人工智能基础：机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法

第6卷第2期 智能系统学报 Vol.6 No.2 2011年4月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Apr.2011 dbt:10.3969/j.issn.1673-4785.2011.02.010 机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法 左朝树'，雷仕英2，李云2 (1.保密通信重点实验室，四川成都610041：2.重庆邮电大学无线信息网络研究中心，重庆400065) 摘要：针对机会网络中TCP与传染路由结合时，传染路由的"洪泛"特性和机会网络的间断特性会使得TCP性能 变差的问题，提出了一种基于传染路由协议和TCP/Renot协议的跨层改进算法一4 ACK-EPL.该算法对连接开始阶段 的慢开始门限值进行修改，以避免因网络错误进入拥塞避免阶段而导致拥塞窗口增长速度过于缓慢.同时，为了避 免网络中已经成功交付但仍存储在网络中其他节点的数据包的复本继续在网络中存在并扩散，造成网络资源浪费， 算法还利用ACK作为到达通告来删除这些冗余数据包.通过深入的仿真分析和比较，结果表明ACK-EPI算法能明 显改善TCP性能. 关键词：机会网络：TCP/Reno:传染路由协议：ACK-EPI 中图盼类号：·TP393文献标识码：1A文章编号：·16734785(2011)02-0152-08 A cross-layer design for improving TCP performance in opportunistic network ZUO Chaoshu',LEI Shiying2,LI Yun2 (1.Science and Technology on Communication Security Laboratory,Chengdu610041,China:2.CWIN,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China) Abstract::In opportunistic networks,the infectivity of epidemic routing and intermitent connectivity of network would degrade the performance of TCP when TCP works with epidemic routing.In order to improve the performance of TCP in opportunistic networks,a cross-layer design,named ACK-EPI,which is based on epidemic routing and TCP/Reno,is proposed.The algorithm renews the threshold of slow-star at the beginning of TCP connection to pre- vent the network from incorrectly turning into congestion avoidance phase so that the network can keep the regular increment speed of congestion window.At the same time,to avoid the packets that have already been delivered be- ing forwarded again in the network,the design makes use of ACK to delete the redundant packets.The stimulation results show that the proposed algorithm can ultimately increase TCP performance in opportunistic networks. Keywords:opportunistic networks;TCP/Reno;epidemic routing;ACK-EPI 机会网络！被定义为一种受限网络.它是储-携带-转发“的路由模式来实现节点间通信，具体 一种不需要源节点和目标节点之间存在完整链路， 包括基于冗余的路由、基于效用的路由、基于冗余效 利用节点移动带来的相遇机会实现通信的自组织网 用混合的路由和基于主动运动的路由.在基于冗余 络.很多应用领域都无法建立结构化的全连通网络， 的路由协议中，主要有基于复制和基于编码的方式，， 导致传统的多跳自组织网络协议无法运行，而机会 如：Spray and waitl、擦除编码路由(erasure-coding 网络能够更好地满足这些应用需求.机会网络应用 based routing),和传染路由协议(epidemic routing) 领域泡括：野生动物追踪”、手持设备入网、车载网 910等. 络3和偏远地区网络传输”等.目前，人们将研究 传染路由的基本思路是当2个节点相遇时，彼 的重点放在机会网络的路由协议，并普遍采用”存 此交换各自缓存中的不同数据，使数据包最终被复 制到网络中的所有节点.同网络层的路由协议相比， 收稿日期2010-09-15】 基金项目：国家白然科学基金资助项目(61071118,60702055))：重庆 机会网络的传输层机制研究还很少.TCP“是互联 市科委自然科学基金资助项目(CSTC2009BB2279) 网intemet))中一种重要的传输层协议，被用于很多 通信作者：左朝树.ail:cszu0@163.com 互联网应用中，如：文件传输协议(FTP))小、电子邮件

