[发明专利]基于RTS/CTS机制的多跳无线网络拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及多跳无线网络(Multi-Hop Wireless Network)、RTS/CTS握手机制(RTS全称为Request-To-Send，CTS全称为Clear-To-Send)、网络拥塞控制(CongestionControl)及传输层控制协议(TCP)技术领域，具体涉及基于RTS/CTS握手机制的多跳无线网络拥塞控制方法。

背景技术

TCP(Transmission Control Protocol)最初是针对有线网络而设计的、面向连接的端到端的传输层控制协议，它采用基于窗口的拥塞控制机制，其主要目的是避免产生不合理的大量的网络流量。TCP假设所有数据包的丢失都是由于网络拥塞而引起的，并由此来判断网络的拥塞状况，进而来调节拥塞控制窗口。但这一假设在无线多跳网络已经被证明是不合理的，是造成网络性能下降的主要因素。

众周所知，在无线多跳网络中，除了由于网络拥塞而引起的数据包丢失以外，还有许多其它因素也会造成数据包损坏或丢失，如无线信道质量的不稳定性，节点的移动性以及能量供应的波动性等等。这些因素常常造成TCP层对网络的拥塞状况做出误判，并错误地触发了相应的拥塞控制机制来降低发送窗口，从而造成网络性能下降。

目前，人们已经提出了许多方法来改善TCP在无线多跳网络中的性能，大致可以分为以下两类。1)改进其它层的性能从而来降低上述因素对TCP所造成的影响；2)直接对TCP协议本身进行修改使其能更好地适应无线多跳网络的特性，比如提高对网络拥塞状况判断的精确度等。但这些方案的共同特点是它们没能摆脱原TCP网络拥塞控制方法的局限性。这样做虽然能降低安装的复杂度，并在一定程度改进了TCP的性能，但是没有从根本上解决问题，因而限制了网络性能的进一步提高，其原因如下。

如本文一开始所述，TCP主要是靠“推理”来确定网络的拥塞情况，而无法正确地掌握真实的网络拥塞情况；其次是TCP是端到端的，始终由源节点来控制拥塞，无论是拥塞发生前、发生时和发生后，总是慢半拍。要根本解决这些问题，必须从下层找出控制拥塞的方法。但传统上，这种方法的实施会相当复杂。基于RTS/CTS握手机制被广泛用来解决无线网络中的隐藏终端问题的这一事实，本发明巧妙地利用了RTS/CTS握手机制，提出一种简便有效的拥塞控制方法来解决多跳无线网络的拥塞控制问题。计算机仿真显示，当TCP运行在该方法所修改的IEEE 802.11MAC协议时，几乎能使TCP的有效吞吐量达到理论上的最大值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于RTS/CTS握手机制的多跳无线网络的拥塞控制方法。RTS全称为Request-To-Send，CTS为Clear-To-Send。本发明中用RTS/CTS来泛指具有下列特点的过程：(1)在一个节点向相邻节点发数据包前，须向这些节点发出请求；(2)只有当得到批准后，该请求节点才可以向批复节点发送数据包。为了达到上述目的，本发明包括能够传递控制拥塞信息的RTS/CTS握手机制和数据源节点(如TCP发送方)所用的数据流量控制方法。本发明通过如下技术方案实现：

基于RTS/CTS机制的多跳无线网络拥塞控制方法，所述拥塞是根据接收节点当前或将来某个时间的缓存被占用的状况来判断的：设L为接收节点缓存的最大容量，T为拥塞门限值，N为接收节点当前或将来某个时间的缓存被占用的量，且0＜T≤L，当N＜T时，没有拥塞；否则有拥塞；其特征在于包括：

发送节点向接收节点发送RTS时，在接收节点认为自己周围没有隐藏终端的情况下，如果接收节点没有足够的缓存空间来接收发送节点请求发送的数据，则接收节点通过发回一个fCTS(Future CTS)给RTS发送方，所述fCTS的内容包括该RTS发送方能发送数据包的信号或未来时间点；

所述RTS发送方接收到fCTS后，按fCTS的内容所指定的条件发送数据包。

上述方法中，所述fCTS的内容还包括所述RTS发送方能发送数据包的数量。

上述方法中，每个节点需要预留缓存空间用于避免死锁情况发生，所述死锁情况是指一已拥塞的节点需要向另一拥塞的节点发送数据来解除本身的拥塞状况：

如果某个节点刚刚发出所述fCTS或nCTS(Negative CTS)，然后又发出RTS，该RTS的接收节点周围如果没有隐藏终端，则必须向该RTS的发送方返回CTS，所述nCTS用来通知RTS的发送方不要进行任何数据发送。