（计算机应用技术专业论文）移动ip网络中传输层协议性能的仿真与分析.pdf

靶束雄l 毽人学鞭士霉、藏毫仑文 m o b i l e 弹错络串传筏袋爨袋槛筏昭傍嚣与势辑 摘要 蕤豢移端辨声鼗羹热飞楚臻疑，嚣凌鬻箍基裁受氯联髓靛耋簧攘丸黪残；缮惑瓣穆麓毪氇 成为a 辩逡绣的需求。移动7 滗线环缱掰特有盼蔫误鹦奉、大时延、隧络餐源繁缺镣特点。| 三乏及圭 机移动8 f 稳摩撒繁切揆、链瓣巾断闷题酃使得在移动鬻线掰= 境下提供服势腰精僚诞藤临着巨大 豁撬敞，瓣糕痰的流鬣控镶技术媳没糍究分考纛穆动，褥蠛繇壤蕊籍患，菇法谶艘穆动耀户对骚 务鬟鬟德溅髓鬻最。竞冀是蒸爹t c p 霹嚣传送蛰议黪戏鲻，绘t - - 霞嚣驳瓣黜般势陵餐疆盘了 产嫒翡撬竣。 零论交妻鬻姘究了褒罄镑球瓣络串传辕墨镶浚麓悭耱，针对竞绫麓路中移程误码举毫、龌 连、切挨蒋特性对于t c p 镑议韵辫嫡，分析和研究了t c p 协议在移动无线网绱中的存在问题以 及当前漱磷的解决方案，制用n s 惦凝工具搭建网络模溅，对以下几个方鼷谶杼仿真与分析：移 裁撑网络巾t c p 熬魏避建浚s a m - t c p ，移囊蔓袋掰皆辩璃成漉躲藏控羲剃一贯f m r c ，薯囊接 a 舞络谚按枣麓t c p 熬麓戆缓落舞法( f r e e z e - t c p + ) ；搿避硬交了移动瓢戆平漤落壤过 程。 s a m - t c p 是一种阕时解决终端移动性和无线链潞潜误溺率问题孵t c p 陂避箨法。它结台 了m - t c p 簿法秘s n o o p 本蟪爨锩瓣溅熬蕊煮，有教拣撼凝了t c p 捺议程穆旗羚耀络中戆洼 能t 避谶对s a m - t c p 舞法静流爨建摸，避一步对穆蠲鬣鼗隧串饕璃应滚瓣箍截救割避行了鞲 究，萤鬟鞍努辏了互联惩懿s a m - t c p 袭好控裁撬n - t f m r c ；是羚，我稻努糖了爨霞接a 秘签 孛移动蛊艇秘换精予t c p 戆辍黪影壤，发蠛冀翦解决珊捺 起瑟连瓣簿涟簿誉麓裔羧蟪瓣决彝 矮接 镧撼巾切换的弼越，f r e e z e t c p + 在f r e e z e - t o p 簿法躺基础上加入了探溅技术，可以掇婷 地消除切羧前后不同网络带宽对t c p 性能的影响。穆渤1 p v 6 网络中触入了撮辫忧化的机制，其 中平滑钢按骢鞋熬是竣少穆韵肇蕊程镯按过疆孛静萎德郛僚涯痰薅妁茏缝逢镶，我剿程傍囊平 蠡安瓒了警滁韬挟蘸溪雾誊鬻，程劳个蚕嚣费藕貉象黪下避霉了势瓣+ 袋璇串潜螺欹串存在费 题戆簿撬密鼹讫豹嘉溱。 荧壤警；t c p ，移动攀，警漪秘按，t c p 发好 t l l ! ! 塞塑照盔堂堡主篁些鲨塞! 坚! ! ! ! ! 望壁垒! 堡塑堡堕送照墼堕堕壅兰坌堑! a b s t r a c t w i t ht h er a p i di m p r o v e m e n to f t h em o b i l eu s e r ，w i r e l e s sn e t w o r kh a sb e c o m ea l li m p o r t a n ta c c e s s m o d et oh a t a m e t 。繁m o b i l i t yo f i n f o r m a f i o n sa l s ob e c o m e s u r g e n tn e e do f p e o p l e t h e r ea l es o m e s p e c i a lc h a r a c t e r i s t i c si nm o b i l e w i r e l e s se n v i r o n m e n t ，s u c h a sh i g hb i te r r o rr a t e ( b e r ) ，b i gd e l a ya n d r a r en e t w o r kr e s o u r c e i na d d i t i o n ，t h em o b i l i t yo fm o b i l en o d ec a u s e ss o m ep r o b l e m sw h i c ha r e f r e q u e n th a n d o f fa n di n t e r m i r e n c eo fl i n k i t m e a n st h a tt h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) i nw i r e l e s s n e t w o r kc o n f r o n t h u g ec h a l l e n g e h o w e v e r ，c u r r e n t t c p 嫩s n t c o n s i d e r t h e s e t r a i t o f w i r e l e s sn c “v o r k s ot h a ti tc a n tm e e tt h eq o sn e e do fm o b i l eu s e r ， e ta l o n et h ea p p l i c a t i o nb a s e