1 簡(jiǎn)介

Internet的無(wú)處不在是因?yàn)槠渚W(wǎng)絡(luò)技術(shù)依賴于IP協(xié)議而設(shè)計(jì)，IP協(xié)議是Internet網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它把各種網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫地互聯(lián)成一個(gè)全球網(wǎng)。通過(guò)移動(dòng)終端訪問(wèn)Internet的強(qiáng)烈用戶需求使得無(wú)線系統(tǒng)(比如蜂窩通信和無(wú)線局域網(wǎng))擁有的移動(dòng)功能有希望在Internet上也能得到。然而，蜂窩通信 (CC)系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很多性能問(wèn)題，主要是由于環(huán)境條件和陸地上的阻擋和反射導(dǎo)致的較高的不可預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤率；另外，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備在兩個(gè)相鄰蜂窩間移動(dòng)時(shí)，蜂窩系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間的通信暫停。為了解決這些問(wèn)題，需要一種能增強(qiáng)無(wú)線和有線鏈路Internet性能的綜合技術(shù)，并要考慮到TCP/IP協(xié)議組的需要。

2 無(wú)線系統(tǒng)的一般特征

鏈路層幀的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)主要由發(fā)送延時(shí)(由鏈路的速度分開(kāi)的幀尺寸)、傳輸延時(shí)(信號(hào)通過(guò)鏈路所花費(fèi)的時(shí)間)和發(fā)送端與接收端的處理延時(shí)3部分組成。WLAN和CC鏈路具有與有線鏈路相同的傳輸延時(shí)，比衛(wèi)星鏈路的傳輸延時(shí)小得多。然而，與有線鏈路不同，WLAN和CC鏈路具有外部干擾引起的嚴(yán)重錯(cuò)誤率。CC鏈路受到大氣狀況和陸地障礙物引起的多徑衰落影響；而室內(nèi)WLAN鏈路受到的多徑衰落是由人和家具引起的，因?yàn)槿撕推渌矬w的移動(dòng)不斷改變鏈路的錯(cuò)誤特征。WLAN和CC的錯(cuò)誤行為比衛(wèi)星鏈路變化得更快更不可預(yù)知。

2.1 無(wú)線局域網(wǎng)

無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的一個(gè)典型的例子是朗訊的WaveLAN系統(tǒng)，最初的系統(tǒng)或采用直序(DS)或采用跳頻(FH)來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳播，主要工作在900 MHz或2.4 GHz的頻帶上，最初的比特率是2 Mbit/s，現(xiàn)在的WLAN更多的是提供5.5 Mbit/s和11 Mbit/s的比特率，而54 Mbit/s的方案很快就會(huì)進(jìn)入實(shí)施階段。WaveLAN硬件提供對(duì)高層的以太網(wǎng)兼容接口，這也就是說(shuō)，同樣的包頭、CRC和幀大小都可以使用，且也能提供面向無(wú)連接的盡力而為業(yè)務(wù)。WaveLAN網(wǎng)絡(luò)是基于多播的，采用帶有沖突避免的載波偵聽(tīng)多路存取(CSMA/CA)方法共享信道，取代了以太網(wǎng)的帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存取(CSMA/CD)方法。在無(wú)線網(wǎng)中，由于在同樣的頻帶下需要同時(shí)發(fā)送和接收，沖突檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)有一定的困難，因此，CSMA/CA就代替了CSMA/CD而被采用。

由于覆蓋域變小且有高的系統(tǒng)帶寬，發(fā)送和傳播延時(shí)就變小了。在存在窄帶干擾和運(yùn)作區(qū)域存在障礙物的情況下，系統(tǒng)也表現(xiàn)出較好的健壯性。使用最大的幀時(shí)，典型的幀丟失率低于2.5％。由于桌上型電腦卡和便攜式電腦卡的同步技術(shù)不同，它們的吞吐量也就不一致，同時(shí)，主機(jī)的處理能力也會(huì)影響不同類型的主機(jī)間的吞吐量和幀丟失。雙向通信時(shí)，同步可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的沖突。WLAN系統(tǒng)提供接收門限機(jī)制來(lái)隔離開(kāi)相鄰的WaveLAN網(wǎng)絡(luò)，但不提供能量控制。新的WLAN支持多頻帶以避免相鄰網(wǎng)絡(luò)的干擾。

