Design of TCP Throughput Optimization in Wireless Environment

隨著無線（wireless）技術的興起，產生了釵h相關的議題。由於無線網路所具有的特性和有線（wired）網路大不相同，因此一些傳統的通訊協定（protocol），都必須一一的重新接受檢驗。而在這些必須被重新檢驗的傳統通訊協定中，最重要的就是TCP。主要的原因在於TCP所設計的壅塞控制（congestion control）機制，把所有的封包遺失（packet loss）都當成是因為壅塞（congestion）所引起的。但是在無線網路的環境中，無線網路的高錯誤比率（error rate）會發生錯誤封包遺失（error packet loss）。當TCP傳送端得知這個遺失事件（loss event）之後，TCP傳送端會認為這個封包遺失（packet loss）是壅塞封包遺失（congestion packet loss），判定網路發生壅塞，會降低壅塞視窗大小（congestion window size），也會降低傳輸效能（throughput）。 在這一篇論文中，我們設計了一套演算法來最佳化無線網路TCP的傳輸效能。這一篇論文所要解決的問題定義如下：「要如何在無線網路的環境中，只修改無線網路基地台（wireless AP），對TCP下傳方向（downstream）的資料流（flow），最佳化TCP Reno和TCP New Reno的傳輸效能。」 最後我們將會使用ns2來做系統實驗效能驗證與比較，並且做出討論，總結，與未來展望。With the emergence of wireless technologies, many relevant issues come along with it. Because of the essential differences between the characteristic of wired and wireless network, some traditional protocols need to be reviewed in more detail. TCP is particularly important among these. The main problem is that the congestion control mechanism in the design of TCP deems all packet losses as the result of the congestion. But, in fact, the error packet loss during communication comes from the high error rate of wireless environment. Whenever the TCP sender receives a loss event, it tends to conclude that the packet loss as a kind of congestion packet loss which comes from congestion, and tries to reduce the congestion window size, and therefore reduce the throughput. In this thesis, we propose an algorithms to optimize the TCP throughput in wireless environment. We define our problem as follow: “In a wireless environment, how to optimize the throughput of TCP Reno and TCP New Reno downstream flow by modifying the wireless AP only.” In the last part of our thesis, we will utilize the NS2 for system experiments verification and comparison, and discuss, conclude our contributions along with further works.謝詞 一 論文摘要 二 THESIS ABSTRACT 三 目錄 四 表次 六 圖次 七 第一章 緒論 1 1.1 背景簡介 1 1.2 研究動機 2 1.3 問題定義 7 1.4 研究目的 9 1.5 論文架構 9 第二章 文獻探討 10 2.1 不同類型的解決方法 10 2.2 Snoop 13 2.3 Freeze-TCP 17 第三章 系統架構 21 3.1 問題定義 21 3.2 系統目標 21 3.3 系統架構與方法 22 3.4 系統演算法 26 3.4.1 TCP Reno 27 3.4.2 TCP New Reno 28 3.4.2.1 No Loss 33 3.4.2.2 Wired Single Loss 33 3.4.2.3 Wired Multiple Losses 36 3.4.2.4 Wireless Single Loss 39 3.4.2.5 Wireless Multiple Losses 42 3.4.2.6 Wired and Wireless Multiple Losses 44 3.4.2.7 Wireless All Losses 49 第四章 系統實驗效能驗證與比較 50 4.1 實驗目的 50 4.2 實驗環境 50 4.3 實驗計畫與結果 51 4.3.1 無線網路端暫時性的error 51 4.3.1.1 TCP New Reno 52 4.3.1.2 TCP Reno 64 4.3.2 無線網路端持續性的error 68 4.3.2.1 無線網路端持續性的error 68 4.3.2.2 有線網路端RTT的影響 70 4.3.2.3 實驗總結 73 第五章 討論 78 5.1 評估RTT 78 5.2 無線網路端的collision與contention 79 5.3 Spurious Timeout 81 第六章 總結與未來展望 84 參考文獻 87 簡歷 9