太阳城集团

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基于SCTP协议的无线网络拥塞控制方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210247477.0

申请日:

2012.07.17

公开号:

CN102769520B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04L 1/18申请日:20120717|||公开
IPC分类号: H04L1/18; H04W28/04(2009.01)I; H04W28/10(2009.01)I 主分类号: H04L1/18
申请人: 西安电子科技大学
发明人: 侯蓉晖; 荆奕霖; 赵炳奇; 赵林靖; 李红艳; 马英红
地址: 710071 陕西省西安市太白南路2号
优先权:
专利代理机构: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 王品华;朱红星
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法律状态
申请(专利)号:

CN201210247477.0

授权太阳城集团号:

太阳城集团102769520B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2012.12.26|||2012.11.07

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种基于SCTP协议的无线网络拥塞控制方法,主要解决无线信道环境下使用标准STCP协议传输数据时网络吞吐量低的问题。其实现的过程是:(1)建立SCTP会话;(2)进行拥塞控制和更新平滑往返时延Srtt;(3)对于被报告缺失四次的数据包,进行快速重传,并将更新的Srtt值设为该数据包的快速重传定时器的太阳城集团;(4)快速重传定时器超时后,如果该数据包仍然没有收到回复,则对该数据包再次进行快速重传。本发明通过对现有SCTP协议进行改进,提高了传输数据时的网络吞吐量,可用于无线网络环境。

权利要求书

1: 一种基于 SCTP 协议的无线网络拥塞控制方法, 其步骤包括如下 : (1) 经过四步握手建立流传输控制协议 SCTP 会话 ; (2) 会话建立后, 进入拥塞控制, 同时根据 SCTP 标准协议更新要记录的平滑往返太阳城集团 Srtt 的值 ; (3) 检查是否有数据包的超时重传定时器超时, 如果是则进行超时重传, 否则执行步骤 (4) ; (4) 查看数据包的传输序列号 TSN 是否已经有四次缺失登记, 如果是则执行步骤 (5) , 否则返回步骤 (2) ; (5) 对已经有四次登记缺失的数据包进行快速重传 ; (6) 根据最新一次记录的平滑往返太阳城集团 Srtt, 设置数据包的快速重传定时器 , 即将最 新记录的 Srtt 值设为快速重传定时器的太阳城集团 ; (7) 检查数据包的快速重传定时器是否为零, 如果是则执行步骤 (8) , 否则返回步骤 (2) ; (8) 检查是否有对重传数据包的回复, 如果没有收到回复, 执行步骤 (9) , 否则返回步骤 (2) ; (9) 再一次进行快速重传。
2: 根据权利要求 1 所述的一种基于 SCTP 协议的无线网络拥塞控制方法, 其中步骤 (1) 所述的经过四步握手建立流传输控制协议 SCTP 会话, 按如下步骤进行 : (2a) 发送端发送 INIT 数据包, 以发起连接请求 ; (2b) 接收端收到 INIT 包后, 返回 INIT-ACK 包进行确认 ; (2c) 发送端发送 COOKIE-EHCO 包启动偶联 ; (2d) 接收端收到 COOKIE-EHCO 包后返回 COOKIE-ACK 包进行确认。
3: 根据权利要求 1 所述的一种基于 SCTP 协议的无线网络拥塞控制方法, 其中步骤 (4) 所述的查看数据包的传输序列号是否已经有四次缺失登记, 按如下步骤进行 : (3a) SCTP 对发送的每一个数据包赋予一个唯一的传输序列号 TSN ; (3b) 当发送端收到数据包的回复时, 如果回复中报告收到数据包的 TSN 是不连续的, 就将缺失的那个数据包的 TSN 记录下来, 并将该数据包的缺失数目增加 1 ; (3c) 检查该数据包缺失的数目是否等于 4, 如果是则立即重传该数据包。
4: 根据权利要求 1 所述的一种基于 SCTP 协议的无线网络拥塞控制方法, 其中步骤 (8) 所述的检查是否有对重传数据包的回复, 是在内核中查看重传队列, 如果重传队列中仍然 有该数据包, 则为发送端没有收到对该数据包的回复, 如果重传队列中没有该数据包, 则为 发送端已经收到了回复。

