認知無線電環境下tcp性能分析畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的值，已檢查是否有超時發生；若是，則不必等三個重復的ACK，直接重送封包。TCP Vegas通過觀察RTT的變化來控制cwnd的大小。其擁塞控制算法公式如下：（） （） （） Vegas是通過對比預期傳送率和實際傳送率來控制cwnd的大小。當Diff的值大于β值時，則說明傳輸太快，應減少cwnd以減緩傳送速率；反之，當Diff的值小于α時，則應該增加cwnd值以提高傳送速率。當αDiffβ時，則保持cwnd值不變。 α的默認值是1，β的默認值是3。 TCP 協議與認知無線網絡 認知無線網絡是以認知無線電為基礎的一種網絡，該網絡既具有認知無線電的特點，又有無線網絡的特點。 認知無線電的最大特點是頻譜的頻繁變化，頻譜的頻繁變化必然導致傳輸的中斷或者路由的頻繁分割和重組。 無線網絡的特點則是信道的不穩定性，還有高誤碼率，是一種很不穩定、很不可靠的網絡。由于外界對無線信道的干擾，導致無線信道具有很高的誤碼率、傳輸延遲變化大，進而引起路由頻繁中斷重組或者頻繁分割，最終導致傳輸層頻繁超時、頻繁重傳、頻繁減小發送窗口值大小，嚴重影響了TCP 協議的性能。 總之，認知無線網絡中的 TCP 需要考慮的影響因素比較復雜，不再單單是網絡擁塞這樣一個單一的因素，這些因素將是我們研究的重中之重。 本章小結 本章首先對TCP擁塞控制機制基本原理做了簡介；其次，介紹了不同TCP協議及TCP協議的版本演變過程；最后，了解了認知無線網絡的一些特性。第三章 認知無線電環境下TCP性能分析 引言 認知無線網絡不同于傳統網絡，有許多不同于傳統網絡的獨有特征，同時也就面臨眾多新問題。 認知無線網絡是以認知無線電技術為基礎的網絡，認知無線電技術的特有屬性影響著認知無線網絡的特性。認知無線網絡既有無線網絡的特征，還有認知無線電的特性。總而言之，認知無線網絡的特征可以歸納為：信道的不穩定、傳輸延遲大、頻譜變化頻繁和高丟包率。 目前，對于認知無線網絡環境下TCP協議的研究還比較少，而且研究重點主要集中于物理層，MAC層和網絡層。本章主要是分析認知無線網絡環境下TCP協議性能，深入分析影響TCP性能的關鍵因素。 認知無線電環境下影響TCP性能的主要因素 認知無線網絡中次用戶（SU）的通信質量很大程度上依賴于主用戶的活動，這也就之前所講的認知無線網絡區別于傳統無線網絡的本質。主用戶對頻譜的占用就得迫使相關次用戶做出相應的調整。 動態頻譜接入過程 頻譜感知對 TCP 性能的影響 認知無線電的另外一大特性就是：認知用戶為了避免對主用戶造成有害的干擾，必須周期性地探測頻譜，在頻譜探測階段，認知用戶是不能發送任何信息的，那么這樣就造成了一定時間的傳輸中斷，TCP在這個階段是不能發送分組的。所以周期性的頻譜探測必然導致周期性的TCP傳輸中斷，這同樣會引發TCP的重傳超時器超時，引發TCP進行不必要的擁塞控制，降低了TCP的頻譜利用率，降低其有效吞吐量。 主用戶活動對 TCP 性能的影響 認知網絡中主用戶（PU）對授權頻段具有絕對的優先權，而次用戶則很可能在占用空閑頻譜過程中，因為主用戶的出現而退讓出頻譜。認知網絡中次用戶（SU）為避免干擾主用戶（PU）而動態使用頻譜空洞會產生一種新的數據丟失原因——服務中斷包丟失。這種新的丟包原因取決于主用戶（PU）的活動頻率，所以主用戶（PU）活動越是頻繁，則次用戶（SU）傳輸數據的時間就變得越少。問題在于當服務中斷包丟失出現時，現有的無線TCP協議同樣無法識別，會像對待網絡擁塞丟失一樣，進行擁塞控制。 頻譜切換對 TCP 性能的影響 在認知無線網絡中，次用戶（SU）在進行頻譜切換時會產生一定的切換延時。