為了實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商提供的WLAN設(shè)備的相互協(xié)調(diào)工作的能力，IEEE制定了802.11標(biāo)準(zhǔn)。802.11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)WaveLAN的增強(qiáng)主要包括支持確認(rèn)和重發(fā)、帶預(yù)約的自由競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送和由控制主機(jī)協(xié)調(diào)WLAN工作的操作模式。最初的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無(wú)線傳輸要工作在2.4 GHz頻帶和1 Mbit/s或2 Mbit/s的比特率，無(wú)論在DS和FH傳播方式中都要如此。隨后，發(fā)起了兩個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃以提供更高的速度。802.11a使用了一個(gè)高速(正交頻分復(fù)用，OFDM)的物理層，使它工作在5 GHz的頻帶上，同時(shí)，它提供的比特率在6 Mbit/s和54 Mbit/s的范圍內(nèi)變化。802.11b是為提高現(xiàn)存物理層上的比特率而設(shè)計(jì)的。商用的802.11b解決方案或者工作在5.5 Mbit/s或工作在11 Mbit/s的比特速率上，使用的是2.4 GHz的頻帶。

2.2蜂窩通信網(wǎng)

當(dāng)前的CC系統(tǒng)主要的特征是適當(dāng)?shù)谋忍芈?、小的幀結(jié)構(gòu)和電路工作模式。它們使用時(shí)分多址(在GSM和IS－54中)或碼分多址(在IS－95中)來(lái)共享媒介。數(shù)據(jù)幀攜帶著編碼的音頻或高層的數(shù)據(jù)。與WLAN相比較，由于速率低和距離較長(zhǎng)的原因，CC系統(tǒng)表現(xiàn)出較高的延時(shí)，而且由于建筑物和小山引起的多徑衰落的存在，戶外的CC環(huán)境更加惡劣。如果幀丟失是隨機(jī)分布的話，1％～2％的幀丟失率不會(huì)影響到話音的質(zhì)量，這一點(diǎn)是通過(guò)比特交織來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它很大程度上增加了處理延時(shí)。CC系統(tǒng)通過(guò)使用一種互通功能(IWF)連接到其他網(wǎng)絡(luò)。IWF提供了模擬網(wǎng)端的數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)端的速率適配/幀轉(zhuǎn)換接口。為了與分組網(wǎng)絡(luò)互相協(xié)調(diào)操作，IWF使用了無(wú)線鏈路協(xié)議(RLP)與移動(dòng)設(shè)備通信。RLP可支持IP數(shù)據(jù)報(bào)分割和重新組裝，因此就提供了透明的Internet連接和錯(cuò)誤恢復(fù)，這樣就屏蔽了無(wú)線的包丟失。圖1表明了IWF位于CC系統(tǒng)和Internet之間，起到Internet網(wǎng)關(guān)(IGW)的作用。

全球通(GSM制式)提供了9.6 kbit/s的全速率信道，不透明模式RLP使用240位的幀，使用選擇重發(fā)(SR)自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求(ARQ)，使得原來(lái)10－3的誤比特率減小到10－8，但這些以變化的吞吐量和重發(fā)帶來(lái)的延時(shí)為代價(jià)。

IS－54(TDMA制式)支持9.6 kbit/s全速率信道，不透明模式RLP使用帶有256比特的幀結(jié)構(gòu)的高級(jí)ARQ方案，每個(gè)幀都獨(dú)立地確認(rèn)多個(gè)連續(xù)幀。發(fā)送者保留(重發(fā))幀的順序，因此當(dāng)一個(gè)幀被確認(rèn)時(shí)，所有在它前面發(fā)送的幀如果還沒(méi)有被確認(rèn)，就認(rèn)為這些幀已經(jīng)丟失。