A cross-layer design for improving TCP performance in opportunistic network 左朝树',雷仕英2,李云2 (1.Science and Technology on Communication Security Laboratory,Chengdu 610041,China;2.CWIN,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China) CAAI Transactions on Intelligent Systems 储-携带-转发"的路由模式来实现节点间通信,具体 包括基于冗余的路由、基于效用的路由、基于冗余效 用混合的路由和基于主动运动的路由.在基于冗余 的路由协议中,主要有基于复制和基于编码的方式, 如: Spray and waitl、擦除编码路由(erasure-coding based routing) 和传染路由协议(epidemic routing) 910等 摘 要: 针对机会网络中TCP与传染路由结合时,传染路由的"洪泛"特性和机会网络的间断特性会使得TCP性能 变差的问题,提出了一种基于传染路由协议和TCP/Reno协议的跨层改进算法-—ACK-EPI.该算法对连接开始阶段 的慢开始门限值进行修改,以避免因网络错误进入拥塞避免阶段而导致拥塞窗口增长速度过于缓慢.同时,为了避 免网络中已经成功交付但仍存储在网络中其他节点的数据包的复本继续在网络中存在并扩散,造成网络资源浪费, 算法还利用ACK作为到达通告来删除这些冗余数据包.通过深入的仿真分析和比较,结果表明ACK-EPI算法能明 显改善TCP性能. 机会网络!被定义为一种受限网络.它是 种不需要源节点和目标节点之间存在完整链路, 利用节点移动带来的相遇机会实现通信的自组织网 络.很多应用领域都无法建立结构化的全连通网络, 导致传统的多跳自组织网络协议无法运行,而机会 网络能够更好地满足这些应用需求.机会网络应用 领域包括:野生动物追踪"、手持设备入网、车载网 络3和偏远地区网络传输"等.目前,人们将研究 的重点放在机会网络的路由协议,并普遍采用"存 第6卷第2期 2011年4月 机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法 ZU0 Chaoshu',LEI Shiying²,LI Yun² 智 能 系 统 学 报 Keywords: opportunistic networks;TCP/Reno;epidemic routing;ACK-EPI Abstract: In opportunistic networks,the infectivity of epidemic routing and intermitent connectivity of network would degrade the performance of TCP when TCP works with epidemic routing. In order to improve the performance of TCP in opportunistic networks, a cross-layer design, named ACK-EPI, which is based on epidemic routing and TCP/Reno,is proposed. The algorithm renews the threshold of slow-star at the beginning of TCP connection to pre￾vent the network from incorrectly turning into congestion avoidance phase so that the network can keep the regular ncrement speed of congestion window. At the same time,to avoid the packets that have already been delivered be￾ng forwarded again in the network, the design makes use of ACK to delete the redundant packets. The stimulation results show that the proposed algorithm can ultimately increase TCP performance in opportunistic networks. doi: 10.3969/j.issn.1673-4785.2011.02.010 收稿日期: 2010-09-15 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(61071118,60702055) ;重庆 (1.