说明书


基于 SCTP 协议的无线网络拥塞控制方法

    技术领域 本发明属于网络通信技术领域, 特别涉及一种在无线局域网 Wlan 中采用流传输 控制协议 SCTP 控制网络拥塞的方法, 用于提高无线信道发送端的吞吐量。
     背景技术 SCTP 协议是 IETF 在 2000 年新定义的一个协议, 最初是被设计用于在 IP 网络上传 输电信信令 SS7, 并把 SS7 信令网络的一些可靠特性引入 IP 网络。它同传输控制协议 TCP 和数据报协议 UDP 一样, 都是属于传输层的协议。SCTP 是一种可靠的传输层协议, 它在两 个端点之间提供稳定、 有序的数据传递服务, 并且可以保护数据消息边界。 该协议具有多归 属, 多流, 消息分帧, 可配置无序发送, 平滑关闭等特性, 具有很高的可靠性和安全性。
     SCTP 实际上是一个面向连接的协议, 它兼有 TCP 和 UDP 两者的特点, 可以称为是 TCP 的改进协议。但它们之间还是有着很大的区别。首先, SCTP 协议的连接称为偶联, 每个 偶联可以是多归属的。而 TCP 连接的端点只能有单个 IP 地址。其次, SCTP 是基于消息流, 它的一个偶联可以包含多个流, 而 TCP 是基于字节流的, 它只能支持一个流。还有 SCTP 协 议建立连接时采用了四次握手机制, 相对于 TCP 的三次握手机制, 可以有效的防止拒绝服 务攻击。 SCTP 协议对 TCP 的缺陷进行了一些完善, 同时又将 UDP 的一些优点相结合, 提供了 更加可靠、 高效、 有序的数据传输服务。
     无线局域网中, 无线信道很容易受到外界环境的干扰, 这导致无线信道会在短时 间内剧烈变化, 引起较高的丢包率和较大的传输时延。由于 SCTP 在制定成标准的时候是针 对有线网络设计的, 而没有考虑无线网络的情况。 因为有线网络可靠性较高, 数据传输过程 中很少发生传输错误导致的丢包, 所以丢包的原因都认为是发生了网络拥塞。这时数据发 送端为了避免拥塞继续发生, 就要采取相应的拥塞控制机制降低发送端发送数据的速率, 进而降低了网络的吞吐量。 但在无线网络中, 丢包大多是传输错误导致的, 此时并没有发生 拥塞。但标准协议仍会降低发送速率, 这会使吞吐量严重下降, 传输的性能变差。
     发明内容 本发明的目的在于针对 Wlan 环境下 SCTP 协议的不足, 提出了一种基于 SCTP 协议 的无线网络拥塞控制方法, 提高网络吞吐量, 改善传输的性能。
     实现本发明目的的思路是 : 在数据传输过程中 , 当数据包被四次登记缺失时, 通 过启动快速重传机制, 迅速重传该数据包, 防止拥塞发生。 数据包重传之后通过设置对该数 据包再次快速重传的定时器, 实现重传包丢失后再一次的快速重传。其技术方案包括如下 步骤 :
     (1) 经过四步握手建立流传输控制协议 SCTP 会话 ;
     (2) 会话建立后, 进入拥塞控制, 同时根据 SCTP 标准协议更新要记录的平滑往返 太阳城集团 Srtt 的值 ;
     (3) 检查是否有数据包的超时重传定时器超时, 如果是则进行超时重传, 否则执行
     步骤 (4) ;
     (4) 查看数据包的传输序列号 TSN 是否已经有四次缺失登记, 如果是则执行步骤 (5) , 否则返回步骤 (2) ;
     (5) 对已经有四次登记缺失的数据包进行快速重传 ;
     (6) 根据最新一次记录的平滑往返太阳城集团 Srtt, 设置数据包的快速重传定时器 , 即 将最新记录的 Srtt 值设为快速重传定时器的太阳城集团 ;
     (7) 检查数据包的快速重传定时器是否为零, 如果是则执行步骤 (8) , 否则返回步 骤 (2) ;
     (8) 检查是否有对重传数据包的回复, 如果没有收到回复, 执行步骤 (9) , 否则返回 步骤 (2) ;
     (9) 再一次进行快速重传。
     本发明由于为快速重传的数据包设定了一个快速重传定时器, 在该定时器超时之 后如果没有收到回复, 则立刻再次重传该数据包, 克服了现有技术在无线信道中吞吐量低 的问题, 能够在无线信道受到外界环境影响突然变化的情况下, 保持网络的吞吐量。 附图说明
     图 1 本发明的工作流程图 ; 图 2 本发明的基本应用场景图 ; 图 3 采用现有方案与本发明方案的拥塞控制窗口 Cwnd 对比图。具体实施方式
     本发明涉及修改标准 SCTP 协议的快速重传机制, 允许多次的快速重传, 并将当前 统计的平滑往返时延 Srtt 作为相邻两次快速重传间隔太阳城集团。如果丢包是由于传输错误导 致的, 往返时延不会很大, 本发明方案会在超时重传定时器超时之前启动快速重传, 提高发 送概率以提升吞吐量 ; 如果丢包是由于拥塞导致的, 当前的往返时延会很大, 本发明方案将 采用已有协议的超时重传机制, 将拥塞控制窗口将为最低。 因此, 本发明的既能应用于有线 网络, 又能应用于无线网络。