IS－95(CDMA制式)支持8.6 kbit/s全速率信道，不透明模式無(wú)線鏈路協(xié)議(RLP)使用172比特的幀。網(wǎng)絡(luò)層包首先被封裝進(jìn)尺寸大小變化的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議(PPP)幀中，然后將其分割成固定大小的無(wú)線鏈路協(xié)議幀，這樣就同時(shí)具有了尺寸變化幀的優(yōu)點(diǎn)和大小固定幀的有效的錯(cuò)誤恢復(fù)。幀在幾次重發(fā)后如果還沒(méi)收到確認(rèn)就丟失此幀，因此就協(xié)調(diào)了有限延時(shí)變化的可靠性。余下的包丟失率就變成了10－4。

3 無(wú)線鏈路上的TCP性能

3.1 TCP基礎(chǔ)

Internet上最流行的傳輸層協(xié)議是TCP，它提供了可靠的字節(jié)流服務(wù)。TCP提供了對(duì)用戶數(shù)據(jù)透明的分段和重組，并且能進(jìn)行流量控制和擁塞控制。TCP數(shù)據(jù)報(bào)在順序到達(dá)時(shí)將被累積確認(rèn)，而不按順序的包將引起多重確認(rèn)信息的發(fā)送。當(dāng)收到多重(通常3重)確認(rèn)信息時(shí)，發(fā)送者就知道有包丟失，并缺省地認(rèn)定是下一個(gè)包被丟失。因?yàn)镮P可以重排數(shù)據(jù)報(bào)，所以TCP不能立即認(rèn)定包序列中的所有的空隙都意味著包丟失。當(dāng)會(huì)話空閑或確認(rèn)信息丟失時(shí)，TCP使用超時(shí)設(shè)定來(lái)檢測(cè)包丟失。重發(fā)時(shí)鐘會(huì)根據(jù)前面的往返時(shí)間(RTT)來(lái)不斷更新調(diào)整。因?yàn)檠訒r(shí)超時(shí)設(shè)定使恢復(fù)變慢，同時(shí)前面的包可能導(dǎo)致額外的重發(fā)，因此，準(zhǔn)確性就變得非常關(guān)鍵。

TCP還保留一個(gè)擁塞窗口，它是對(duì)不引起擁塞的傳送數(shù)據(jù)包數(shù)量的一個(gè)估計(jì)。新的數(shù)據(jù)包僅僅在這個(gè)窗口和接受者窗口同時(shí)允許的情況下才被發(fā)送。擁塞窗口開(kāi)始時(shí)是一個(gè)數(shù)據(jù)包，新的確認(rèn)信息使它增加一個(gè)數(shù)據(jù)包，因此每個(gè)RTT后，它就會(huì)翻倍。這是慢啟動(dòng)階段(指數(shù)增長(zhǎng))。在圖2中，在4個(gè)RTT后，當(dāng)超時(shí)時(shí)鐘檢測(cè)到一個(gè)包丟失時(shí)，慢啟動(dòng)停了下來(lái)。慢啟動(dòng)門限隨后被設(shè)為擁塞窗口的一半大小，擁塞窗口重新設(shè)置為1個(gè)數(shù)據(jù)包，丟失的數(shù)據(jù)包被重新發(fā)送。慢啟動(dòng)重復(fù)地執(zhí)行，直到3個(gè)RTT后到達(dá)門限值為止，從而可以讓路由器排完它們的數(shù)據(jù)隊(duì)列。隨后，擁塞窗口每經(jīng)過(guò)一個(gè)RTT就增加一個(gè)包，這是擁塞避免階段(線性增長(zhǎng))。當(dāng)有丟失包通過(guò)多重確認(rèn)信息被檢測(cè)到時(shí)，就意味著后來(lái)的包已經(jīng)被收到了，TCP重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)包，并減半擁塞窗口，重啟擁塞避免狀態(tài)。多的數(shù)據(jù)包丟失可能引起慢啟動(dòng)門限的一再減小，從而引起更慢的擁塞避免階段，導(dǎo)致吞吐量大幅度下降。