保密通信重点实验室,四川成都610041;2.重庆邮电大学无线信息网络研究中心,重庆400065) 传染路由的基本思路是当2个节点相遇时,彼 此交换各自缓存中的不同数据,使数据包最终被复 制到网络中的所有节点.同网络层的路由协议相比, 机会网络的传输层机制研究还很少.TCP"是互联 网(internet) 中一种重要的传输层协议,被用于很多 互联网应用中,如: 文件传输协议(FTP) 市科委自然科学基金资助项目(CSTC2009BB2279) 通信作者: 左朝树.E-mail: cs_zuo@163.com 、电子邮件 关键词: 机会网络;TCP/Reno;传染路由协议;ACK-EPI 中图分类号: TP393 文献标识码: A 文章编号: 16734785(2011) 02-0152-08 Vol.6 No.2 Apr.2011

第2期 左朝树，等：机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法 ·153· (email)和网络服务(web)等.目前，尽管有较多文 列号将中间节点缓存中那些已经到达了目的节点的 献研究了移动自组织网络(MANET:Mobile Ad hoc 数据包删除.即将收到的ACK包的序列号与缓存中 NETworks)和传感器网络中TCP的性能并提出了改 的数据包的序列号比较，将缓存中序号比收到的ACK 进方法215]，但这些改进主要是针对无线网络的信 序号小的TCP包（表明这些TCP数据包已经到达了 道误码率高、节点的缓存及能量有限等方面提出的， 目的节点)在delivered列表中对应比特位置1 而机会网络中传输层的研究相对较少6181，尤其是 delivered列表被封装在请求(QUERY)分组和 针对TCP性能的研究. 更新(UPDATE)分组中来传播，节点收到delivered 在文献[19]中，作者研究了机会网络中TCP与 列表后删除缓存中已交付的数据包并更新自己的 传染路由结合时的性能.文献指出，在机会网络中，当 delivered列表，在计算自己需要的数据iwant时参考 节点移动速度比较大时，传染路由比DSR路由更有 delivered列表，不再请求已交付数据包.随着deliv- 效，能与TCP更好结合.但是，在TCP连接开始阶段， ered列表在全网的传播，网络中已交付的数据包将 由于节点的移动性，会导致网络错误地进入拥塞避免 不再继续被复制传播而且逐渐被删除， 阶段而使得拥塞窗口增长过慢，减低数据发送速度； 1.1.2修复拥塞窗口 同时，在机会网络中使用传染路由也会因为其产生的 在连接建立的初始阶段，由于节点的移动性导 重复的数据包而降低TCP的性能.针对上述问题，提 致发送的数据长时间不能到达目的节点，网络会出 出了一种基于传染路由和TCP/Reno协议的跨层改 现超时.此时，慢开始门限值ssthresh被更新后的值 进算法一ACK-EPI,并对该改进算法进行了仿真， 为2.当数据发送端在首次收到ACK确认后，cwmd 结果表明，该改进算法可以有效地提高网络性能. 的值会增长为2，而当cwnd>ssthresh时就会停止使 1跨层改进算法：ACK-EPI 用慢开始算法而改用拥塞避免算法，这会使得拥塞 窗口cwnd的值增长过于缓慢（如表1），从而降低了 利用TCP协议中的ACK来设计数据包的到达 数据发送速率，导致网络吞吐量偏低 通告.当一个数据包到达目的节点以后，存储在网络 表1cwnd的变化 中其他节点中的该数据包的复本还会在网络中继续 Table 1 Changes of cwnd 存在并扩散，对于网络资源稀缺的机会网络来说是 发送 窗口 cwnd ssthresh网络拥塞 一种浪费.同时，由于节点的移动性，在TCP连接建 收到 数据 时间/s 的数 值 值特殊控制 立的初始时刻经常会出现数据发送超时，导致网络 确认 (TCP 据包 (MSS)(MSS)状态算法 错误地进人拥塞避免阶段而使得拥塞窗口增长过于 序列号) 缓慢，使得网络性能偏低.本文首先在Epidemic的 慢 82.557 tep0 0 1 ssthresh× 开始 基础上利用TCP接收端发送的ACK,为其加入到达 通告机制来解决已交付的复本浪费资源的问题，然 88.557 tep 2 超时 开始 后将初始时刻错误的拥塞避免过程修复为慢开始过 慢 程以解决拥塞窗口增长缓慢的问题，这样同时也提 100.557 tep0 0 1 超时 开始 高了协议的工作性能.在下文中，将加入了到达通告 tepl 拥塞 和修复了拥塞窗口的跨层改进算法称为ACK-EPI. 113.450ack0 1.2 tep2 避免 1.1ACK-EPI基本思想 拥塞 113.687ack1 2.3 2 1.1.1ACK到达通告 避免 在ACK-EPI协议中，为了尽量减少路由开销， 拥塞 每一个无线节点除了保存Epidemic分组的复本和 113.704ack2 3,4 避免 SV数组[o外，还保存一个delivered列表，该列表以 tcp5 113.921ack3 4,5,6 3 拥塞 比特数组的方式存储，其比特值1或0分别表示此 tepo 避免 数据是否已经成功到达目的节点， 113.966ack4tcp7 5,6,7 3 拥塞 有2种情况表明数据包已经成功交付，并分别 避免 处理： 拥塞 114.158ack5tcp8 6,7,8 1)目的节点：目的节点收到数据包后将数据包 避免 在delivered列表中对应比特位置l; tep9 拥塞 114.176ack6 7,8,9,10 4 2 2)中间节点：利用TCP接收端发送的ACK的序 tep10 避免