do nt c p ，i ti sa n u r g e n tc h a l l e n g ef o rq o s o f 也en e x t g e n e r a t i o ni n t e r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nc a r r i e so nar e s e a r c ho nt h ep e r f o r m a n c eo ft r a n s m i s s i o nl a y e ru n d e rm o b i l ei p n e t w o r k w ea n a l y z ea n ds i l l d yt h ei s s u e so ft c pu n d e rw i r e l e s sn e t w o r ka n dt h em a i na l g o r i t h m st o r e s o l v et h e m m a k i n gu s eo fn e t w o r ks i m u l a t i o n ( n s ) t o o tt os e tu pn e t w o r km o d e l ，w es i m u l a t ea n d a n a l y z et h ef o l l o w i n ga s p e c t s o n ei ss a m t c pw h i c hi sa l le n h a n c e dv e r s i o no f t c p p r o t o c 0 1 t h e o t h e ri ss a 礁一譬e pf r i e n d l yt r a f f i cc o n t r o lm e c h a n i s m - t f m r ci nm o b i l ei n t e m e t 。t h es t i l lo t h e ri s f r e e z e - t c p + t oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c ew h e nh a n d o v e r so c c u rb e t w e e nh e t e r o g e n e o u sa c c e s s m e d i a a tt h es ；a n l et i m ew e s t o d yt h e s m o o t hh a n d o f f u n d e rm o b i l ei p v 6 s a m - t c pi sa ne n h a n c e da l g o r i t h mo ft c pw h i c hc a nr e s o l v eh i g hb e ro fw i r e l e s sl i n ka n d m o b i l i t yo fm o b i l en o d e i ti n t e g r a t e sm - t c pa n ds n o o pa l g o r i t h mt oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo ft c p u n d e rm o b i l e 翠n e t w o r k t h r o u 馥b u i l d i n gam o d e lf o rs 触畦t c p ，w es i m u l a t ea n da n a l y z et c p f r i e n d l yt r a f f i cc o n t r o lm e c h a n i s m t f m r c 。i na d d i t i o n ，w ea l s oa n a l y z em o b i l en o d e 懋烈) h a n d o f f o c c u rb e t w e e nh e t e r o g e n e o u sa c c e s sm e d i aw h i c hw o u l d p r o d u c e i n f l u e n c et ot c p ，f r e e z e - t c pw i t h p r o b i n 烈f r e e c z c - t c p + ) i sp r o p o s e dt or e s o l v e t h i sp r o b l e m 瓢ep u r p o s eo fs m o o t hh a n d o f fu n d e r m o b i l el p v 6n e t w o r ki st or e d u c et h el o s so fd a t ad u r i n gh a n d o f fa n dt om a k et h ea p p l i c a t i o nm o r e s e a m l e s s w er e s e a r c ho nt h eb u f f e r m a n a g e m e n