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基于SCTP協議的無線網絡擁塞控制方法.pdf

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基于 SCTP 協議 無線網絡 擁塞 控制 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210247477.0

申請日:

2012.07.17

公開號:

CN102769520B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04L 1/18申請日:20120717|||公開
IPC分類號: H04L1/18; H04W28/04(2009.01)I; H04W28/10(2009.01)I 主分類號: H04L1/18
申請人: 西安電子科技大學
發明人: 侯蓉暉; 荊奕霖; 趙炳奇; 趙林靖; 李紅艷; 馬英紅
地址: 710071 陜西省西安市太白南路2號
優先權:
專利代理機構: 陜西電子工業專利中心 61205 代理人: 王品華;朱紅星
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210247477.0

授權公告號:

102769520B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.12.26|||2012.11.07

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于SCTP協議的無線網絡擁塞控制方法,主要解決無線信道環境下使用標準STCP協議傳輸數據時網絡吞吐量低的問題。其實現的過程是:(1)建立SCTP會話;(2)進行擁塞控制和更新平滑往返時延Srtt;(3)對于被報告缺失四次的數據包,進行快速重傳,并將更新的Srtt值設為該數據包的快速重傳定時器的時間;(4)快速重傳定時器超時后,如果該數據包仍然沒有收到回復,則對該數據包再次進行快速重傳。本發明通過對現有SCTP協議進行改進,提高了傳輸數據時的網絡吞吐量,可用于無線網絡環境。

權利要求書

1: 一種基于 SCTP 協議的無線網絡擁塞控制方法, 其步驟包括如下 : (1) 經過四步握手建立流傳輸控制協議 SCTP 會話 ; (2) 會話建立后, 進入擁塞控制, 同時根據 SCTP 標準協議更新要記錄的平滑往返時間 Srtt 的值 ; (3) 檢查是否有數據包的超時重傳定時器超時, 如果是則進行超時重傳, 否則執行步驟 (4) ; (4) 查看數據包的傳輸序列號 TSN 是否已經有四次缺失登記, 如果是則執行步驟 (5) , 否則返回步驟 (2) ; (5) 對已經有四次登記缺失的數據包進行快速重傳 ; (6) 根據最新一次記錄的平滑往返時間 Srtt, 設置數據包的快速重傳定時器 , 即將最 新記錄的 Srtt 值設為快速重傳定時器的時間 ; (7) 檢查數據包的快速重傳定時器是否為零, 如果是則執行步驟 (8) , 否則返回步驟 (2) ; (8) 檢查是否有對重傳數據包的回復, 如果沒有收到回復, 執行步驟 (9) , 否則返回步驟 (2) ; (9) 再一次進行快速重傳。
2: 根據權利要求 1 所述的一種基于 SCTP 協議的無線網絡擁塞控制方法, 其中步驟 (1) 所述的經過四步握手建立流傳輸控制協議 SCTP 會話, 按如下步驟進行 : (2a) 發送端發送 INIT 數據包, 以發起連接請求 ; (2b) 接收端收到 INIT 包后, 返回 INIT-ACK 包進行確認 ; (2c) 發送端發送 COOKIE-EHCO 包啟動偶聯 ; (2d) 接收端收到 COOKIE-EHCO 包后返回 COOKIE-ACK 包進行確認。
3: 根據權利要求 1 所述的一種基于 SCTP 協議的無線網絡擁塞控制方法, 其中步驟 (4) 所述的查看數據包的傳輸序列號是否已經有四次缺失登記, 按如下步驟進行 : (3a) SCTP 對發送的每一個數據包賦予一個唯一的傳輸序列號 TSN ; (3b) 當發送端收到數據包的回復時, 如果回復中報告收到數據包的 TSN 是不連續的, 就將缺失的那個數據包的 TSN 記錄下來, 并將該數據包的缺失數目增加 1 ; (3c) 檢查該數據包缺失的數目是否等于 4, 如果是則立即重傳該數據包。
4: 根據權利要求 1 所述的一種基于 SCTP 協議的無線網絡擁塞控制方法, 其中步驟 (8) 所述的檢查是否有對重傳數據包的回復, 是在內核中查看重傳隊列, 如果重傳隊列中仍然 有該數據包, 則為發送端沒有收到對該數據包的回復, 如果重傳隊列中沒有該數據包, 則為 發送端已經收到了回復。