·154 智能系统学报 第6卷 但这种在数据发送的初始阶段的超时重传并非 表copylist中删除，节点j按式(2)计算其所需的数 网络真正出现拥塞，故不必错误地进入拥塞避免阶 据包请求消息.节点j所需要的数据iwant[m]为其 段，因此需要调整ssthresh的值以便使网络恢复到 自己没有而节点i有，并且是还没有交付到目的节 慢开始状态。 点的也不是节点先前请求过的数据。 1.2ACK-EPI算法描述 iwant,[m]SV:[m]& 1.2.1ACK到达通告算法描述 ihave:[m]&prevask;[m]&delivered,[m].(2) 对于QUERY和UPDATE分组[2o),在分组头中 节点j将delivered[m]复制到UPDATE分组中 也各自加人了与摘要向量数组SV[SUMMSIZE]相 的updack[m],再将封装iwant,[m]和updack[m] 似的新数组qryack[SUMMSIZE]和updack[SUMM- 的UPDATE分组发送给节点i. STZE]、qryack[SUMMSIZE]和updack[SUMMSIZE] 3)节点i接收UPDATE分组，发送EPI分组给 用来传递delivered列表.ACK-EPI的算法有如下4 节点j: 个阶段（如图1）. 节点i接收到UPDATE分组后，节点i接收到表 示delivered,[m]的updack[m]后，先按式(3)更新 QUERY SV qryack,[m] 本地节点的delivered:[m]列表. Update delivered, delivered;[m]delivered;[m]ll updack;[m]. Delete delivered messages() (3) UPDATE:iwant [m],updack,[m] 更新完delivered:[m]后，节点i根据最新的de Update delivered, livered:[m]列表将delivered:[m]中相应位为1的数 Delete delivered messages 据包从节点缓存列表copytable和分组中的缓存列 Messages for m in iwant,[m] (3 表copylist中删除.节点i将iwant,[m]中相应位为1 的数据包m逐条封装在EPI分组中发送给方 Send messages to j 4)节点j接收EPI分组 Update delivered,SV (4) 节点收到数据包后，依次作如下处理： T 如果该EPI分组的目的节点是j,说明EPI分组 图1 ACK-EPI算法原理 正确地从源节点传送到了目的节点，则将该数据包 Fig.1 Block diagram of ACK-EPI algorithm 在SV,[m]和delivered,[m]中的对应位置l,并将数 1)节点i向节点j发送QUERY分组 据传递给上层协议。 节点和j相遇后，节点向j发送QUERY分组， 如果该EPI分组的目的节点不是j,但是需要j QUERY分组中包括有：自己存储报文的摘要向量 进行存储转发，则将该数据包在SV,[m]中的对应 SV,[m]以及已交付数据包列表delivered,[m]的副 位置1，等待该分组转发.但是在转发之前要先判断 本qryack:[m]. 此包是否已经交付给了目的节点但仍存储在中间节 2)节点j接收QUERY分组并发送UPDATE分 点的消息副本，利用TCP到达目的节点后，接收端 组 发送的在网络中传输的ACK确认消息来判断，具体 节点j接收到SV:[m]和qryack:[m]后，j将 方法如下：建立一个新的二维数组check[SUMM qryack;[m]和本节点的delivered[m]按式(l)进行 SZE+3][3]来存储数据包的序列号和数据包类 按位或，将消息m在delivered;[m]中的对应位按位 型，设定Marx为收到的ACK的最大序列号，如果来 置1，以更新本地节点中保存的delivered,[m]. 的这个包是新的数据包则提取此包的D号、序列号 delivered,m]delivered,[m]l qryack:[m]. 和数据包类型，并执行以下步骤： (1) 1)如果此包是TCP包并且其序列号不大于 更新完delivered,[m]后，节点j根据最新的de Max,表明此TCP包已经到达了目的节点（因为有更 livered,[m]列表将delivered,[m]中相应位为1的数 大序列号的ACK已经在网络中传播)，则直接将该 据包从节点缓存列表copytable和分组中的缓存列 数据包在delivered,[m]中的对应位置1