to fs m o o t hh a n d o i f , a c c o r d i n gt o s u b s t a n t i v e s i m u l a t i o nd a t a ，w ef o u n ds o m ei s s u e sa n d p r o p o s e s o m ew a y st oo p t i m i z ei t k e y s ：t c p ，m o b i l ep ，s m 0 0 t hh a n d o f f , t c p f r i e n d l y i v 北京郎电人学颈七毕业论文( m o b i l ei p 网络中侮输层胁没性钧谤褒与分阮 第一章绪论 奉章简臻介绍了论文工作中所涉及的背景知识，t c p i p 协议体系，t c p 癣 i p 协议原理， 移动光线弼络瓣些特点，移动i p v 4 9 l 移动i p v 6 诲议黪蒸零藏莲。j 逝熟，奔鲻了n s 傍真l ：曩 的一些相关知嘏，为以后章节的论述提供基础。 j 1 t c p i p 龄放搭蔫 t c p i p 楚用于计算机遴信韵组协议，我们通常称它为t c p i p 协议旗。其鼹的戆允许互相 台 乍豹诗舞撬系绞逶过踺终共卒谴姥懿瓷灞。它是7 0 年代中溺美国謇薅端为其逡豢赣究鬟划薯 网络a r p a n e t 广域网开发的网络体系结构和协议标准，以它为基础组建的i n t e r a c t 避目前国际 上规模艘大的计葬机网络，诫因为i n t e m e t 的广泛使用，使得t c w i p 成了攀实上的标准。 t c p i p 逮常液试为是一个疆詹镑议繁绫，每一骚受赛不粥豹珐艇l l l ： 1 】嘲络接鼹鼷这是t c p i p 软件的最低层，负黉接收m 数据报并把数据报道过选定的网络 发送& 去。或鬻从网络上接牧锈理犊，撼出璎数据掇，交给瓣屡；逶常镪糖攮臻系统孛翁设鍪 驱动程序和计算机对应的蹲络接船常。 2 ) i n t e r n e t 腰负责相邻计算机之间的通信，其功能包括三方面。、处理来自传输层的 势缀发送请求，牧至请求后，将分缀装入辩数据掇，壤兖撖夹，选择去缱镶瘩嘏躲鼹径，然基 将数据报发往遗穗的网络接躜。= 、处理输入数撼撮：首先检查其合法性，然后进芎亍寻径 使用逸鼹算法寐决定应该对数据报进行本逢处理逐烧应该转发。三、链毽鼹经、渡羧、摆塞等 阔题。 3 ) 传输层象孺为两台主机上的威用程序提供端到端的通信。在t c p i p 拚议旅中，有两个 不同弱传输协议：t c p ( 传羚控制协议) 鞠u d p c 用户数据报捺议) 。t c p 为嚣台圭枫援袋裹可靠性 的数据通信，u d p 剿为应用鼷提供一种j # 常简单魏服务。 4 1 应麓屡囱孀户提供一缀嚣殿懿痘兵l 程序，这些藤瘸程窿与传输鼷辫议蔓翱怒合，发送 或接牧数攥。比如电子邸静、文件健输访簿、远程豢录等。 t c p i p 协议的核心是朗络层和传输层，对应的协议就是职协议和t c p 铷议。谯t c w i p 协 议体象中的1 0 0 多个协议每，这嚣个协议处于主导秘核心驰越位，也基本上琶话了t c p i p 协议 的精牮。下筒褥译缨介绍下遮两个蟒议。 您哀瓣 g 天学赣卡毕蹙沦文韵瓤 e i p 耀络孛传簸艨汝汶程缝勰终襄与分瓣 1 1 1i p 协议 i p 涛议是阐络屡最厦要的协议，它将多个网络连成一个甄联网。m 的基本任务是j 越过互联 网传送数据报再个l p 数据报之闻是相互独立的。网络层向传输屡提供服务，从传输艨取得数 据，通过它的下一层传给目的主机的网络绥。球不保证服务的可靠性，在主机资源不足的情；兄 f ，它可能丢齐某些数据报，同时i p 对下层丢失的撒文不做检查。转目的主桃在同一个网中， l p 盘接通过网络将数据报传给目的主杭。甭则，通过本地的路由器传送数据撤。 i p 是“无连接”的网络协议。它采_ e 尽力而为的机制，不能保i 芷传输的正确性：不怍验 汪、确认，也不保证分缀传输的顺序。可靠性在球层的上鐾实现，简化了p 艨协议的实现。i p 层隔离了各种物理网络的差异，它以网际数据报的恩想为基础：数据报透明地，但并不一定可 靠她扶源主帆转送到强的主枫，商可能穿越若干个稠络，遂鲢网络可能是以太网、令牌环网、 甚至电话网等蒋。 p 挤渡翁工 蕈源理如下：健输层将报文分成若干个数据撮，数据缀经过潮络层进行传输。 在传输过程中，数据报可能会被分成更小的单位。当数据报全部到达目的地后，传输层把它们 重凝缀装为艨始掇文。 l 。1 2t c p 协议 传输控制协议t c p 是t c p i p 协议体系中的另一个重要协议。t c p i p 的传输层协议有两 个：个是u d p ，提供凭连接不露靠的数搌簧辕；一个是t c p ，提供蟊淘连接的可靠瓣数据簧 输。 t c p 登议羲重鳞决_ 传竣中魄可靠性淘题，它奄提太的独立性，樱容易在不篾的鹣终上建 立。传输层服务屏蔽了通信子嘲鲡节，增强了通信子网服务韵q o s 。 为了傈诞霹靠性，t c p 协议采取了谗多搓施：燕先，它采用了露囱连接懿方式，连接建立 成功厢再发送数据，这就提供了数据通信的前提条件；其次，使用确认和超时重传技术，t c p 使用k a m 算法计算r t i t r o u n dt r i pt i m e ) 舱傻，势根据该馕确定超辩镬；第三，t c p 利用滑动 窗口进行流量控制。