[发明专利]TCP流控制的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及TCP(传输控制协议)流控制，具体(但并不仅仅)涉及无线通信系统中的TCP流控制。

背景技术

传输控制协议(TCP)是通信协议中的公知TCP/IP(网际协议)族中的一个协议(关于TCP协议的完整说明，参见[RFC 793])。TCP提供面向连接的可靠的字节流服务，并且最初是为差错率很低的有线网络设计的。

TCP使用基于窗口的流控制机制，该机制限制发送者传送的未被确认数据的量。这种限制基于拥塞窗口(cwnd)和通告窗口(awnd)中的最小一个。拥塞窗口由TCP数据的发送者控制，并且基于公知的慢启动和拥塞避免机制。慢启动用于当TCP流开始时，缓慢地增加系统中未被确认数据的量，并且当检测到遗失的分组时，拥塞避免使系统中未被确认数据的量减半，并且然后缓慢地把未被确认数据再次增加回到其正常流量水平。awnd是根据接收机的处理更多数据的能力而被控制的。“awnd”的初始值由在TCP协议栈中配置的参数来控制。

如上所述，TCP是为低差错率的网络设计的。因此在基于TCP的通信网络中发生的任何分组丢失被认为归因于网络拥塞，于是如上所述接着是“cwnd”的减小，从而发送者的数据速率降低。

然而，这并不适合于无线网络，无线网络是差错率固有地较高的系统。因此，第三代合作伙伴计划(3GPP)标准提供了被称为无线电链路控制(RLC)的自动重复请求(ARQ)功能(如在3GPP技术规范3GPPTS 25.322中所述)，该功能允许由于通过空中接口的传送而出错的数据分组被重传。通过利用由RLC接收实体响应于预定触发而向RLC发射实体回送的RLC确认消息(ACK)，来维持传递数据分组的可靠性。例如，触发可以基于定时器，基于收到一定数量的接收分组，或者检测到分组已丢失。按照这种方式，可向发射机指出丢失或者受损的数据段或数据分组，并且可以重新发送这些丢失或者受损的数据段或数据分组。另外，请注意，在最新版本的3GPP(它支持HSDPA和E-DCH)中，位于公知的OSI协议的层1(L1)和媒体访问控制(MAC)层中的混合自动请求(HARQ)功能提供了另外的重传方案。

然而，ARQ(和HARQ)方案的使用导致数据分组无序到达。从而，在能够传递数据分组以便进行TCP处理之前，数据分组必须被缓存。缓存的使用造成延迟增大，并且会导致RTT(往返时间)增大。

许多无线数据系统具有很大的空中接口吞吐量，但也具有高的等待时间，比如由3GPP标准组定义的长期演进(LTE)和竞争WiMax通信标准。因此，由于典型无线系统内的TCP操作，出现了明显的问题。例如，由于等待时间高，因此TCP速率需要相对长的时间才能使用高的空中接口吞吐量，同时慢启动正在运行，于是通信链路利用不足。当为每个相对小的对象打开多个TCP连接时，例如，当移动用户正在进行web浏览时，这尤其成为问题。

多数个人计算机(PC)TCP栈中使用的典型“awnd”值较低(为8192字节的数量级)。这意味着除非修改“awnd”，否则不能充分使用高等待时间的无线系统中的通信链路。一般来说，“awnd”值应被设置成链路的带宽延迟乘积。然而，这仅仅提供了一种使空中接口能够被充分用于下行链路(DL)方向，即从网络到最终用户的TCP数据流的手段。在上行链路(UL)中，即从移动(或固定)用户到网络，“awnd”由网络中的服务器规定，并且显然不存在能够按照类似方式改变“awnd”的方式。于是，随着可达到的UL速率日益增高，在许多情况下，ULTCP速率将受到服务器“awnd”的限制，而不是受到主要的空中接口条件的限制。

与在等待时间高的无线系统中简单地增大awnd相关联的另一个问题在于：因核心网络中的拥塞而丢失任何数据分组导致DL TCP速率受到严重影响，并且由于相关联的等待时间较高，因此恢复时间较长。如前所述，有益的是使用极大的awnd值来充分利用高数据速率高延迟的空中接口通信链路(例如，“100000”数量级的“awnd”值)。当出现丢失的数据分组时，“cwnd”被减小到该值的一半。这种减半的值一般不足以充分利用通信链路，从而观察到的吞吐量被降低。

在等待时间高的无线系统中，简单地增大“awnd”对于TCP性能并不是一种可接受的解决方案。