第2期 左朝树，等：机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法 ·155 2)如果此包的序列号大于Max并且是TCP包， 表2仿真参数 则直接将此包的D号、序列号和数据包类型对应地 Table 2 Simulation parameters 存储在数组check中. 参数 值 3)如果此包的序列号大于Max并且是ACK 信道速率 1Mbit/s 包，则将此包的D号、序列号和数据包类型对应地 TCP包的大小 512bytes 存储在数组check中，并更新Max,即将此包的序列 窗口尺寸 500m×500m 仿真时间 1000s 号作为新的Max.然后从上次遍历过的下一处开始 缓冲大小 100 packets 遍历check数组中存储的序列号，依次找出比Max 传输距离 50m 小的所有TCP数据包（表明这些数据包已经到达了 在仿真中，主要对以下性能参数进行评估， 目的节点，不必再在网络中传输)，并将这些数据包 I)吞吐量(throughput):从目的节点正确接收第一 在delivered,列表中的对应位置1. 个数据包开始到接收最后一个数据包为止，每秒成功 在算法的第3阶段中，节点将delivered,[m]中 接收的数据量，统计公式如式(4)，统计单位为kb/s. 相应位为1的数据包从节点缓存列表copytable和 数据包数量 分组中的缓存列表copylist中删除，这样就将网络中 吞吐量=(6-×1000× 已经到达了目的节点的数据包删除.同时，在第4阶 包的长度×8. (4) 段，将ACK作为到达通告机制跨层加入到传染路由 2)数据交付率(delivery ratio):成功传递到目的 中，根据ACK序列号将已经成功到达了目的节点但 节点的数据占所有发送数据的比率，统计公式如式 仍存储在中间节点的数据包或者其复本删除，达到 (5). 节约网络资源，提高网络性能的目的. 收到包的数量 数据交付率=所有发送包数量 (5) 1.2.2修复拥塞窗口算法描述 3)端到端的平均交付时延(average delay):数 伪代码如图2. 据包从源节点成功传递到目的节点的平均时间，统 计公式如式(6)，统计单位为8. 当一个包到达发送端时 所有收到包的时间之和 if此时ssthresh的值小于3) (if(它是ACK包&&首次收到此包&&序列号为I) 将ssthresh的值恢复为初始值 平均交付时延=所有收到包的数量 (6) 4)端到端平均跳数(average hop):所有从源节 点成功传送到目的节点数据包所经跳数的平均值， 图2修复CWND算法 如式(7). Fig.2 Algorithm of repairing CWND 所有收到包的酰数之和 在连接建立的初始阶段，如果由于节点的移动 h 性导致数据发送的不断超时重传，表明并非网络真 端到端平均跳数=所有收到包的数量 (7) 正出现拥塞，故不必进入拥塞避免阶段.在数据发送 5)数据转发率(epifwd ratio):在整个仿真过程 端首次收到ACK确认时，就将超时重传后减小的慢 中，所有被转发数据包占所有发送数据包的比率见 开始门限值ssthresh恢复为初始值，这样可以使得 式(8). 网络不再错误地处于拥塞避免阶段，而是继续调用 转发数据包数量 慢开始算法，让拥塞窗口正常增长. 数据转发率= 所有发送包数量 (8) 为了更好地体现修改后的算法，对以下2个场 2仿真结果与分析 景进行仿真分析. 在仿真时，采用NS-2作为仿真模拟器，网络中 场景1：其他参数保持不变时，在30个节点组 的30个节点依据随机节点移动模型进行移动，仿真 成的机会网络中，仿真分析节点移动速度的变化对 的物理层和数据链路层采用EEE802.11,在节点2 性能参数的影响情况. 和节点3之间建立一条TCP连接，其上承载FTP流 场景2：其他参数保持不变时，保持节点移动速 量，具体参数设置见表2. 度为15m/s,仿真分析网络中节点数的变化对性能 参数的影响情况：

·156 智能系统学报 第6卷 首先，从仿真统计文件中得到的修改算法后的 30可 B一ACK-EPI cwmd变化情况，如表3. -eEPI 表3修改后cwmd的变化 20 Table 3 Changes of cwnd with improved algorithm 窗口 发送 中数 cwnd 网络 10 日 B 收到 Ssthresh 拥塞 时刻/s 确认 的数 据包 值 特殊 值 态控制算法 0 据包(TCP序(MSS) 10 20 列号) 速度/m·s) 82.557 慢 tep0 0 1 ssthreshx 开始 (a)吞吐量随速度变化 慢 88.557 ×top0 0 1 2超时 开始 1.0m 100.557×tcp0 0 1 2超时 的 日-ACK-EPI 开始 -EPI topl 恢复为 慢 119.212ack0 1,2 2 0.9 X tep2 ssthresh 开始 tep3 慢 119.429ack1 2,3.4 0.8 tep4 开始 tep5 慢 119.441ack2 3,4,5,6 4 ssthresh× 0.7 top6 开始 tep7 慢 119.645ack3 4,5.6,7,8 ssthresh x 0.6 tep8 5 开始 10 20 30 速度/(m·s') tcp29 119.932ack14 15-30 慢 16 ssthresh x tep30 开始 (b)数据交付率随速度变化 120.045ack14 慢 15-30 16 ssthresh x 开始 20 120.055ack14 15-30 慢 16 ssthresh x 开始 15 120.064ack14tcpl515-30 快 11 8 重传 恢复 10 日一ACK-EPI 拥塞 -EPI 120.157ack15× 16-30 8 8 避免 日日日 tep31 拥塞 10 20 30 120.251ack24tp3225-33 9 8 X 避免 速度/m·s) tep33 (c)平均时延随速度变化 从表中可看到，在初始连接时，如果网络出现超 5.5m 时，则在发送端首次收到确认时将慢启动门限值恢 复到初始值，因为此刻网络并未出现拥塞.