3.2TCP性能

TCP假定所有的包丟失都是由擁塞引起的，但在無(wú)線鏈路中這個(gè)假設(shè)不再可靠。在距離25.9m的鏈路上傳送大小為1 400字節(jié)的幀時(shí)，WaveLAN的幀錯(cuò)誤率(FER)達(dá)到1.55％，并伴隨著成串的包丟失。把幀減小到300字節(jié)時(shí)，F(xiàn)ER減小一半，但引起了組幀開(kāi)銷。在共享的媒介WLAN中，前向TCP業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù))與反向的通信數(shù)據(jù)(確認(rèn)信息)存在競(jìng)爭(zhēng)，這將導(dǎo)致沖突發(fā)生，同時(shí)引發(fā)FER的急劇增加。主機(jī)移動(dòng)也能使WaveLAN的FER增加將近30％。在一個(gè)實(shí)際標(biāo)度為1.6 Mbit/s的WaveLAN上做文件傳輸測(cè)試，實(shí)際上只得到1.25 Mbit/s的吞吐量。22％的吞吐量減小是由FER引起的，只有1.55％是由于頻繁的啟動(dòng)擁塞控制導(dǎo)致TCP的發(fā)送速率持續(xù)減小引起的。如果包錯(cuò)誤是均勻分布的而不是成串出現(xiàn)的，吞吐量將會(huì)上升到1.51 Mbit/s。

CC鏈路在透明(語(yǔ)音)模式時(shí)有1％～2％的殘余FER(在低層錯(cuò)誤恢復(fù)后)，即使它們使用短的幀。全速率IS－95鏈路把1 400字節(jié)的IP數(shù)據(jù)包分割為68幀。假定幀錯(cuò)誤相互獨(dú)立，則一個(gè)數(shù)據(jù)包在FER為1％的鏈路上傳輸時(shí)，成功傳輸?shù)母怕适?0.49％。由于復(fù)幀在傳輸前插入了數(shù)據(jù)位以相互隔離，所以，幀錯(cuò)誤的突發(fā)將比比特錯(cuò)誤突發(fā)要少。編碼和數(shù)據(jù)插入減少了包丟失率，同時(shí)使得幀錯(cuò)誤隨機(jī)出現(xiàn)，因此避免了通話質(zhì)量的下降，但同時(shí)接收到數(shù)據(jù)后要進(jìn)行的去插入數(shù)據(jù)的處理將會(huì)增加時(shí)延。短IP數(shù)據(jù)包有較少的錯(cuò)誤，但同時(shí)卻也增加了頭開(kāi)銷。TCP/IP頭壓縮技術(shù)可以用在慢的CC鏈路上，壓縮的TCP/IP頭只有3～5個(gè)字節(jié)。不幸的是，頭壓縮與網(wǎng)絡(luò)層的加密不兼容，并且可能負(fù)面影響到TCP錯(cuò)誤恢復(fù)和鏈路層復(fù)位，從而引起整個(gè)TCP窗口的數(shù)據(jù)丟失。

當(dāng)不透明模式RLP工作在GSM上時(shí)，通常是在TCP時(shí)鐘期過(guò)去前從包丟失中恢復(fù)過(guò)來(lái)，但這樣就有高的和變化很大的RTT值。在舊金山的GSM網(wǎng)上用ping進(jìn)行的測(cè)試表明，95％的RTT值在600 ms左右，有20 ms的標(biāo)準(zhǔn)偏離。其他地方的GSM網(wǎng)上用ping測(cè)試，也有同樣的結(jié)果。然而，在實(shí)際運(yùn)行的網(wǎng)上做的大文件傳輸實(shí)驗(yàn)卻表明，RTT會(huì)到達(dá)相當(dāng)高的值(12 s)。圖3示出在Oulu 和Finlan的商業(yè)網(wǎng)上傳輸文件時(shí)的RTT測(cè)試結(jié)果。RTT值是由處理時(shí)間和2×150 ms的GSM信道延時(shí)組成的，另外還要加上250～1 250 ms數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)間和35 ms的確認(rèn)信息時(shí)間。這個(gè)比較大的發(fā)送延時(shí)是由隔離位插入、速率適配、緩存和GSM網(wǎng)絡(luò)元素間的接口引起的。