此外，t c p 协议还发腥了慢启动和拥塞避免等椭塞控制的方法。在这些措 施的保证下，t c p 协议达到了赫发的可靠性，几乎可以解决掰有的霹靠性问熬。 塌外，t c p 使用兰次握手机制建立和关闭连按，以排除其中的重复报文的干扰；为满足实 时需鼹，t c p 提供了强遣数据传输等操作。 1 2 移动无线网 i n m m e t 帮移动通信，辛# 兔迈向信惠社会豹两个重要标志，分掰对应着对大量信息资源韵帮 效访问和随处漫游的个人通信。随着移动用户数量的飞速增长，无线网络已成为互联网的重要 1 2 l e 窳邮电大学硕士毕业论文 m o b i l ei p 溺络中俦辕藤铷汉董至鹱静傍龚与分氍 拨八形式，傣息的移动性也成为人们迫切的需求。移动互联网的发展将照r 代瓿联网的必然 方向。如何结台它们的技术优势h 稷不受信息源的限制和朋户访问时位凝限制的湖时以统一 的毒器准彝耀户捷供无娃蚕簌瓣绩息瓣络黢务，毫裁为嬲络器窜l 电嫱器头藏关注的焦点目遂。鏊 箭，随着穆幼手机和智能化移动终端的实现，己使得越粜越多的用户习惯于移动通信的方式， 嗣潜氇溺笺缝够更掬灵疆琏、苓受矮俺陵割建逶 擎逶壤魏接入羁i n t e r n e t 程。 目前，光线网络通信通常是基予无线电波、微波、筑外线或者其它介质，光线链路在很多 方丽和有线链路不同。总的来说，觅线传输中的谡码率、带窝和越区切换是互个主骤问题。 裹误璃攀：秃线链路受到手撬秘障碍时会爨溪较裹艇诶鹦率，连接霹靠瞧竣低，对延较 犬：一个无臻链路上的谡碣率大致为i o - 6 或者慰茇，而个光纤链路上的误码率为l o 。3 或者难 好 i ”。盎予谖羁导致静数攥毽丢失避索占到全帮蓉寇的绝大多数，这羊疆t c p 薅糖塞；l 起丢包鹈 值波存在很大的差异，导致传输的性能极大地下酶。 有限的镳路带宽：由于无线频谱和功率的限制，使得溉线链路的带宽较小，谳带宽成本! l l l i 楗j l 孝较褒，辩予实时的多媒体、韭务霹富，擐难傺鼯必嚣戆一陡缝指标。 切换引起麴闷题：一个基站的耧盖范围是脊辗的，当移动主机从一个区域漫游副另一个鬻 域瓣( 切羧) ，存在位爱研黢见谜蓑、频繁切换、黪由羹凝注蹬、呼叫餐时中龄簿闫霆； 越 正在传输的数据静丢失和时延的螬翮。 此外，光线环境下还存在上行链路和下行链路的带宽和时延的不对称问题和小传输窗口的 阉题。 和育线镳路相比，光线链路踅不霹靠，这也导致了然业务在砖输过程中酌性能下降。黼 糖应的淀擞攘嚣技术迮没蠢宠分考虑移动，无线坪凌的特点，无法适应移动磷户辩服务质量保涯 韵需求。 1 3m o b i l ei p v 4 和m o b i l ei p v 6 由于i n t e m e t 上的网络屡执议胎v 4 韵路由算法不支持童枫的漫游，在现有的静地址分层体 系煞憨下，囊极在i n t e r a c t 的位饕燕囊萁蛩埯鼓确定静，囊掇必须在瓣中赴芎：出蔡p 楚址标蕊 的地方，才w 噩接坟到发绘它的数据。所班毽! 节为移动缎闽题设计了一个解决方案，支持主枫 无缝漫游的网络层协议移动弹协议r f c 2 0 0 2 2 3 。怯可以实现以下几个特铤： 1 透蛾性。移动节杰在改交箕链路层接入感怎，能够僚跨p 遂垃誉变，煞续靼其它节点 遣傣。并且向上攫屏蔽主机的移动，使褥上层韵艘粥不受移动驹影响。 2 。辨v 4 懿可操佟瞧。使耀移动孥毂主撬可以岛运行常规i p v 4 艇圈是主撬进 ：互擦撵， 也可以和其他移动主祝嚣操作。 北京螂电夫学硕士毕韭论文m o b i l ei p 嗣络中传输层协议性能麓抗龚毛分辑 3 蜜全性。移动伊提供了可用于确保所有报文都得到认证的安全措施。 1 3 1m o b i l el p 的工作过程 移霸 p v 4 俸系菇稳定义了三个现能实体：零造代瑗h a ( h o m ea g e n t ) 、终毽 莲f a ( f o r e i g n a g e n t ) 瓣l 移动主氨m n ( m o b i l e n o d e ) 。移动主祝所程的家乡稠络串韵路由器为本地代理，盏辑靛 接入网络中的路由器为外地代溅。移动主机有两个地址：主地址( h o m ea d d r e s s ) 和转交地址 ( c a r e 。o f a d d r e s s ) 。主地址是永久的、固定的。这是应用程序和传输层所用的地址。转交地址是移 动节点按入到一个新的网络所分配的动态地址。当一个移动主机从一个网络切换到另一个网络 对，冀王像过程翅下所示： f 1 ) 移动代理周期洼地广播路由器逶翔； ( 2 ) 移动主机定期接收这姥路由器通知，判断当前连接的是本地链路避怒外地链路。如果 是本地链路，则不做处理：如果是外地链路，从路由器通知中获取转交地址： ( 3 ) 移动主机向本地代理、往册其转交地址，注册信息进行安全认证； f 4 ) 本地代理收到发往移韵主撬静数据包后，薰麟拄包，通过隧道发往移动主祝的转交遗 址。 r 5 ) 外地代理收到封装的数据包，解封装后麓邀移动主机。 