     下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
     参照图 1, 本发明具体步骤如下 :
     步骤 1, 初始化偶联。
     (1a) 发送端发送 INIT 数据包, 以发起连接请求 ;
     (1b) 接收端收到 INIT 包后, 返回 INIT-ACK 包进行确认 ;
     (1c) 发送端发送 COOKIE-EHCO 包启动偶联 ;
     (1d) 接收端收到 COOKIE-EHCO 包后返回 COOKIE-ACK 包进行确认。
     经过上述四步握手后建立 SCTP 会话, 会话建立之后进行正常的通信。
     步骤 2, 拥塞控制和更新平滑往返太阳城集团 Srtt 的值。
     (2a) 会话建立后, 进入拥塞控制阶段, SCTP 的拥塞控制机制根据当前拥塞控制窗 口 Cwnd 和慢启动门限 Ssthresh 的大小区分慢启动和拥塞避免过程, 如果拥塞控制窗口比 慢启动门限小, 则处于慢启动阶段, 否则处于拥塞避免阶段, 拥塞控制窗口 Cwnd 和慢启动门限 Ssthresh 的值根据 SCTP 协议标准进行设定 ;
     (2b) Linux 内核中, 发送端发送数据包的时候, 每隔一段太阳城集团会对非重传的数据包 做标记, 用该数据包计算当前网络的往返太阳城集团 Rtt, 如果发送端长太阳城集团没有发送数据, 则发 送端会自动发送一些数据探测包去探测网络的往返太阳城集团 Rtt ;
     (2c)根据得到的往返太阳城集团 Rtt, 按照 SCTP 协议标准计算当前的平滑往返太阳城集团 Srtt, 并用计算得到的结果更新记录的平滑往返太阳城集团 Srtt 的值。
     步骤 3, 查看是否有数据包的超时重传定时器超时。
     发送端发送数据包的时候, 给每个数据包设置一个超时重传计时器, 如果在超时 重传计时器超时的那个时刻仍然没有收到对该数据包的回复, 则对这个数据包进行超时重 传, 否则执行步骤 4。
     步骤 4, 检查数据包的传输序列号 TSN 是否已经有过四次缺失登记。
     (4a) SCTP 对每一个发送的数据包赋予一个唯一的传输序列号 TSN ;
     (4b) 当发送端收到数据包的回复时, 如果回复中报告收到数据包的 TSN 是不连续 的, 就将缺失的那个数据包的 TSN 记录下来, 并将该数据包的缺失数目增加 1 ;
     (4c) 判断该数据包缺失的数目是否等于 4, 如果等于 4, 则执行步骤 5 ; 如果小于 4, 返回执行步骤 2。 步骤 5, 对报告缺失 4 次的数据包启动快速重传机制进行重传, 该快速重传机制是 SCTP 协议标准中规定的一种重传机制, 即如果数据包的传输序列号 TSN 已经有四次缺失登 记, 无论超时重传定时器是否为零, 都将立刻重传这个数据包。
     步骤 6, 对数据包进行快速重传的同时, 将该数据包的快速重传定时器设置为当前 更新的平滑往返太阳城集团 Srtt 的值。
     步骤 7, 检查数据包的快速重传定时器是否超时, 如果快速重传定时器为零, 则已 经超时, 执行步骤 8, 否则返回步骤 2。
     步骤 8, 检查数据包是否收到回复。
     在内核中查看重传队列, 如果重传队列中仍然有该数据包, 则再次重传该数据包, 否则说明发送端已经收到了对该数据包的回复, 不用对该数据包进行拥塞控制, 返回步骤 2。
     步骤 9, 再次对上述缺失的数据包进行快速重传。
     本发明的效果可以通过以下实验进一步说明 :
     (1) 实验条件 : 采用基于 Linux-2.6.35 内核版本的 Ubuntu 操作系统, 在三台物理 机上, 使用修改后的 SCTP 内核模块。
     (2) 实验场景 : 如图 2 所示, 两个用户 A、 B 处于不同的地理位置, 受当前环境中其 他无线设备和传输距离的影响, 用户之间会产生相互干扰, 两个用户的丢包率和时延会有 不同的变化。
     (3) 实验方法 : 两个用户 A、 B 通过无线路由器和一个服务器建立会话, 两个用户同 时向服务器不间断地发送数据。采用现有 SCTP 方案和采用本发明方案分别进行实验, 统计 用户 A 的拥塞控制窗口 Cwnd 的值, 之后基于 Matlab 绘出拥塞控制窗口 Cwnd 随太阳城集团变化曲 线, 如图 3 所示。
     (4) 实验结果 : 由图 3 可见, 采用现有 SCTP 方案发送端拥塞控制窗口 Cwnd 的值主
     要在 6000 比特之下, 而采用本发明方法, 则拥塞控制窗口 Cwnd 的值主要在 6000 比特之上, 这说明采用本发明方案能比采用现有 SCTP 协议在相同的太阳城集团内发送更多的数据包, 从而 增加了网络的吞吐量。

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