逐漸增長(zhǎng)的TCP最大傳輸單元(MTU)的尺寸減小了TCP/IP頭的開(kāi)銷，因此提高了吞吐量，但同時(shí)也增大了交互的響應(yīng)時(shí)間。圖4表示出在運(yùn)行的GSM網(wǎng)上的，典型的吞吐量隨TCP MTU大小而變化的函數(shù)圖。但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)MTU大小為710字節(jié)時(shí)，TCP吞吐量最大，同時(shí)測(cè)試還表明，GSM上的TCP偶然會(huì)有6～12 s的中斷，這是由RLP層持續(xù)2 s的中斷引起的。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的分析表明一些IP數(shù)據(jù)包被緩存后，在得到釋放后就不再是有序的了，這是一個(gè)在運(yùn)行的GSM網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的現(xiàn)象，在小的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中很少遇到這種情況，也不能模擬。中斷也可能是由鏈路復(fù)位引起的，當(dāng)一個(gè)RLP幀在幾次重試后還不能發(fā)送后，就會(huì)導(dǎo)致這種情況發(fā)生，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的協(xié)議違背時(shí)也會(huì)引發(fā)這類事件。這就導(dǎo)致發(fā)送者和接收者序列數(shù)字被重新設(shè)置并沖刷掉所有的緩存區(qū)，同時(shí)意味著實(shí)際中的GSM RLP不夠可靠。為了減少?gòu)?fù)位的次數(shù)，在連接建立期間可以增加重發(fā)的最大次數(shù)(缺省6次)，吞吐量也可以因?yàn)檫m配RLP幀大小而上升。盡管尺寸小的幀簡(jiǎn)化了RLP操作并使它在最差信道情況下更健壯，但選擇一個(gè)與主要情況相適配的幀尺寸將會(huì)使吞吐量上升。

當(dāng)端到端的路徑包括多路無(wú)線鏈路時(shí)，累積的包丟失將更加減少吞吐量，同時(shí)也會(huì)引起對(duì)無(wú)線鏈路的不充分利用，這是電路交換CC鏈路的一個(gè)重要的問(wèn)題。此外，當(dāng)TCP包在經(jīng)過(guò)路徑上的幾個(gè)無(wú)線鏈路后丟失時(shí)，它的重發(fā)必須再次通過(guò)這些已經(jīng)通過(guò)的路徑，因此浪費(fèi)了帶寬。包丟失還有更明顯的影響，使路徑上有更高的端到端的延時(shí)，這就需要TCP維持大的發(fā)送窗口來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)流量。在這樣的路徑上，TCP還會(huì)遭遇到虛假的超時(shí)設(shè)定，但如果發(fā)送者能等待確認(rèn)信息的到來(lái)更長(zhǎng)的時(shí)間，這種超時(shí)設(shè)定是可以避免的。在切換期間，CC系統(tǒng)支持較長(zhǎng)時(shí)間的連接斷開(kāi)，這會(huì)導(dǎo)致虛假超時(shí)發(fā)生。另一個(gè)問(wèn)題就是，當(dāng)包被重排超過(guò)兩倍的TCP確認(rèn)門限時(shí)，這是一個(gè)GSM RLP中的偶然事件，就會(huì)發(fā)生虛假快速重發(fā)。

表1示出LAN路徑(單個(gè)LAN上)上的TCP吞吐量和WAN路徑(WLAN加上15個(gè)有線鏈路)上TCP的吞吐量的比較。我們首先示出沒(méi)有任何包丟失的情況；然后是在WLAN中，在幀丟失率是2.3％，幀大小是1 400字節(jié)的情況下的數(shù)據(jù)。

表2示出單個(gè)鏈路路徑的吞吐量，使用的是IEEE802.11或802.11b的WLAN。可以看到，高速鏈路受包丟失的影響更大，因?yàn)門CP在每個(gè)丟失后需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)它的峰值。