當可用頻譜空穴較多時次用戶切換比較容易，產生的切換時延也相對較小，然而在主用戶活動較頻繁時，次用戶（SU）可獲得的頻譜空穴較少，切換延時也相對較長，且切換時次用戶間因競爭頻譜空穴造成沖突的機率也對應增大。 實現可靠TCP協議的關鍵因素是超時重傳機制，即參數超時重傳時間（RTO）。RTO又是根據RTT（往返時間，即傳輸倫次）來設置的，而RTT與用戶使用的頻段密切相關。當次用戶（SU）所用信道帶寬較大時，傳輸速率較快，RTT的值自然就較小。當信道帶寬較小時，RTT的值也就較大。即會讓RTO過大，從而對傳輸層協議造成不利影響。 TCP協議自身的瓶頸對 TCP 性能的影響 慢啟動：在TCP連接剛建立時，為了避免立即把大量數據注入到網絡中而引起網絡擁塞，將擁塞窗口（cwnd）值初始化為1。每收到一個ACK，擁塞窗口（cwnd）的值就被加1，直至設定的慢開始門限值。由慢開始算法可以看出，擁塞窗口（cwnd）在該階段是以指數方式增長，但在慢啟動過程的持續期間內，TCP實體的整體數據傳送能力較低。 快恢復：在收到某一報文段的3次重復ACK時，發送端TCP立即重傳丟失的報文段，并將慢開始門限（ssthresh）減為當前窗口值的1/2，把擁塞窗口（cwnd）減半，然后繼續以線性方式增加擁塞窗口（cwnd）。在認知網絡環境下，盲目的減小擁塞窗口（cwnd）值同樣會降低次用戶（SU）對信道可用帶寬的利用率。 本章小結本章分別從四個不同方面分析了認知網絡下影響TCP性能的主要因素： （1）頻譜感知對 TCP 性能的影響； （2）主用戶活動對 TCP 性能的影響； （3）頻譜切換對 TCP 性能的影響； （4）TCP協議自身的瓶頸對 TCP 性能的影響。 第四章 仿真分析與結果 引言 216。 仿真平臺：基于NS2網絡仿真器 仿真的基本條件： 216。 硬件條件：普通個人計算機一臺； 216。 操作系統：LINUX 操作系統 Fedoral 14。 216。 仿真軟件：； 216。 輔助軟件：GNUPLOT，NAM。 NS2 簡介NS2 是指Network Simulator version 2，NS是一種運用于網絡技術的源代碼開放、免費的網絡仿真軟件。發展至今，它所包含的模塊已經涉及到網絡技術的各個方面。所以，NS也就成為了當下最為廣泛使用的網絡模擬仿真軟件。目前NS2已經實現的模塊主要有：216。 網絡傳輸協議：TCP和UDP；216。 業務源流量產生器：CBR 、FTP、Telnet、Web和VBR；216。 路由隊列管理機制： Droptail、RED和CBQ；216。 路由算法以及無線網絡（WLAN）和衛星通信網絡等模塊。 認知無線網絡下TCP仿真平臺的搭建搭建認知無線網絡中的TCP仿真平臺的主要目的：模擬認知無線網絡場景，模擬認知無線網絡的獨有特征。搭建認知無線網絡中的TCP仿真平臺的主要方法：主要是利用NS2的組織調度機制、OTCL語言、TCL腳本語言。 仿真場景 采用NS2仿真工具，在認知無線網絡環境下進行仿真。 認知網絡仿真場景 仿真采用TCP/FTP連接方式，性能評估參數主要是擁塞窗口（cwnd）和平均吞吐量（Average Throughput）。，仿真時間為25s。參數名參數值信道類型WirelessChannelMac類型Mac/802_11傳播模型TwoRayGround路由協議AODV節點個數2數據包大小512字節傳輸范圍500仿真時間25s采樣間隔 仿真參數環境基本仿真參數：l 2個認知用戶（SU），傳輸時間為1s；l 主用戶（PU）信息為2對主用戶節點，主用戶到達時間為=2s，退出時間為=10s，傳輸范圍是500；l 認知網絡信息：11個無線信道，每條信道的帶寬為2Mbit/s，； 不同TCP版本的擁塞窗口分析：