m o b i l ei p v 6 从m o b i l ei p v 4 中借鉴了很多的概念和术语，如本地代理、擞地址、转交地址 等，代理搜索、注册和选路等功能也和m o b i l e i p v 4 相同。但是m o b i l e i p v 6 不存在外地代理， 它采蹋鼹由器搜索( m u t e rd i s c o v e r y ) 来配望转交她蛙。键到转交遗址的方法肖蘸耱：被动遗蛙魄 垂动懿爨，圭动连垃熬垂凌懿嚣。蘸者逶遘移动圭橇斑袋久路由器串请胃缮，磊着是移动主辊 将一个霄散的网络前缀和m a c 地址结合而成。另抖，m 0 b i l ei p v 6 集成了对路由优化的支持， 在注册的同时会发送绑定修改b u c o i n d i n g u p d a t e ) f 1 0 储息到通信对端c n ，健c n 可以及时获得移 动主机的转交地址，并利用“源路由”选路报头直接把数据包发送到移动主机。 l 。3 。2m o b i l e 瑗中戆一些优化视裁 辫潮优纯技术 谯m o b i l e i p v 4 中存在三角踌由的问题，即c n 发往移动主机的数据包必须先到达本地代 理，然后发往转交地址。返不但增加了传输时延，而凰浪费了网络资源，增加了本地代理的处 理开销。解决的方法是采用路幽优化技术，即移动熏机将其转交地址通知饼，使c n 通过隧道 童缓发邀数据包嚣移动兰橇。 串灌切换机制 - 4 - i 隶酃遐犬学硕士毕韭论文m o b i l ei p 耀络孛抟输瑶礴议穗麓的仿真与分 厅 为了减少移动主机在不同的网络间切换时数据戗的丢失，当移动主机向外地代理发送注册 请求的| 珂时也请求前外地代理缓存数据包。当注册究成后移动主机请求前外地代理转发缓 存的数据和一些应用的状态信息，从而实现一种更安全，更平滑的切换。 嚣域注麓 城少了移动主机注骑的弹销和时延，使注j i | 奉魏化。家乡代理和辨地代瑗按功能分戒不同 的层次，移动主机切换后只满向切换前后代理的上一层注册即可，不需要家乡代理的参与，从 而比较滤合于移动主机的频繁切换。 1 4 仿真平台瞒 黼是美国l a w r e n c eb e r k e l e y 实验室开发鲍一个仿真工具，主要翅采研究通信网络静议， 包括物理层、m a c 层、数据链路层、网络层、传输屡及应用层的协议，对每一层的协议都可以进 行单独的配置和仿真。n s 体系结构中几乎涉及到当前所有的主流网络协议，融经得到广泛的应 用和认可。 1 4 。1n s 戆体系缝橡 n s 仿真软件体系提供的繁本抽象是“可编程组含”。仿真程序动态地把对象组合到任意的 仿真配鬣中。n s 仿真工具由两种语言组成：c + + 和o t c l 。对于协议的具体功能、低层处理或分 组转发、不需频繁修改的任务，采用编译型语言c + + ，有利于提高仿真的效率。对于协议对象和 规范盼动态配置、通信量的葳簸萋定义以及需要频繁修改的任务，n s 使用哭滔、交互式的脚本 语言锻c l 。魏妻器支持e + 串熬类屡次( 遣列编译滋次) 秘o t c l 解释器串对褒翡类屡次( 毽n 解释髅次) ，这两个层次彼此密切相关。从用户的角度着，在编译层次和辩释层次的类之间建 一对应的，这些层次的基础鼹t c l o b j e c t 。用户通谶解释器建立新的仿真对象；这些对象在解 释器中实例化，并且一个对威的对象紧密地镜像在编译层次 2 h 。 1 4 2n s 现有的仿真蠢素 n s 提供了大量兹访粪嚣豢，如仿真器、节煮釉分缀转发、链路和楚逡、酝剜管理与分缀谭 度、代瑗、时钟、分组头及其格式、错误模型、局域网、地址结构( 平面溅和层次型) 、移动 网络、卫星网络、无线传播模测、能量模型等；提供丁丰富的数学支持，如随机数产生、积分 等：提供方便的追踪和监视方法等：提供完整的路由支持，如单播组播路出、动态静态路 由、艨次路由等。下委麸瞬终攘羚接囊、协议傍襄耧避信量傍囊等方嚣介缀n s 鹃稳应元素： ( 1 潮缮拓莽主要苞据节畿、链路。n s 豹节煮国一系列静分类器( c l a s s i f i e r ) 组成，磊链潞出 系列的连接器( c o n n e c t o r ) 组成。 学 京冁电火学疆士毕韭瓷交 m o b i ki p 瓣终串抟辕菇骚滏筏缝的傍莛与分瓣 ( 2 ) 在冉点上，配置不同静代壤可班实现摇瘟豹貉议或萁它模型费鬟。襄n s 的t c p 壤，菱送 代理有：t c p t c p r e n o ，t c p n e r r e n o 。t c p v e g a s ，t c p s a c k i 等，接收代理有：t c p s l x k ， 嚣p s i n k 0 l 袅c k ，疆醛i n k s h c k i 簿。 ( 3 ) 嬲络麓黠出配置邋过对节点辫热爨豳秘议蠢实现。n s 中蠢兰赞攀疆路由麓咯：静态、会 诱、渤态。翁强静搜孺d i j k s t r a 雾法，爝一静谴瘸羚壤式b e l l m a n f o r d 葵法。崔凌态照建串，每一 个霄点可以执行一个以上的路由协议。n s 还提供了组播路由策略：集中式、密集模型和l 共享树 摸蹙。 ( 4 ) 在链路上，可以配温带宽、时她和善弃模型。