4 TCP性能的增強(qiáng)

4.1傳輸層解決方法

無(wú)線鏈路上的TCP性能的退化通常被錯(cuò)誤地認(rèn)為是擁塞導(dǎo)致無(wú)線包丟失引起的，因此，常見(jiàn)的建議是對(duì)現(xiàn)在的TCP進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。在CC系統(tǒng)的切換期間，包可能延時(shí)甚至丟失，對(duì)這些包丟失的恢復(fù)工作應(yīng)該在切換完成后立即開(kāi)始，而不能有短暫的時(shí)間間隔。TCP能通過(guò)從低層接收正確的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，另外TCP還可使用低層的移動(dòng)線索來(lái)試探著辨別切換引起的包丟失。由于這些包丟失，TCP在恢復(fù)期間能避免減半慢啟動(dòng)門限，這樣就跳過(guò)了擁塞避免階段。另一個(gè)方法是在無(wú)線鏈路終端點(diǎn)的切換期間阻塞TCP發(fā)送者，主要是通過(guò)透明的關(guān)閉接受者的通告窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)送者隨后凍結(jié)所有掛起的時(shí)鐘，并開(kāi)始周期地探測(cè)接收者的窗口。然而，縮小通告的窗口就違反了TCP的準(zhǔn)則。

切換完成后，擁塞避免幫助探測(cè)新鏈路的容量。盡管有其他的無(wú)線包丟失，對(duì)于恢復(fù)來(lái)說(shuō)重發(fā)就可以了。因?yàn)槎说蕉说闹匕l(fā)很慢，TCP連接可能被分離開(kāi)，這要由連接有線和無(wú)線的中間點(diǎn)路由器完成。因此端到端的連接就被分解為無(wú)線鏈路路徑和有線鏈路路徑兩個(gè)單獨(dú)的TCP會(huì)話。一個(gè)最佳化錯(cuò)誤恢復(fù)的協(xié)議可作為無(wú)線鏈路上的替代方案。因?yàn)榇_認(rèn)信息能在數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地之前到達(dá)發(fā)送者，所以這種分離方案就違背了端到端TCP的語(yǔ)義。為了維持TCP的語(yǔ)義，確認(rèn)信息必須被延時(shí)，因此就減少了吞吐量。中間點(diǎn)面臨重大的開(kāi)銷，因此包就要經(jīng)過(guò)兩次TCP處理，并且要保持相當(dāng)大的連接前狀態(tài)。

Eifel方案是修改了TCP來(lái)避免切換和鏈路層重發(fā)導(dǎo)致的延時(shí)引起的虛假超時(shí)設(shè)定和快速重傳。由于這些問(wèn)題都是由于TCP不能區(qū)別原始數(shù)據(jù)報(bào)和重傳數(shù)據(jù)報(bào)的確認(rèn)信息，Eifel方案讓TCP向每個(gè)出去的數(shù)據(jù)包都添加時(shí)間標(biāo)記。時(shí)間標(biāo)記在確認(rèn)信息中返回，因此，很容易就避免了超時(shí)設(shè)定，而且還沒(méi)有改變TCP語(yǔ)義。然而，端到端的TCP恢復(fù)卻不能被加速，如果僅僅端點(diǎn)需要修改的話，TCP增強(qiáng)方案就更有吸引力了，在實(shí)際中，還需要其他的改動(dòng)。一些方法需要從低層來(lái)的信令以檢測(cè)切換，分離TCP方案需要其他的TCP兼容協(xié)議運(yùn)行在無(wú)線鏈路上來(lái)取得更加有效的錯(cuò)誤恢復(fù)。

4.2鏈路層解決方法

除了修改TCP外，我們也可以屏蔽掉無(wú)線包丟失。在CC系統(tǒng)中，這可以通過(guò)不透明模式RLP實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)解決方法是在IP層執(zhí)行局域錯(cuò)誤恢復(fù)，就像在探聽(tīng)(Snoop)TCP一樣。Snoop通過(guò)維護(hù)每個(gè)TCP連接經(jīng)過(guò)的中間點(diǎn)來(lái)跟蹤TCP數(shù)據(jù)和確認(rèn)信息。Snoop緩存未確認(rèn)的TCP數(shù)據(jù)報(bào)，同時(shí)使用多重確認(rèn)信息傳達(dá)丟失指示，再加上本地時(shí)鐘，透明地重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)。它隱藏了標(biāo)示著TCP發(fā)送者的無(wú)線數(shù)據(jù)丟失的多重確認(rèn)信息，因此防止了多余的TCP恢復(fù)。Snoop使用TCP數(shù)據(jù)報(bào)提供的信息避免了鏈路層的控制開(kāi)銷，比分離TCP方案更有效，并且沒(méi)有違反TCP的語(yǔ)義。它同時(shí)還通過(guò)抑制多重確認(rèn)信息避免了局部的沖突和TCP重發(fā)。