在 4.5 119.212s时，首次收到确认，将ssthresh恢复至初始 值ssthresh-,即为65535字节.随后，网络不会错误 3.5 -B-ACK-EPI 地调用拥塞避免算法，这样可以使得cwmd较快地增 -EPI 长，充分利用网络资源. 2.5 其次，根据仿真统计文件得到修改前后吞吐量、 数据交付率、平均时延、平均跳数和数据转发率的对 10 20 30 速度/(m·s) 比图，如图3和图4.从图可以看出，改进后的算法 性能优于修改前的. (d)平均跳数随速度变化

第2期 左朝树，等：机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法 ·157 s10 5.5 日一ACK-EPI 4.5 EPI 3 3.5 日一ACK-EPI eEPI 2.5 日B日 12 1824 30 10 20 30 速度m·s) 速度/(m·s) (d)平均跳数随移动节点数变化 ()数据转发率随速度变化 图3修改前后各个参数随速度变化的比较 Fig.3 The before and after the modified algorithm 3.510 performance comparison with changes of speed 3.0f B一ACK-EPI 40可 O—EPI 解 2.5 B一ACK-EPI 2.0 30 EPI 1.5 ☑ 20 1.0 0.5 /0 0l0 ◆合目一88=8=电 12 182430 速度m·s 12 18 24 30 速度(m·s) (e)数据转发率随移动速度变化 图4修改前后各个参数随移动节点数变化的比较 (a)吞吐量随移动节点数变化 Fig.4 The before and after the modified algorithm 1.0 日-ACK-EPI performancec omparison with changes of num- -eEPI ber of node 0.9G 日日 日-8 从图3可以看到，随着节点移动速度的增加，网 0.8 络吞吐量和数据交付率不断降低，平均时延、平均跳 -® 数和数据转发率逐渐增大，其原因是由于节点移动 0.7 速度增加，网络连接的间断性增强，会导致超时和重 12 1824 30 传增加，从而降低吞吐量和数据交付率，增加平均时 速度/m·s') 延、平均跳数和数据转发率.但使用ACK-EPI算法 (b)数据交付率随移动节点数变化 得到的各个网络性能都优于使用修改前算法得到的 18 性能首先，通过改变初始连接阶段的慢启动门限 16 值，可以避免网络不再错误地进入拥塞避免阶段，从 14 而可以提高发送端发送数据的速度；其次，通过 1281 ACK的到达通告，删除网络中已经成功交付的数据 10 包以节约网络资源.这些都在很大程度上提高了网 日一ACK-EPI 络性能。 EPI 图4是网络中移动节点数对网络性能的影响， 46 12182430 网络中移动节点越多，占用网络资源也越多，故吞吐 速度/(m·s') 量和交付率是呈现下降趋势，而平均时延、平均跳数 (©)平均时延随移动节点数变化 和数据转发率则呈上升趋势.同样，改进后的算法比 改进前的算法更有效

·158 智能系统学报 第6卷 connected mobile networks[C]//Proceedings of the 2005 3 结束语 ACM SIGCOMM Workshop on Delay-Tolerant Networking. 在TCP连接开始阶段，由于节点的移动性，会 New York,USA:ACM Press,2005:252-259 导致网络错误地进入拥塞避免阶段而使得拥塞窗口 [8]WANG Y,JAIN S,MARTONOSI M,FALL K.Erasure- 增长过慢，减低数据发送速度；同时，在机会网络中 coding based routing for opportunistic networks[C]//Pro- ceedings of the 2005 ACM SIGCOMM Workshop on Delay- 使用传染路由也会因为其产生的重复的数据包而降 Tolerant Networking.New York:ACM Press,2005:229- 低TCP的性能.本文针对该问题，提出了一种基于 236. 传染路由和TCP的跨层改进算法一ACK-EPI.该 [9]VAHDAT A,BECKER D.Epidemic routing for partially 算法对连接开始阶段的慢开始门限值进行修改，以 connected ad hoc networks[R].Duke University:Techni- 避免因网络错误地进人拥塞避免阶段而导致的拥塞 cal Report CS-200006,2000. 