结合网络编码的TCP协议设计

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网络编码是通信网络中信息处理和传输理论研究上的重大突破,其核心思想是允许网络节点对传输信息进行编码处理。运用网络编码能够提升网络吞吐量、均衡网络负载和提高网络带宽利用率等。本文提出了一种机制,在只对协议栈做出较小改变的前提下,将网络编码融合到TCP协议中。在本文的方法中,源端发送当前拥塞窗口中的随机线性组合包。该方法的核心是对确认信息给予新的解释--即使到达的编码包不能立即解码出原始数据报,接收端也对自由度进行确认(即,确认一个代表新的信息单位的线性组合)。这种确认方法使得网络编码可以应用到与TCP兼容的滑动窗口方法中。本文采用的方法还有个很好的特性,即数据包的丢失基本上可以被拥塞控制算法所掩盖。因此,我们的算法是基于以一种平滑的方式处理包的丢失,这样,该算法对于有损连接的网络的拥塞控制来说,就成为一种新的有效方法。  我们还提出了一种新的、适应网络编码的动态调整冗余系数方案。它能很好的适应不断变化的网络环境,特别是无线网络环境。根据网络中实际丢包情况,动态调整冗余系数R,更好地支持将网络编码与TCP协议融合,通过发送冗余包来掩盖数据包丢失的思想。我们的方案,通常称为Self-adaptive NC方案。其核心在于,在TCP和ACK包头中加入一些记录当前网络环境的参数,从而使接收端得以利用这些参数对R进行调整。仿真结果表明,在未知的不断变化的网络环境下,特别是无线网络环境下,我们的协议极大地改善了之前的固定冗余系数R的网络编码方案,避免了后者可能出现的在网络环境较好时发送大量多余的冗余包造成带宽浪费,和在网络环境较差时发送的冗余包不能完全掩盖包的丢失造成链路利用率下降的缺点。即使是在丢失率相对固定,并且NC-TCP的R值取最优的情况下,我们的方案得到的网络利用率也优于前者。  本文仿真实验结果表明,对于有损无线链路,我们的两种新协议与TCP相比,均获得了更大的吞吐量。另外,本文还建立验证了新算法的健全性和公正性。
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