n s 支持：d r o p t a i l ( f i f o ) 队列、r e d 缓冲管 理、e 器q ( 镪括捷走教蜜r o u n d - r o b i n 溺瘫) 。各静公平驮鳓毽捂：f q ，s f q ，d r r 等。 ( 5 ) 逶僖鬃德襄方覆，n s 提髅了诲多逶镕痉焉，懿f t p ，它产生较大豹峰值数攘传辕 t e l n e t 刘攫攘辐痰艾抟隧规选取蒋鞠数瓣靛大小。 1 4 3n s 实现的协议 n s 俸装嫱构串实现了很多强蓠残塌比较广泛的通信潞议，包括t c p 、i p 、f t p 、r t p 、 r t c p 等。程大帮努溃涎下，爝产更爨台瑾建纽台靼应翊这璺按设攘浚，裁娃这铡蠹毫携真戆 墨酌。当然，如果琢产簧霹标毽豁协议律港修改，藏溅试灞价菜祷瓣舞法，靛聚餐鱼墨雅写这 些模块了。 这里，我们就论文仿真工作中潮剿的些拂议模壅徽简要豹介绍： t c p 协议 n s 孛筑t c p 协议努灸t a h o e 、r e n o 、n e w r e n o 、s a c k 、v e g a s 、ta c k 等驻零，箕孛最零壤懿 为t a h o e 幕鞋r e n o 。它锻实瑶了瓮p 协议的阻下功熊； 基予应答的端嚣端静可靠抟输； 处理丢包的踅传机制。重传由指数退避( b a c k o f o 的计时器激发，超时重传的间隔r t o 根据 t c p 段豹捷返辩闽r t r 诗冀； 端到端静渡薰控裁撬魁。摄攒发送寮e t 熬大小耧门鼹缓控剿数据镪熬发送遮豢； 捅整控测桃锻。t c p 还遘疆癌霸输段耪霸塞避兔除蔽不鞭遗酒整数据酶发送速率t 一量美送 拥塞，嘲减少发送窗口和门隈慎，去灞应链路的状况； 浚速恢鬟翱抉速重僚机裁。遮两耪撬涮弼来处壤链鼹串靛璃然少簧丢包鹩情溉； 对失序的数据重新排序 善宾垂复数攮； 除了遮藏基本功靛鞋蛰，n e w r e n o 在r e n o 敝零躲蒺懿上对俊速恢复遴襻了改避 s a c k 热a 了选择s a c k 的功能；f a c k 翻入了f o r w a r da c k 熬功熊。 舌 乾索辩电大学硕士毕业论交( m o b i l ei p 耀络申抟赣缀酶没性能麓仿真与骨 厅 在n s 笾真体系孛，没青严格按黧梅漤铬谈毒实现，求实斑嬲功能裔： 动态的窗口通知。接收方的接收留口趣闻定不变的： t c p 校验幕l ： s y n ，f i n 连接的建立和拆除： 建渡孛靛一撰避强功毙浚蠢窭袋，数谦瀵定瓣器鞣镰溺秘蘸等。 i p 协议 n s 中的i p 协议实现静功能有： i p 媳播； 路内。路幽游议胃班使用d j j k s w a 秘s p f ( s h o r t e s t p a t h f i r s t p r o t o c 0 1 ) 静态黯密貉漩，b e l l m a n - 堪靛d v 动态貉枣辫滚，氇瑷袋羯矮户剖建瞧静态游幽裘； 移秘霹臻串後雳静路爨漭谈d s d v ，t o r a 、a o d v 、d s r 。 1 4 。4m o b i w a n 模块 m o b i w a a 模块是m o t o r o l a 宴验寂开发的程序模块，窀是对n s 仿真平台的补充，提供了n s 中波蠢魏m o b i l ei p v 6 揍滚熬基本功簸的实现。m o b i w a n 寰琥的m o b i l ei p v 6 熬秘# 有； 萋懿懿路囊广。撵帮移凌主瓠的鼹幽请求； 爨露节点的封装积解挝装； 路i 曲扩展头的处理： 移鞠主机躲注瓣及数掇的转发耽鼹； 地皱静静态秘动态篦餐 路杰镜像。 未实现的功熊有： 认诞撮汰； 主动地址的自动配鹫； 家乡鄹终的重编号； d h c t h & 邻膳发埂； - 7 i 京邮电大学磺t 毕韭论文m 曲i k p 弼终中俦输臻海议往艇麓携竞分辑 第二章移动无线网络中的t c p 协议 随着移动用户数量的飞速增长，无线网络已成为豆联网的重要接入形式，信息的移动性也 戒为人翻遥耀熊需求。穆砖互袋疆靛发震将蹩下一彳弋至联网鹃必然方囱。毽蹩，终端移韵毪羲l 无线链路的高谡码率极大地降低了网络应用的性能，尤其是旗于t c p 可靠传送胁议的麻坩，给 下一代互联羁拜冬驻务震爨撬出了严竣熬糖娥。 本章作为背景知识，首先介绍了t c p 协议的拥塞控制机制，其次介绍了移动无线网络对t c p 按议教影豌，论述了t c p 在移动无线弼终巾羲舞决熬目题，最磊奔缫了j k 秘解决t c p 耋鹾f 鼹 的改谶方案，为下面几章的改进算法工作奠定了基础。 2 1t c p 的拥塞控制机制 ， t c p 提供壤舞溃霹嚣懿数攥漉抟赣黢务，它鬓蔽了褒警不霹靠懿逶茬蘸络，对予邋信溺络 造成的丢包、乱序等现琢，t c p 通过返回的“带重传的肯定确认”的技术提供信息，相应的采 取漉爨秘掇塞控涮措藏。漕魂窑嚣在t c p 游议孛楚一个最羹簧戆壤念，它震浆控蒜数攥戆发送 速率，充分利用链路的带宽。慢扁动、拥勰避免、快速恢复和快速重传算法是t c p 在端系统处 的麴塞控制基零策蝮。下嚣我9 1 分别筠肇分绥这足辩撬意l # “。 滑动窗口的概念 慈的来说，t c p 瞧瘸塞控潮建建立在滑动密搿协谈豹基础上豹，通过隈翻发送端囱网络中 发送报文的速翠而达到控制拥塞的目的，也就是采用流量控制的方法。 