窗口增长速度过于缓慢.同时，为了避免网络中已经 [10]RAMANATHAN R,HANSEN R,BASU P,HAIN RR, 成功交付但仍存储在网络中其他节点的数据包的复 KRISHNAN R.Prioritized epidemic routing for opportunis- 本继续在网络中存在并扩散，造成网络资源浪费，算 tic networks[C]//Proceedings of the 1st Intemational Mo- biSys Workshop on Mobile Opportunistic Networking.New 法还利用ACK作为到达通告来删除这些冗余数据 York,USA:ACM Press,2007:62-66. 包.通过深人的仿真分析和比较，表明ACK-EPI算 [11]ALLMAN M,PAXSON V,STEVENS W.RFC 2581,TCP 法能明显改善TCP性能 Congestion Control[S].New York:IETF,1999. 参考文献： [12]TRIANTAFYLLIDOU D,AGHA K A.Adaptive setting of TCP's maximum window in ad hoc multihop networks with [1]PELUSI L,PASSARELLA A,CONTI M.Opportunistic a single flow[C]//Proceedings of IEEE Wireless Commu- networking:data forwarding in disconnected mobile ad hoc nications and Networking Conference.Budapest,Hungary: network[J].IEEE Communications Magazine,2006,44 WCNC,2009:16. (11):134-141. [13 ]XIAO Hannan,ZHANG Ying,JAMES M,et al.Modeling [2]熊永平，孙利民，牛建伟，刘燕.机会网络[J].软件学报， and analysis of TCP performance in wireless multihop net- 2009,20(1):124-137 works[J].Wireless Sensor Network,2010,2(7):493- XIONG Yongping,SUN Limin,NIU Jianwei,LIU Yan. 503. Opportunistic networks[J].Journal of Software,2009,20 [14]AHMED A,PATRICK M,DAVID R.Improving distribu- (1）:124-137. ted TCP caching for wireless sensor networks[C]//Pro [3]KEVIN FALL K.A delay-tolerant network architecture for ceedings of the 9th IFIP Annual Mediterranean Ad Hoc challenged internets[C]//Proceedings of the 2003 Confer- Networking Workshop.Juan Les Pins,France:Med-Hoc- ence on Applications,Technologies,Architectures,and Net,2010:1-6. Protocols for Computer Communications.New York,USA: [15]YOON W,VAIDYA N.Routing exploiting multiple heter- ACM Press,2003:27-34. ogeneous wireless interfaces:a TCP performance study [4]JUANG P,OKI HI.Energy-efficient computing for wildlife [J].Computer Communications,2010,33(1):23-34. tracking:design tradeoffs and early experiences with Zebra- [16]RAMADAS M,BURLEIGH S,FARRELL S.Licklider Net[C]//Proceedings of the 10th Interational Conference transmission protocol-specification EB/OL ]2010-11- on Architectural Support for Programming Languages and 18 ]http://wenku.baidu. com/view/ Operating Systems.New York,USA:ACM Press,2002: 7a86dcla6bd97f192279e994.html,Interet-draft,2007. 