具有高吞吐量、高带宽利用率、高传输速率等优点,且MPTCP向后兼容TCP,支持现有中间件。针对导致MPTCP的传输性能下降的MPTCP中出现乱序、缓存阻塞等问题,综合考虑每条子路径的往返时延RTT（round trip time）和接收端成功接收到的数据包个数,设计了一种动态预留数据调度算法（dynamic resource reservation data scheduling,DR-RS）,当每次需要传输数据包时,子路径的发送缓存按照合理的策略为所需传输的数据包预留空间,尽量使数据包能够按序到达接收端,避免接收端缓存阻塞。利用NS-3仿真工具,对比分析了DR-RS性能,结果表明,DR-RS更合理,能使MPTCP的传输更稳定并提高了传输吞吐量,达到了负载均衡。     

Fuzzy variable structure algorithms for active queue management with delay compensation

Based on the linearized model of the TCP connections through the congested routers, this paper puts forward an active queue management algorithm （FVS-T）. The algorithm utilizes the fuzzy variable structure control algorithm with delay factor to compensate time varying round-trip times （RTT） and uncertainties with respect to the number of active TCP sessions. By analyzing the robustness and performance of the control scheme for the nonlinear TCP/AQM model, we show that the proposed design has good performance and robustness, which are central to the notion of AQM. Implementation issues were discussed and ns simulations were provided to validate the design and compare its performance to other peer schemes in different scenarios. The results show that the proposed design significantly outperforms the other congestion schemes in terms of packet loss ratio, throughput and buffer fluctuation.     

基于TCBF算法的TCP流长度分布统计

为提高流测量系统的运行效率,减少其所需资源的消耗,在分析了TCP连接的释放以发送FIN报文或RST报文作为结束标志的基础上,提出一种新的报文过滤算法TCBF(time-outcounting bloom filter),用于统计TCP流长度分布.通过对有结束标志的流、没有结束标志的中长流和没有结束标志的中短流分别采用不同的统计处理方式,增加了网络测量性能,提高了测量系统的资源利用率.该算法不需要收集所有报文,而是只需要抽样少量报文即可对流长度做出统计.理论分析和仿真结果表明,TCBF算法在使用较少的存储空间的条件下,可以及时准确地对TCP流长度分布做出统计,满足实际测量需要.     

用于高速网络入侵检测系统的并行TCP/IP协议栈

随着网络应用层内容检测技术的速度提高到10Gb/s的数量级,底层的TCP/IP协议栈已经成为制约网络入侵检测系统的检测速度的新瓶颈。该文的前期工作采用64位指令、并行计算指令和操作系统内核数据映射等软件硬件系统特性来优化TCP校验码计算、TCP连接表Hash值计算和内核态到用户态的数据复制等性能瓶颈。在此基础上,该文进一步研究了连接表Hash值计算、半开连接过滤和并行化问题,采用通用Hash(universal Hash)函数作为TCP连接表查找的Hash函数,以避免算法复杂度攻击,并利用SSE(streaming SIMD extensions)指令集中的并行指令来提高计算速度;采用Bloom过滤器过滤TCP半开连接;使用多次加载动态链接库(DLL)的方法,利用并行化获得更高的吞吐率。实验表明:经过上述改进后,使用3个处理器核心的TCP/IP协议栈,对平均包长110 B的攻击流量能达到4.4 Gb/s的吞吐率,对平均包长501 B的正常流量能达到15.2 Gb/s的吞吐率,达到原始系统的4倍以上,比该文前期工作的结果提高了50%到70%。     

TCP连接传输速率限制因素的测量和诊断

TCP连接的传输速率是很重要的一个网络性能指标.由于很多应用的性能都取决于它,我们往往需要找出TCP连接传输速率的瓶颈并进而提高.然而,TCP连接传输速率受到多种因素如丢包、瓶颈带宽以及发送接收端缓存的限制,分析起来比较复杂.本文描述了我们设计的一个工具,它通过分析TCP数据trace文件来确定连接发送窗口的受限因素并测量连接的RTT,使我们很容易确定连接传输速率的受限因素.实际网络测量表明该工具能够分辨多种传输速率限制因素.