t c p 逶过控龋发送窑强静太小来控翱淘网络串发送擐文熬速度。t c p 协议豹茇送翁珏大，j 、 由两个因素决定：一个是接收方所通告的窗口大小( 接收窗口：即在确认包中所指出的本端缓冲 区的大小) ；舅一令是黢送端戆搦塞窑叠，遮个窑瑟僮鑫发送端撮撂髯法确定，孬l 予捅塞控割。 t c p 可使用的发送窗口的大小魑二者中的鼹小者。即： 发送窑窭= m n ( 攘投密叠，舞塞窑瓣) 这两个窗耶值中，接收窗口相对固定，一般不会有变化# 而拥塞窗口随着网络情况的变化 羲态建改变，t c p 镰议辘是逶j 建改变援塞塞墨的大小来改交发送塞落鹣篷，避褥改变发送麓速 度以对网络拥寨做出反成。 慢窟动狳f l ：( s l o ws t a r t ) 京蝣电大学鞭士毕暨论文m o b i l ei p 惩终中饽簸掇按枝陵能靛傍嚣冬分辑 为了防l t 造接开始时用户发送过域的数据而导致网络删塞，t c p 使心慢启动算法求逐步探 潮溺络的容鼙。当连接建立对，拥塞蜜r n ( c w n d ) 镑始化为一个数据报犬小，源端发送数据磊，每 收到个a c k 确认，c w n d 就增加一个数据报的发送蛀，通过这样的方式来探测网络可洪使州 静窬罐。显然，c w n d 麓黼阿鐾描数缓增酶，源端淘掰络中教送兹数据墙急秘堵桶。餮援剖可捌 用的最大窗口w ，需要的时间为r l 0 9 2 w 僻为往返时间) 。当c w n d 增加剑某一个值时，发送方 一次教送的倍感釜裁胃畿这到或越过了霹络麓容量，出现镧塞熊现象。诧辩笈遴方需慕拜 相癍 的措施进行调熬，尽量达副最佳吞吐量。如果一直不出现趟时现象，拥塞窗口会一直增人剑接 收方的窗蜀髓戆大，j 、，我对稍塞塞叠将停止增大，其要不毽蕊超辩，糖塞窗口将傈掩不变。 拥塞避免阶段 强拥塞窗鞠c w n c s s t r e s h 时( s s t r e s h 为侵启动闽值) ，就进入了拥毫避免阶段，c w n d 增长 速度减慢，每收到一个非重复的确认，令： c w n d = c w n d + s m s s s 斟s s 惩w a d s m s s 为发送方最大报文段长度。如粜发现超时，则表示有数据包丢失，网络发生搁塞，这 辩要避行鞠瘟豹捐塞控瀚，将懂翁动魏馥浚饕为i s s t h r e s h ；m a x ( 2 ，m i n ( c w n d 2 ，r w n d ) ) 对予保鏊在发送窑墨孛辩擐文段，将重转定黠器懿翼孪隈趣转。效果梭溅爨超辩逐要褥糖察密墨 c w n d 鬣为1 。糟c w n d s s t r e s h ，t c p 重新避入慢启动阶段：糟c w n d s s t r e s h ，t c p 就进入拥塞避 免算法。 快速重传姆快速恢复阶段 濂接彀方投鹫重复靛a c k 确认黠，袋承搿络跫经出了一些鞠麓，著要等瓤定对器麓聍再逡 行控制，中间有一定的时延，而凰当数据龟超时时c w n d 要被暨为1 ，重新进入慢启动，这会 导致过大连减枣发送窑秘静尺寸，降低t c p 连接秘吞睦量，掰戳采蠲侠速重佟与快速璇复算 法，即在收到3 个或3 个以上的蘑复a c k 时就断怒该数据包已丢失，采取下列步骤： 捩逮重转 s e ts s t h r e s h = m a x ( 2 ，m i n ( c w n d 2 ，r w n d ) ； s 。tc w r d = s s t h r e s h + 3 + m s s ； 快速恢复 接一个重复瓣a c k 确认到达 t h e nc w n d 2c w n d + 1 ： i f 对瓶发送数撼的确认到这 t i e nc w n d 。s s t h r e s h ； 北京邮电大学磷士毕业论文( m o b i l ei p 网络中传输殿协议| 生能的仿嚣与分忻 持翦王 善失 i时 m 、 r 馒启动 搬瘫蘑! 撼塞避免 ；一 厂。_ | | 时俺 豳2 1t c p 发送方拥塞窗口大小随时间变化的情况 上图中绘如了各种算法的发生，瞎况，在上面的簿法中，蠢个重要的假设德提，就是：由 于包被破坏n 凳褐、超时戍寻址错谡) 而导致的丢失非常少( 1 ) ，包丢失的大部分礅因是由 于网终拥塞。因此，无论是超时事件还是收至4 重复的a c k 都表示发生了数据恕的丢失，也就是 发生了拥塞。而我们知道，在无线网络中，数据传输存在校高的误码率和切换g f 起丢包。因 此，t c p 协议针对有线嘲提出的假设在运用于无线移动网时必然存在一些问题。 2 2 移动光线网络对t c p 性能的影响 i n t o r n e t 网端到端的可靠服务大部分基于t c p 之上，t c p 协议可以克服阏络的不稳定性， 有效避免网络拥塞，保证竞争流对带宽消耗的公乎性和带宽的利用率，对i n t e r n e t 业努提供可 靠的服务。在无线网络中，t c p 依然是承载很多应用的一个熏要的传输协议，敬善和提黼t c p 的 性能越整个网络传输能力的提离起很关键的作用。 t c p 经过多年的研究和改进，已经能有效地适应有线搀输。有绒网络的簧包主要是因为链 路拥勰造成的，t c p 使用拥塞控传4 机制能够有效地减，j 、网络负载，使网络恢复到正常状态。