96-107. [17]FARRELL S,CAHILL V.Ltp-t:a generic delay tolerant 5]HUN B,BYCHKOVSKY V.CarTel:a distributed mobile transport protocol[R].University of Dublin,Technical re- sensor computing system[C]//Proceedings of the 4th Inter- ports:TCD-CS-2005-69,2007. national Conference on Embedded Networked Sensor Sys- [18]FARRELL S,RAMADAS M,BURLEIGH S.Licklider tems.New York,USA:ACM Press,2006:125-138. transmission protocol-security extensions[EB/OL ] [6]PENTLAND A,FLETCHER R,HASSON A.DakNet:re- 2010-08-22 ]http://wenku.baidu.com/view/ thinking connectivity in developing nations[J].IEEE Com- c394efd87f1922791688e894.html,Internet-draft,2007. puter,2004,37(1):7883. [19]LI Yun,LEI Shiying,YOU Xiaohu.Performance of TCP [7]SPYROPOULOS T,PSOUNIS K,RAGHAVENDRA C S. in intermittently connected wireless networks:analysis and Spray and wait:an efficient routing scheme for intermittently improvement[C]//Proceedings of the 2010 IEEE Global

第2期 左朝树，等：机会网络中一种提高TCP性能的跨层改进算法 ·159 Telecommunications Conference.Miami,USA:GLOBE 雷仕英，女，1985年生，硕士研究生， C0M,2010:1. 主要研究方向为宽带无线接入网技术 [20]何靖桐.稀疏AdHoc网络中路由算法的研究[D].成 都：成都电子科技大学，2006：17-22， HE Jingtong.Research for routing in intermittent ad-hoc- networks[D].Chengdu:University of Electronic Science and Technology,2006:17-22. 作者简介： 李云，男，1974年生，教授，博士生 左朝树，男，1972年生，高级工程 导师，主要研究方向为无线移动通信， 师，硕士生导师，博士，主要研究方向 发表学术论文150余篇，其中被SCI、EI 为通信网络及信息安全，发表学术论文 检索80余篇. 20余篇，其中被EI检素10余篇。 2011中国智能（产业）博览会 China International Intelligent Industries Expo 2011 2011.9.16一18北京全国农业展览馆 为贯彻落实温家宝总理提出“感知中国”的科技纲领，推进国家“十二五”建设的新举措，激发广大科技工作 者投身建设创新型国家的积极性和创造热情，进一步推动智能科学技术担当起信息化向智能化高端发展进程中 的历史重任，欣逢纪念中国人工智能学会成立30周年和世界人工智能科学诞生55周年，经中国科学技术协会批 准，得到国家科学技术部、工业和信息化部、教育部、住房和城乡建设部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学 基金委员会悉心指导，由中国人工智能学会主办，中国电子学会、中国计算机学会、中国通信学会、中国自动化学 会、中国系统仿真学会、中国仪器仪表学会、中国图象图形学学会、中国中文信息学会、中国计算机用户协会支持 合作，北京东方炬蜂展览有限公司承办的“首届中国智能博览会”（简称智博会）将于2011年9月16一18日在北 京全国农业展览馆盛大开幕.届时，本届“智博会”组委会将诚邀科技、教育、农业、机械、轻工、通信、电力、交通、建 筑、金融、卫生、安全、国防等专业领域的政府官员、专家学者、国际友人和企业精英参会，共同见证与分享“智能体 验·智慧生活”的核心主题. 本届智博会将秉承和弘扬理解、交流、创新与合作的智博理念，向社会各界传达智能科技和智慧生活的最新 信息，展现丰富多彩的智能新型能源、创新成果、新兴产业以及智慧生活体验，搭建智能产业与科技民生的桥梁， 激发广大热爱智能科学技术的有志之士相互交流，以及实现更美好生活的强烈愿望，深入探讨智能化进程中的多 元时代现象，广泛推进学术、科技、工程、产业以及资本合作的多边共赢之路，关注全球重大问题给国际社会和科 技民生带来的挑战和影响，共同展望物联网、云计算、智能电网、智能交通、智能通信、智能计算机、智能机器人、智 能建筑等智能化领域的美好未来。 网址：www.ciiie.com.cn