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蜂窝网络下的数据传输相关技术 1弓|言 随着无线网络的迅速发展以及无线网络带宽的逐渐提高，基于无线网络下的快速移动终端的实时监控具有广泛的应用前景。由于实时监控会涉及到大量的音视频数据的传输，且无线网络信道又具有易错、时变和带限的特点，且多径现象会导致慢衰落和快衰落，使得信道误比特率要比有线环境大得多，且随着基站和终端位置、方向的改变而变化很大［1］。 目前实现分组无线通信网络消息交换和数据传输的方法主要有TCP传输控制协议和SCTP简单流传输协议，以及UDP用户数据报协议。基于无线网络的特点，需要相关的技术来实现控制。 本文主要针对无线网络中的蜂窝网络，总结了数据可靠，友好传输所需要的相关技术。 2TCP方式的数据传输2.1TCP介绍 TCP在不可靠的IP层基础上为应用层提供面向连接的、可靠的数据传输服。TCP使用4种技术(窗口、序列号、重传定时器、确认)实现TCP的3个功能：①流量控制；②差错控制；③拥塞控制，以此保证数据的可靠传输。标准TCP(在本文中指目前Internet中常用的TCP协议——Reno)在有线网络中能很好地工作，但是在蜂窝网络中的性能很差，为了能在无线网络中有效地使用TCP,就必须为标准TCP增加一些额外的技术。人们已经提出了各种不同的方法来提高无线网络中TCP性能，但是几乎所有的方法都是针对某个特定问题，没有一个方法可以解决所有问题。一些方法在特定的拓扑结构中的性能比较好，而另外一些在不同的网络环境可以运行得更好。 2.2影响蜂窝网络中TCP性能的因素 标准TCP假设网络拥塞引起了绝大部分的丢包,而把其他导致丢包的原因忽略不计。如果把标准TCP直接应用到无线网络中，由于无线网络中的传输错误、链路/路由中断等因素的影响,则标准TCP会经常在网络没有拥塞的情况下启动拥塞控制,造成性能的急剧降低。造成蜂窝无线网络TCP性能下降的几个原因可以总结为以下几种［2］: 高比特误码率(BER)。无线网络的链路是有损介质，具有很高的比特误码率。比特误码会导致数据包损坏甚至丢包，从而使得发送端出现超时、重传数据包，并启动拥塞控制。如果重复性地发生这种错误，则会急剧地降低TCP的性能。 错误的丢包探测机制。标准TCP不能区分不同类型的错误(随机丢包、拥塞丢包等)，它把任何丢包都看做拥塞丢包并启动拥塞控制，而不管网络是否处于拥塞状态，导致TCP性能下降。 无线链路带宽。因为无线链路的带宽有限，结点可能只能使用很少的带宽,甚至没有带宽可以使用。导致发送端超时和信息丢失的时间增多。 链路中断。蜂窝网络中，移动结点在蜂窝之间切换过程中有一个信号消失阶段。在这个阶段，移动结点不能接收到任何发送端的数据，造成发送端超时。TCP发送端会重传这些数据并启动拥塞控制，导致TCP性能下降。 2.3改善蜂窝网络中TCP性能的方法 蜂窝网络是TCP研究工作和提出改进方法最多的网络模型，目前改善蜂窝网络中TCP性能的研究工作集中在对TCP本身的改进和TCP与链路层联合改进的基础上，主要基于两个思路：①屏蔽发送端；②发送端觉察.我们参考文献［3］，把这些改善TCP性能的方法大致分为以下4类. 2.3.1TCP分段连接方案 这类方案有I-TCP方法［4］,将移动主机(MH)和固定主机(FH)间的TCP连接在基站处分成两段(MH到基站的无线段和基站到FH的有线段)，在有线和无线链路段分别采取不同的策略。有线链路段使用标准TCP;无线链路段则采用适于无线环境的改进协议.它对发送端是屏蔽丢包的，基站保留了数据包的“硬”状态，这类方案破坏了TCP连接的端对端语义，且需要修改移动主机和中间结点的TCP. 2.3.2TCP缓存方案 这类方案有Snoop方法［2］、不完全应答法ACKP［5］和WTCP［6］等.它和分段连接方案连接类似，但TCP缓存方案在代理中保留数据的“软”状态，而不是“硬”状态，软状态的丢失虽会影响性能，但不会改变TCP的端对端语义. 2.3.4层交叉方案 该类方案由链路层或网络层将链路环境状态反馈到TCP层,TCP依此采取相应的方法来处理丢包.根据低层的反馈方式和TCP处理措施的不同,将它们再细分为以下3类： 重传机制改进方案 这类方案有延迟重复确认法［7］。标准TCP中的快速重传法虽然可以减轻切换造成的性能衰退，但对高误码率的情况效果不大。延迟重复确认法采用对重复确认进行延迟发送的机制，使发送端重传丢包之前无线链路层能进行局部重传。方法对时延带宽值大的无线应用环境(如卫星链路等)TCP能有明显改善，且可适用于网络加密环境，属于屏蔽发送端的方法。 显式状态通知法 这类方案有坏状态通知EBSN［2］、显式丢失通知ELN［2］和显式拥塞通知ECN［8］等。链路层将状态信息(EBSN,ELN和ECN等)作为TCP的选项捎带在TCP确认ACK中发送回