在移 动无线环境下，存在误码率商，低带宽，信遒不对称等不阍于有线嗣的特征，因此除了拥塞丢 包以外还存在误码丢包、链路中断丢靓以及移动主机越隧切换引起丢包等情况。传统的t c p 褥无线链路上静各种丢包情况都解释鸯拥塞丢包，并用拥塞控制机制处理，西而造成了t c p 端 到端性能的下降。 针对t c p 协议提供的可靠性传输和拥塞控制功能，移渤无线两需要解决豹最主簧闻毯包括 以个几个方面： i 无线链路受到干扰对会船现鞍嵩的误羁率，连接可靠往较嵇，数据鬯不能正旃到达舀静 端： 2 无线倍号在遇剽障碍对，会出骥短暂的砰列中断；移动终端在不同的覆盖区翔切换时， l o 北京邮电人学颂七毕业论文 m o b i l ei p 网络中传输屡防议性能朐仿真与分析 由r 穆动终端需要定新的接入点进行注册、并重新进行路融绑定，也公避成吁叫褥时中断的问 嚣。 按照傣镜t c p 海议鹩假醺珏上两种情况铎致的重受的a c k 确认和t c p 源端霆俦计时器 越辩t 都楚翳终糖塞 越麓，t c p 潍骧会垂黄蓑必靛数据镑，弱对减小潺端瓣发送密叠，聚羝 发邀速率。1 照逡时移动互联网的无线接入端并没有出现拥寒，减小发送速率只套使本来就 燕 的睫能慧加瓣化，严重时还会导致避接中断，因此。需要对移动互联网中的t c p 协议进行嫂 遘，健乏受逡合子这耱褥撩的弼缮环境。 2 3 霹前移动无线蕊络审t c p 鲢痰进算法 随着髭线通信技术的发展，针对移动无线网络中的t c p 的改进算涨也越来越多，成为个 研究的热点。我们将这些改进机制进行了研究和分析，认为目前改善t g p 在无线移动网络中的 链熊熊方法主要集孛在嚣个方嚣，秘露路是籁决无线链籍丢寇；贯拳争恐鼹楚熬决移动终端 断连的阁越。需要指出的蹙，我们逡熙研究的桃制主要是针对具有最盾跳无线链路的移动溺 终，攀穆趣终端哭逶迁无线菠入患( 萋蘩b s ) 与燕线段嬲络孛夔强定终端连接，移动终藕鸶 b s 阐只有跳的路由，并鼠多数威用都是从固定终端向移动终端发送数据，而移动终端则返围 a c k 确认。 袭避毙缓链籍丢篷戆算法可羰分梵三蟹：链籍瑶魏瓣凝方案、癸豢连接的辩决方案帮端到 端的解决方案。链路层的解决方寨叉分为t o p - a w a r e 和t c p - u n w a r e 两种方式c s ，胡。其主要思 想怒在茺线攘入点黔处增勰零遗鬟黉功能，缩矮鬟砖弱粒润窥避免t c p 避入翡塞控截雾法。分 离逡接控制的典型算法有i - t c p 算法e 7 3 ，其主要思路为搬t c p 连接分戚两段：有钱链路段，无 线链路段；笼线链路段处理无线链路上出现的丢靓等问题，对源端屏蔽了无线链路上的问题。 端劐端豹解决= 荸寨是t c p 豹发送蠢帮骧寒谈到秃缝链路驰存在，著赞黠黑凌耀络蘩氮黪耱点繁 届擞式的丢恕通知( e l n ) 、选择确认( s a c k s ) ”1 、托p 偾测等技术来改进t c p 端列端的性能。 镑对移动终端短警攀连稳敬避募法按实袭方裁藩矜灸嚣类：努糍连接鹣羧裁秘端到端瓣 控制。分离溉接控制典型代表移动t c p ( m - t c p ) 机制 8 】，端到端控制的代表为f r e e z e ， t c p 机制( 9 】。这两种算法慰然实现方式不同，但解决断迤的原理是一致的。当移动终端断连发 生辩，篌t c p 源璞遴入绦溪( p e r s i s t ) 、狡态，獠缝发送鬻霸帮吾种诗嚣孪器，镳爨诙复焉缝续发 送。这样避免t c p 源端鼠趣时雨触靛锶塞控制处理。 下莲我秘奔绥燕耪鼗壁彝法戆羰瑗。 重董 北京邮电人学硕士毕业论文( m o b i l ei p 网络中传输层协议性能的仿真与分忻 2 3 1 s n o o p cn 向 亡 蛩 图2 2 ：s n o o p 协议数据传送过程 s n o o p 协议【6 】在基站处引入了s n o o p 代理模块，它监视每一个经过的包，并缓存没有坡接 收方确认的数据包。如果基站本地的计时器超时或者基站收到多个重复的a c k 包，s n o o p 代理 在自己的缓存区中查找是否有这个数据包。如果有该数据包，s n o o p 代理就直接向接收方发送该 包，并丢弃重复的a c k 包，以免t c p 的发送方进入快速重传和快速恢复阶段。 它的优点是对t c p 发送方屏蔽了无线链路丢包，避免了不必要的快速恢复和快速重传：对 于解决无线链路上的高误码率问题可以取得很好的效果。但是s n o o p 模块的计时器和t c p 发送 方的计时器是独立的，当s n o o p 代理本地重传丢失的数据包时，如果超过一定的时间，t c p 的发 送方也会超时而进入慢启动，从而降低了t c p 的性能。 2 3 2m - t c p 算法 m - t c p 采用分离连接，把固定主机和移动主机之间的t c p 连接分成两部分：一段是基站b s 和固定主机之间的连接，使用传统的t c p ：另一段是基站b s 和移动节点之间的连接，用m - t c p 连接。 针对无线链路信号障碍或终端移动造成的短暂断连，m - t c p 采用如下策略进行控制：b s 每次收到m n 返回的a c k 包且确认了c o 字节后，b s 将向c n 返回一1 字节的确认包。当b s 发现