Snoop要求TCP接收者位于中心點(diǎn)后面。如果無(wú)線主機(jī)正在向一個(gè)遠(yuǎn)端接收者發(fā)送數(shù)據(jù)，TCP確認(rèn)信息就會(huì)返回得很晚，從而導(dǎo)致不能有效地恢復(fù)，并且甚至可能發(fā)生擁塞丟失。在這種情況下，TCP需要使用直接丟失通告(ELN)來(lái)區(qū)別擁塞丟失和無(wú)線丟失。如果Snoop代理檢測(cè)到一個(gè)與擁塞無(wú)關(guān)的丟失，它就把ELN比特設(shè)置到TCP頭中，并且把它傳給接收者，接收者再把它返回給發(fā)送者。Snoop還能使用隊(duì)列長(zhǎng)度信息從無(wú)線錯(cuò)誤中辨別擁塞。當(dāng)接收到一個(gè)ELN通知時(shí)，TCP發(fā)送者重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包而不激發(fā)擁塞控制。盡管ELN可用于大多數(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，但它需要改為路由器算法。同時(shí)，當(dāng)一個(gè)帶有ELN比特設(shè)置的確認(rèn)信息返回時(shí)，丟失的數(shù)據(jù)報(bào)僅僅在過(guò)去一個(gè)RTT時(shí)間間隔后被重發(fā)。

CC系統(tǒng)RLP消除了Snoop對(duì)分層的違反。它在IP層檢查TCP頭，但它們可能與TCP并行地重發(fā)數(shù)據(jù)。這種情況發(fā)生得很少，而且，在完全可靠的 RLP中，RLP在幾次嘗試失敗后就會(huì)放棄錯(cuò)誤恢復(fù)，從而就防止了這種事件的發(fā)生。與TCP修正方案相比，鏈路層方案可以在局域起作用，并要有低的往返延時(shí)以允許快速恢復(fù)。其主要的局限性是它們提供了單層的恢復(fù)，這不適合于所有的高層協(xié)議和應(yīng)用。

5 無(wú)線系統(tǒng)的發(fā)展和TCP

CC系統(tǒng)的趨勢(shì)是提供更高的速度和更好的包數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持。最高數(shù)據(jù)速率在小區(qū)域和微小蜂窩內(nèi)得到實(shí)現(xiàn)，在這些區(qū)域中，用戶的密度也比較高。高速電路交換數(shù)據(jù)(HSCSD)系統(tǒng)是GSM的擴(kuò)展，以提供高達(dá)56 kbit/s的比特率，它主要是通過(guò)為每個(gè)數(shù)據(jù)電路保留多個(gè)TDMA時(shí)間片來(lái)實(shí)現(xiàn)。通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)是分組交換的GSM擴(kuò)展，它通過(guò)動(dòng)態(tài)TDMA時(shí)間片的預(yù)留支持高達(dá)171 kbit/s的比特率，可提供20～40 kbit/s的用戶吞吐量。試驗(yàn)表明，Internet數(shù)據(jù)包丟失率總在2％上下。第3代歐洲CC系統(tǒng)UMTS(通用移動(dòng)電信系統(tǒng))是基于寬帶CDMA的，支持各種比特率的電路交換和分組交換模式。第一階段包括與GPRS同樣的業(yè)務(wù)，可以提供速度高達(dá)384 kbit/s的比特率，即將到來(lái)的階段有望在有限的區(qū)域內(nèi)提供2 Mbit/s的比特率。在美國(guó)，GSM EDGE/IS－136 HS系統(tǒng)能提供270～722 kbit/s的比特率，在有限的區(qū)域中甚至能提供超過(guò)2 Mbit/s的速率。