說明書


基于 SCTP 協議的無線網絡擁塞控制方法

    技術領域 本發明屬于網絡通信技術領域, 特別涉及一種在無線局域網 Wlan 中采用流傳輸 控制協議 SCTP 控制網絡擁塞的方法, 用于提高無線信道發送端的吞吐量。
     背景技術 SCTP 協議是 IETF 在 2000 年新定義的一個協議, 最初是被設計用于在 IP 網絡上傳 輸電信信令 SS7, 并把 SS7 信令網絡的一些可靠特性引入 IP 網絡。它同傳輸控制協議 TCP 和數據報協議 UDP 一樣, 都是屬于傳輸層的協議。SCTP 是一種可靠的傳輸層協議, 它在兩 個端點之間提供穩定、 有序的數據傳遞服務, 并且可以保護數據消息邊界。 該協議具有多歸 屬, 多流, 消息分幀, 可配置無序發送, 平滑關閉等特性, 具有很高的可靠性和安全性。
     SCTP 實際上是一個面向連接的協議, 它兼有 TCP 和 UDP 兩者的特點, 可以稱為是 TCP 的改進協議。但它們之間還是有著很大的區別。首先, SCTP 協議的連接稱為偶聯, 每個 偶聯可以是多歸屬的。而 TCP 連接的端點只能有單個 IP 地址。其次, SCTP 是基于消息流, 它的一個偶聯可以包含多個流, 而 TCP 是基于字節流的, 它只能支持一個流。還有 SCTP 協 議建立連接時采用了四次握手機制, 相對于 TCP 的三次握手機制, 可以有效的防止拒絕服 務攻擊。 SCTP 協議對 TCP 的缺陷進行了一些完善, 同時又將 UDP 的一些優點相結合, 提供了 更加可靠、 高效、 有序的數據傳輸服務。
     無線局域網中, 無線信道很容易受到外界環境的干擾, 這導致無線信道會在短時 間內劇烈變化, 引起較高的丟包率和較大的傳輸時延。由于 SCTP 在制定成標準的時候是針 對有線網絡設計的, 而沒有考慮無線網絡的情況。 因為有線網絡可靠性較高, 數據傳輸過程 中很少發生傳輸錯誤導致的丟包, 所以丟包的原因都認為是發生了網絡擁塞。這時數據發 送端為了避免擁塞繼續發生, 就要采取相應的擁塞控制機制降低發送端發送數據的速率, 進而降低了網絡的吞吐量。 但在無線網絡中, 丟包大多是傳輸錯誤導致的, 此時并沒有發生 擁塞。但標準協議仍會降低發送速率, 這會使吞吐量嚴重下降, 傳輸的性能變差。
     發明內容 本發明的目的在于針對 Wlan 環境下 SCTP 協議的不足, 提出了一種基于 SCTP 協議 的無線網絡擁塞控制方法, 提高網絡吞吐量, 改善傳輸的性能。
     實現本發明目的的思路是 : 在數據傳輸過程中 , 當數據包被四次登記缺失時, 通 過啟動快速重傳機制, 迅速重傳該數據包, 防止擁塞發生。 數據包重傳之后通過設置對該數 據包再次快速重傳的定時器, 實現重傳包丟失后再一次的快速重傳。其技術方案包括如下 步驟 :
     (1) 經過四步握手建立流傳輸控制協議 SCTP 會話 ;
     (2) 會話建立后, 進入擁塞控制, 同時根據 SCTP 標準協議更新要記錄的平滑往返 時間 Srtt 的值 ;
     (3) 檢查是否有數據包的超時重傳定時器超時, 如果是則進行超時重傳, 否則執行
     步驟 (4) ;
     (4) 查看數據包的傳輸序列號 TSN 是否已經有四次缺失登記, 如果是則執行步驟 (5) , 否則返回步驟 (2) ;
     (5) 對已經有四次登記缺失的數據包進行快速重傳 ;
     (6) 根據最新一次記錄的平滑往返時間 Srtt, 設置數據包的快速重傳定時器 , 即 將最新記錄的 Srtt 值設為快速重傳定時器的時間 ;
     (7) 檢查數據包的快速重傳定時器是否為零, 如果是則執行步驟 (8) , 否則返回步 驟 (2) ;
     (8) 檢查是否有對重傳數據包的回復, 如果沒有收到回復, 執行步驟 (9) , 否則返回 步驟 (2) ;
     (9) 再一次進行快速重傳。
     本發明由于為快速重傳的數據包設定了一個快速重傳定時器, 在該定時器超時之 后如果沒有收到回復, 則立刻再次重傳該數據包, 克服了現有技術在無線信道中吞吐量低 的問題, 能夠在無線信道受到外界環境影響突然變化的情況下, 保持網絡的吞吐量。 附圖說明
     圖 1 本發明的工作流程圖 ; 圖 2 本發明的基本應用場景圖 ; 圖 3 采用現有方案與本發明方案的擁塞控制窗口 Cwnd 對比圖。具體實施方式
     本發明涉及修改標準 SCTP 協議的快速重傳機制, 允許多次的快速重傳, 并將當前 統計的平滑往返時延 Srtt 作為相鄰兩次快速重傳間隔時間。如果丟包是由于傳輸錯誤導 致的, 往返時延不會很大, 本發明方案會在超時重傳定時器超時之前啟動快速重傳, 提高發 送概率以提升吞吐量 ; 如果丟包是由于擁塞導致的, 當前的往返時延會很大, 本發明方案將 采用已有協議的超時重傳機制, 將擁塞控制窗口將為最低。 因此, 本發明的既能應用于有線 網絡, 又能應用于無線網絡。
