理论教育 无线网络传输中的TCP承载技术

无线网络传输中的TCP承载技术

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:在有线链路上开发和优化的TCP传输协议被使用在基于TCP业务的无线链路上时,会成为一个非常严重的问题。在无线接口上的TCP效率问题产生了很多备选解决方案。这些功能用于拦截既定连接的TCP分片并且代替接收端对这些分片进行处理,目的是为了阻止不是由分组丢失引起的拥塞控制。监听协议在没有违反端到端的连接语义条件下隐藏了来自TCP层的空中接口。

无线网络传输中的TCP承载技术

迄今为止,各种各样已讨论过的TCP版本都是基于如下假设:比特错误进而导致的错误接收产生的数据丢弃是非常的少,并且分组丢失的原因一直是网络拥塞。在移动环境中,当丢包经常由于空中接口的比特错误引起时,有效的TCP运行需求提出了几个问题。由于TCP源不能区分丢包是由于比特错误引起还是网络拥塞引起,当比特错误也表现出像拥塞时,TCP将错误地降低连接速率。本节中描述的解决方案是一个更普遍的关于TCP优化提议的例子。实际中,提议的类型需要在终端的TCP/IP协议栈中支持,并且也需要在服务器的TCP/IPSW中支持(依赖于讨论的提议)。

在有线链路上开发和优化的TCP传输协议被使用在基于TCP业务的无线链路上时,会成为一个非常严重的问题。在UMTS和LTE无线层通过引入ARQ和HARQ机制确保通过重传丢失数据的方式来处理空中接口错误。当无线条件由于移动性改变时,空中接口的缺点不是唯一的丢包源头,比如切换、突发覆盖孔(短暂性的覆盖问题)以及网络不对称性(在LTE中,在小区边缘附近,UL覆盖可能消失,然而DL覆盖仍旧存在)也有可能引起分组丢失问题。

除了空中接口问题和移动性引起的分组丢失外,由于不可预知的延时,TCP可能经历性能降低,比如TCP来回程时间的突然变化:在X2(LTE)接口上的TCP分片转发、ARQ和HARQ的重传或者成功切换后不同的无线环境(更长的传输路径、更大的缓存、更高的负载等)。在切换和网络不对称的情况下,数据的无序分发能触发TCP重传。这些情况下,数据传输的有效性是受限的,TCP的RTO定时器可能超时,触发导致更长恢复时间(恢复时间是要求达到在问题发生前同等吞吐率的时间)的TCP慢启动。

有限的移动设备电池性能要求在当前TCP不能提供的无线环境中进行有效的数据传输。从资源使用的角度来看,由于与高性能的有线链路相比空中接口和微波链路都是稀缺资源,TCP效率也是一个主要问题。

在无线接口上的TCP效率问题产生了很多备选解决方案。一种可能的方式是把这些解决方案分成两组:网络支持的解决方案和端到端解决方案。网络支持的解决方案要求在网络侧增加额外的功能,然而端到端解决方案对下层网络是透明传输。

网络侧解决方案(监听协议、TCP分裂解决方案等)基于在既定网络中实现额外功能的想法。这些功能用于拦截既定连接的TCP分片并且代替接收端对这些分片进行处理,目的是为了阻止不是由分组丢失引起的拥塞控制。这些解决方案可能从空中接口不完美的即时信息中收益,因而理想的位置是在eNB(LTE)侧或者RNC(WCDMA/HSPA)侧。尤其是在LTE系统中的切换场景下,已经被截断连接的状态信息必须在可能引入增加切换时延的节点间进行交换。切换这个事实证明了在网关节点的额外功能替换。

监听协议在没有违反端到端的连接语义条件下隐藏了来自TCP层的空中接口。

在监听协议场景下[11],连接的分组被监听模块(位于eNB或者RNC中)截断并且复制。存储复制分组直到收到确认为止。在丢弃掉3个重复的ACK后,重传丢失的分片。WTCP[12]通过使用TCP时间戳选项去测量空中接口上的来回程时延来提升监听协议的性能。使用这种测量方式去操纵发送端规避重传超时。(www.daowen.com)

TCPSACK:感知监听协议[13]使用TCPSACK(选择性确认)(RFC2018)选项提供的功能。由于接收端在接收到非连续的分片块时能通知发送端,所以SACK降低了重传数据的数量。监听模块重传重复ACK指示的丢失分片或者选择性ACK指示的丢失分片所对应的分块。

TCP分裂解决方案把TCP连接分为两种或者更多的独立连接。被分裂的连接节点,也就是说,接口节点被称为代理服务器。分组被代理截断、缓存以及确认。为了分离空中接口,最简单的解决方案是创建两个TCP连接(间接TCP[15]),并且使用更短的TCP连接去处理空中接口问题。

一个更复杂的解决方案是,当代理服务器和UE之间的连接窗口是可计算时[16],使用包含瞬时信道质量或者可用带宽信息的无线网络反馈。

替代要求且依赖于网络设备的额外功能,端到端的解决方案要求在发送端和接收端都能处理拥塞和空中接口错误引起丢包的具体机制。这种方法维护了端到端的连接语义。

切换对连接性能起负面影响,也就是说,在切换执行前通过使能UE去发送一个零值窗口广播(ZWA)到发送端,冻结TCP[17]将处理由于临时连接丢失产生的超时。依赖于收到的ZWA,发送端进入保留模式并且停止向接收端发送数据。重新连接建立,恢复数据传输,并且UE给发送端发送一个非零窗口广播。这种机制防止了由于切换造成的超时和cwnd缩水,并且允许发送端在切换前继续使用之前的cwnd值进行数据传输。

TCP-Westwood提出了一种通过监控ACK速率来估计可用带宽的发送侧增强方法。作为检测到拥塞事件(3个重复ACK或者超时)的结果,发送端重新计算拥塞窗口和慢启动门限,并且设置为对应的值。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