很多小范圍(室內(nèi))系統(tǒng)或個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)，以提供低比特率的服務(wù)，比如藍(lán)牙就是一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)，它提供400～700 kbit/s的比特率。然而藍(lán)牙還應(yīng)當(dāng)提供與低端WLAN相同的TCP性能，它的無(wú)線鏈路層還存在很多與IEEE 802.11互相兼容方面的嚴(yán)重的問(wèn)題。IEEE802.15方案規(guī)定了基于藍(lán)牙的PAN標(biāo)準(zhǔn)，它就是用來(lái)解決上面的問(wèn)題。為了得到較高的速度，本地多點(diǎn)分配系統(tǒng)(LMDS)將提供對(duì)寬帶固定無(wú)線Internet的訪問(wèn)，它將使用28 GHz或40 GHz的頻率段。LMDS是一個(gè)無(wú)線本地環(huán)系統(tǒng)(WLL)，為固定主機(jī)提供1～2 GHz的帶寬，同時(shí)，它使用了高效的鏈路層FEC方案，它能夠可靠地運(yùn)載TCP業(yè)務(wù)。

WLAN系統(tǒng)的趨勢(shì)是提供較高的速度，同時(shí)也支持在兩個(gè)相鄰網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上就成為一個(gè)微蜂窩。在人口稀少的地方能被陸地或衛(wèi)星系統(tǒng)用很大的蜂窩覆蓋。由于在一個(gè)給定的區(qū)域中增加蜂窩的數(shù)量意味著要使用更多昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，所以不同的系統(tǒng)使用不同的蜂窩尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)它們的目的。TCP/IP支持通過(guò)把這些無(wú)線系統(tǒng)變成Internet的一部分而使它們能夠互操作和兼容。下一步就是提供無(wú)線系統(tǒng)之間的直接的互操作性，這樣就允許用戶不僅在同一系統(tǒng)的蜂窩之間透明地移動(dòng)，還可以在不同的系統(tǒng)之間做到這一點(diǎn)。在這些一體化的分層蜂窩系統(tǒng)中，在用戶密度逐漸增加的區(qū)域，大的蜂窩將逐漸被多個(gè)小蜂窩覆蓋。

因?yàn)榍袚Q帶來(lái)的連接中斷反過(guò)來(lái)影響了TCP的性能，分層蜂窩系統(tǒng)必須認(rèn)真地設(shè)計(jì)以避免增加切換引發(fā)的問(wèn)題。小區(qū)域和微蜂窩的高數(shù)據(jù)速率將導(dǎo)致更頻繁的切換和潛在的增加每個(gè)切換期間的包丟失。不同系統(tǒng)之間的切換還可能會(huì)極大地改變下面無(wú)線鏈路的性能。為了減少這些問(wèn)題的數(shù)量，關(guān)鍵就是要加強(qiáng)兩層之間的相互協(xié)作，從而使協(xié)議能在需要時(shí)適應(yīng)它們的行為。更深入的研究是直接對(duì)適配層進(jìn)行研究，讓它以有序的方式向高層提供信息。歐盟的WINE方案研究了協(xié)議的自適應(yīng)性和鏈路決定的配置，以優(yōu)化無(wú)線鏈路上的IP性能，并且沒(méi)有向TCP顯露很多的底層細(xì)節(jié)。一種增強(qiáng)協(xié)議代理方法已經(jīng)得到發(fā)展，即無(wú)線適配層(WAL)用于處理自適應(yīng)性。正出現(xiàn)的軟件無(wú)線電技術(shù)允許物理層和數(shù)據(jù)鏈路層參數(shù)能實(shí)時(shí)配置，它必將更加增強(qiáng)鏈路的自適應(yīng)性，因此，協(xié)議自適應(yīng)在未來(lái)將變得異常重要?！?/p>

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(收稿日期：2001－09－03)

作者簡(jiǎn)介

王傳令，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究興趣為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線多媒體傳輸。