     下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。
     參照圖 1, 本發明具體步驟如下 :
     步驟 1, 初始化偶聯。
     (1a) 發送端發送 INIT 數據包, 以發起連接請求 ;
     (1b) 接收端收到 INIT 包后, 返回 INIT-ACK 包進行確認 ;
     (1c) 發送端發送 COOKIE-EHCO 包啟動偶聯 ;
     (1d) 接收端收到 COOKIE-EHCO 包后返回 COOKIE-ACK 包進行確認。
     經過上述四步握手后建立 SCTP 會話, 會話建立之后進行正常的通信。
     步驟 2, 擁塞控制和更新平滑往返時間 Srtt 的值。
     (2a) 會話建立后, 進入擁塞控制階段, SCTP 的擁塞控制機制根據當前擁塞控制窗 口 Cwnd 和慢啟動門限 Ssthresh 的大小區分慢啟動和擁塞避免過程, 如果擁塞控制窗口比 慢啟動門限小, 則處于慢啟動階段, 否則處于擁塞避免階段, 擁塞控制窗口 Cwnd 和慢啟動門限 Ssthresh 的值根據 SCTP 協議標準進行設定 ;
     (2b) Linux 內核中, 發送端發送數據包的時候, 每隔一段時間會對非重傳的數據包 做標記, 用該數據包計算當前網絡的往返時間 Rtt, 如果發送端長時間沒有發送數據, 則發 送端會自動發送一些數據探測包去探測網絡的往返時間 Rtt ;
     (2c)根據得到的往返時間 Rtt, 按照 SCTP 協議標準計算當前的平滑往返時間 Srtt, 并用計算得到的結果更新記錄的平滑往返時間 Srtt 的值。
     步驟 3, 查看是否有數據包的超時重傳定時器超時。
     發送端發送數據包的時候, 給每個數據包設置一個超時重傳計時器, 如果在超時 重傳計時器超時的那個時刻仍然沒有收到對該數據包的回復, 則對這個數據包進行超時重 傳, 否則執行步驟 4。
     步驟 4, 檢查數據包的傳輸序列號 TSN 是否已經有過四次缺失登記。
     (4a) SCTP 對每一個發送的數據包賦予一個唯一的傳輸序列號 TSN ;
     (4b) 當發送端收到數據包的回復時, 如果回復中報告收到數據包的 TSN 是不連續 的, 就將缺失的那個數據包的 TSN 記錄下來, 并將該數據包的缺失數目增加 1 ;
     (4c) 判斷該數據包缺失的數目是否等于 4, 如果等于 4, 則執行步驟 5 ; 如果小于 4, 返回執行步驟 2。 步驟 5, 對報告缺失 4 次的數據包啟動快速重傳機制進行重傳, 該快速重傳機制是 SCTP 協議標準中規定的一種重傳機制, 即如果數據包的傳輸序列號 TSN 已經有四次缺失登 記, 無論超時重傳定時器是否為零, 都將立刻重傳這個數據包。
     步驟 6, 對數據包進行快速重傳的同時, 將該數據包的快速重傳定時器設置為當前 更新的平滑往返時間 Srtt 的值。
     步驟 7, 檢查數據包的快速重傳定時器是否超時, 如果快速重傳定時器為零, 則已 經超時, 執行步驟 8, 否則返回步驟 2。
     步驟 8, 檢查數據包是否收到回復。
     在內核中查看重傳隊列, 如果重傳隊列中仍然有該數據包, 則再次重傳該數據包, 否則說明發送端已經收到了對該數據包的回復, 不用對該數據包進行擁塞控制, 返回步驟 2。
     步驟 9, 再次對上述缺失的數據包進行快速重傳。
     本發明的效果可以通過以下實驗進一步說明 :
     (1) 實驗條件 : 采用基于 Linux-2.6.35 內核版本的 Ubuntu 操作系統, 在三臺物理 機上, 使用修改后的 SCTP 內核模塊。
     (2) 實驗場景 : 如圖 2 所示, 兩個用戶 A、 B 處于不同的地理位置, 受當前環境中其 他無線設備和傳輸距離的影響, 用戶之間會產生相互干擾, 兩個用戶的丟包率和時延會有 不同的變化。
     (3) 實驗方法 : 兩個用戶 A、 B 通過無線路由器和一個服務器建立會話, 兩個用戶同 時向服務器不間斷地發送數據。采用現有 SCTP 方案和采用本發明方案分別進行實驗, 統計 用戶 A 的擁塞控制窗口 Cwnd 的值, 之后基于 Matlab 繪出擁塞控制窗口 Cwnd 隨時間變化曲 線, 如圖 3 所示。
     (4) 實驗結果 : 由圖 3 可見, 采用現有 SCTP 方案發送端擁塞控制窗口 Cwnd 的值主
     要在 6000 比特之下, 而采用本發明方法, 則擁塞控制窗口 Cwnd 的值主要在 6000 比特之上, 這說明采用本發明方案能比采用現有 SCTP 協議在相同的時間內發送更多的數據包, 從而 增加了網絡的吞吐量。

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