LTE网络中基于无线丢包感知的跨层拥塞控制方法

发布时间：2017-08-20 10:19

  本文关键词：LTE网络中基于无线丢包感知的跨层拥塞控制方法

  更多相关文章： LTE 跨层拥塞控制 区分丢包 带宽估计

【摘要】：随着4G/LTE(4 Generation/Long Term Evolution)网络的迅速发展与部署以及无线移动网络性能的进一步提升,互联网中的用户数和应用都出现爆炸性增长。在网络带宽提高的同时数据量也急剧增加,使得拥塞问题成为影响数据传输性能最重要的因素之一,在出现拥塞时如果不能及时有效的进行控制,会严重影响通信质量。与有线网络相比,无线网络通常具大时延、带宽不对称、高误码率以及短期流多的特点,造成误码等非拥塞因素可能成为丢包的主要原因,使得TCP协议在无线环境中受到很大限制,TCP Westwood(简称TCPW)是针对无线网络特点而设计的,但算法无法区分丢包类型,当网络中出现丢包时TCPW算法都会按照拥塞丢包来处理,采取相同的窗口减小策略;在拥塞避免阶段发送窗口的增长方式仍然沿用盲目性的递增机制,不能有效的缓解网络拥塞;并且在带宽估计过程中没有考虑ACK压缩和报文到达突发性等因素的影响,往往会造成带宽估计过高的问题,因此针对TCPW算法进行改进以适应复杂的无线网络环境一直是研究的热点。本文首先综述了4G/LTE网络的特征以及其面临的问题,然后系统地阐述各种应用于无线网络环境下的拥塞控制协议,并在此基础上深入研究,主要研究成果如下:针对传统TCPW算法无法区分丢包类型的问题,提出了一种基于跨层的解决方案,借助无线链路控制层(Radio Link Control,RLC)的帮助,利用ARQ机制的ACK/NACK信息对无线链路质量进行估计,并根据无线链路质量区分丢包原因,仿真实验结果表明该方案能有效的区分丢包类型,并提高系统吞吐量。针对TCPW算法窗口增长盲目性和单一性的问题,提出了一种改进的拥塞控制算法,利用单向时延的变化趋势来划分网络拥塞程度,根据网络拥塞程度调整发送窗口的增长幅度,并在时延测量过程中通过跨层方法消除RLC层重传机制带来的附加时延和时延抖动,仿真实验结果表明,改进的拥塞控制算法提高了带宽资源利用率并降低网络丢包率。针对带宽估计偏高的问题,改进了带宽采样值的计算方法,在带宽估计过程中引入了拥塞程度衡量因子,避免了由于带宽估计过高而造成TCP协议性能的下降,仿真实验结果表明改进算法能明显提高网络传输性能,同时提高了其公平性。
【关键词】：LTE 跨层拥塞控制 区分丢包 带宽估计
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-11
• 1.1.1 无线网络概述8-9
• 1.1.2 无线网络存在的问题9-10
• 1.1.3 TCP协议在无线环境中的局限性10-11
• 1.2 无线网络中拥塞控制机制的研究现状11-15
• 1.2.1 无线网络中TCP协议的研究现状11-13
• 1.2.2 无线网络中TCP Westwood协议的研究现状13-15
• 1.3 本文的研究内容15-16
• 第二章 4G/LTE网络架构简介16-21
• 2.1 LTE网络的技术特征16-17
• 2.2 LTE网络中的网元与其功能17-18
• 2.3 LTE空中接口协议栈18-21
• 第三章 基于跨层的区分丢包算法21-31
• 3.1 TCP拥塞控制算法的跨层设计21-23
• 3.1.1 跨层设计的思想21-22
• 3.1.2 跨层设计的主要方案22-23
• 3.2 本文的跨层设计方案23-29
• 3.2.1 基于跨层的无线链路质量估计24-27
• 3.2.2 基于跨层的拥塞程度估计27-29
• 3.3 丢包区分方法29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 基于跨层的改进TCPW拥塞控制协议31-42
• 4.1 改进的带宽估计算法31-35
• 4.1.1 TCPW带宽估计31-32
• 4.1.2 TCPW带宽估计的不足32-33
• 4.1.3 改进的TCPW带宽估计33-35
• 4.2 改进的TCPW拥塞控制策略35-40
• 4.2.1 TCPW拥塞控制策略35-36
• 4.2.2 拥塞避免阶段改进策略36-38
• 4.2.3 快速重传、超时重传阶段改进策略38-40
• 4.3 TCPW-WDC算法40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 仿真实验42-56
• 5.1 NS-3 简介42-44
• 5.2 仿真环境搭建44-48
• 5.2.1 无线信道差错模型45-46
• 5.2.2 仿真环境参数设置及评价指标46-47
• 5.2.3 仿真环境拓扑结构47-48
• 5.3 仿真结果分析48-55
• 5.3.1 无背景脉冲流场景48-51
• 5.3.2 存在背景脉冲流场景51-54
• 5.3.3 公平性测试54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 6.1 总结56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-61
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文61-62
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目62-63
• 致谢63

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本文编号：706066