[发明专利]一种传输层源端速率控制方法

说明书

本发明公开了一种传输层源端速率控制方法，该方法在传输层协议基础上，在源端根据本节点链路层每个数据包RTS次数，通过二分搜索的方式寻找到一个合适的发送速率，使得RTS次数在1到最大RTS次数之间的一个预设区间上。在这个发送速率上，可以有效缓解传输层协议在源端的数据包突发造成的源端附近剧烈的信道竞争和网络拥塞。该方法也能够根据相邻RTS次数的相对变化探测到网络状况的改变，从而重新启动寻找最合适发送速率的过程。该方法有四个状态，分别为激进发送、慢启动、二分搜索和稳定状态。这四个状态之间会在一定条件下相互转移。

技术领域

本发明涉及无线网络拥塞控制技术领域，具体涉及一种传输层源端速率控制方法。

背景技术

现有研究已经表明，传输控制协议(TCP)在多跳无线网络中表现出严重的性能恶化。造成这种现象的主要原因是传输层经常性地误判网络的拥塞状况。一个数据包的丢失被认为是网络拥塞的一种标志。然而，无线网络中存在多种其它的可能导致丢包的因素。例如，无线信道的高误码率，开放共享信道的冲突，以及由终端的移动造成的路由失效。频繁的丢包抑制了传输层发送窗口的增大，从而降低了吞吐量。

以上三种导致丢包的原因分别发生在物理层、链路层和网络层。已有的研究已经指出，发生在链路层的开放共享信道冲突导致的丢包是无线网络丢包的主要因素，而物理层的信道误码以及网络层的路由失效重建影响相对较小。因此，为了有效地提高TCP在无线网络中的传输性能，将注意力主要集中在缓解链路层的信道冲突上。

TCP采用发送窗口来进行网络拥塞控制。发送窗口增大，则在一个RTT内，可以发送的数据包增大，TCP的吞吐量也就增大，反之亦然。然而，TCP并未指出发送窗口内可以发送的数据包将以怎样的方式发送，因此大部分TCP版本采用尽力发送的方式一次性向下发送，也就是不管节点缓存能不能够容纳，都会将所有能够发送的数据包发送下去。这种行为在有线网络中不会造成太大的问题，但是在无线网络中，由于无线网络所特有的4跳干扰范围的问题，导致源端附近的信道竞争过于剧烈，最终浪费了信道资源，降低了网络传输效率。

与TCP类似，当UDP的发送速率过大时，也就出现了类似于TCP数据包突发的情况，也会因为无线信道的剧烈竞争而导致浪费网络资源，最终导致网络性能下降。

综上所述，传输层需要一个源端的速率控制机制来缓解无线网络中的拥塞。TCP有拥塞控制、流量控制和可靠性控制功能，但是缺少微观层面的源端速率控制功能。有线网络中下层链路间接实现了速率控制功能，但是在无线网络中却没有实现。因此，传输层速率控制功能很有必要。UDP亦是如此。速率控制被视作用来进行拥塞控制的一种很有用的工具。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种传输层源端速率控制方法，该方法根据源节点自身链路层上RTS次数和MAC发送时间参数的值，来确定一个发送速率使得RTS次数处在最大值和最小值之间的一个预设区间上，以达到减缓源节点附近激烈的信道竞争和严重的网络拥塞的目的，可以有效地提高吞吐量和降低时延，提高传输层的性能。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种传输层源端速率控制方法，所述方法包括：

激进发送步骤：只要链路层队列为空就向传输层请求数据包，然后将请求到的数据包发送出去，同时测量出此时发送每个数据包所需的RTS次数和MAC发送时间，记为最大RTS次数和最长MAC发送时间；当发送完一定数量的数据包后，将最大RTS次数和最长MAC发送时间的测量值上传到传输层，进入慢启动步骤；

慢启动步骤：将所述激进发送步骤测量到的最长MAC发送时间的倒数记为初始发送速率，同时也是搜索下界速率，在传输层以初始发送速率向下发送数据包，发送完一定数量的数据包后测出当前RTS次数，若当前RTS次数小于最大RTS次数的一半，则倍增发送速率，然后以新的发送速率发送数据包；若当前RTS次数大于最大RTS次数的一半，记当前发送速率为搜索上界速率，进入二分搜索步骤；