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无线移动Ad Hoc网络中TCP的性能研究

作　者: 任伟
导　师: 金海
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线移动Ad Hoc网络性能评价端到端 TCP稳定性 TCP公平性 TCP安全性异构网络
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

传输控制协议TCP是最重要的网络协议之一,但TCP协议在无线移动Ad Hoc网络中性能较差,如吞吐率较低,稳定性和公平性较差,有安全隐患等。这是无线移动Ad Hoc网络环境中特有的问题造成的,如传输通道的易错性和丢包率、媒体介质层的竞争和冲突、节点的移动性、网络拥塞和安全问题等。当前无线移动Ad Hoc网络中TCP的改进算法通常针对某个问题,尚无一种适用较广泛的方案。考虑到异构环境的应用需求,保持端到端语义的TCP增强方案应做为研究的重点。为解决TCP在多跳无线网络中吞吐率的性能下降问题,可采用一种端到端的组合方案TCP-CD,即限制发送窗口最大值和使用延迟确认机制,并建议发送窗口限制为2个最大发送包为宜。模拟实验表明,TCP-CD优于使用单一方案。考虑到路由协议和移动模型对TCP性能的影响,为解决TCP在移动无线网络中的吞吐率的性能降低问题,可采用TCP-CDR方案,即在TCP-CD基础上增加TCP最大重传重试时间的限制。在多种移动模型中如随机移动(Random Waypoint)和社会网络(Social Network)模型中与当前的方案,如FeW、TCP-AP进行比较。模拟实验表明,TCP-CDR中均优于其他方案。对于TCP在多跳无线网络中的稳定性问题,分析发现TCP在经过多跳网络路径传输时,往往会因为隐藏终端导致大量MAC层冲突丢包,导致MAC层包重传重试超过相应限制导致丢包,使得TCP数据包或确认包丢失,TCP反复进入慢启动过程,从而最终破坏TCP稳定性。为解决稳定性问题,仅仅限制TCP发送窗口大小是不够的,延迟确认策略应该同时使用。稳定性问题的形式化描述和隐藏终端问题对TCP稳定性影响的定量分析进一步揭示TCP稳定性问题。对于TCP在有线网络和无线网络混合的异种网络中的公平性问题,可采用使用限制TCP发送窗口大小来提高上行和下行TCP流之间的公平性的方案。对于TCP在移动Ad hoc网络中的不公平性问题,分析其原因并对TCP公平性产生影响的场景进行分类。实验发现,重叠TCP流的公平性好于非重叠TCP流,对于非重叠TCP流,只有当TCP流中所有节点在干涉范围内时才能保持公平性。如果TCP流发送节点是其他TCP流发送节点的隐藏终端,公平性将很差,可使用802.11e设定单跳TCP流的优先值为一个较小的值来提高TCP公平性。使用累计公平指数和瞬时公平指数来衡量移动Ad Hoc网络中TCP的公平性较为合理。性能问题还需要考虑安全性,移动Ad Hoc网络中基于网络拥塞的降低TCP性能的RoQ(Reduction of Quality)分布式拒绝服务攻击方式,包括脉冲攻击,循环攻击,自消耗攻击和泛洪攻击。防御机制包括检测和响应机制。检测信号包括RTS/CTS包频率、信号干涉频率以及包重传次数。响应机制则依据显式拥塞通告标记和通知。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-28
  1.1 TCP 以及MANET 网络  10-14
  1.2 MANET 中TCP 面临的性能问题  14-16
  1.3 MANET 中TCP 的性能研究现状  16-26
  1.4 研究覆盖的内容  26
  1.5 论文的组织结构  26-28
2 MANET 中TCP 吞吐率性能  28-51
  2.1 TCP 吞吐率性能问题和分析  28-31
  2.2 TCP 吞吐率性能改进方案TCP-CD 及评价  31-37
  2.3 路由协议和移动模型对TCP 性能的影响  37-45
  2.4 TCP 吞吐率性能改进方案TCP-CDR 及评价  45-49
  2.5 小结  49-51
3 MANET 中TCP 稳定性  51-68
  3.1 TCP 稳定性问题和分析  51-57
  3.2 TCP 稳定性改进方案及评价  57-63
  3.3 隐藏终端对TCP 稳定性的影响  63-67
  3.4 小结  67-68
4 MANET 中TCP 公平性  68-86
  4.1 TCP 在异构网络中公平性分析  68-70
  4.2 TCP 在异构网络中公平性改进方案及评价  70-76
  4.3 TCP 在MANET 中公平性分析  76-83
  4.4 TCP 在MANET 中公平性改进方案及评价  83-85
  4.5 小结  85-86
5 影响TCP 性能的安全问题  86-98
  5.1 降低TCP 性能的RoQ DDoS 攻击  86-90
  5.2 防御措施  90-91
  5.3 模拟验证  91-97
  5.4 小结  97-98
6 总结  98-101
致谢  101-103
参考文献  103-113
附录1 攻读学位期间发表的学术论文目录  113-117
附录2 攻读学位期间参加的主要科研项目  117

无线移动Ad Hoc网络中TCP的性能研究

内容摘要

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