[发明专利]一种无线局域网络下跨层减少TCP重复应答方法

说明书

技术领域  无线局域网络下跨层减少TCP重复应答方法属于无线通信网络技术领域

背景技术

传输控制协议(TCP)是因特网上应用极其普遍的一种重要的传输层协议，提供了面向连接的、可靠的数据流服务。它已经成为因特网上用于保证传输可靠性的事实标准，几乎被所有需要可靠性支持的数据通信应用所使用。当今Internet的可靠性和稳定性均与TCP协议的性能密不可分。

随着无线局域网的普及，大量的多媒体数据应用在无线终端上，而多媒体应用中，尤其以TCP应用为主。目前无线局域网传输可靠数据还是采用的传统TCP协议，而传统TCP并不能很好的表征无线局域网的网络特点，因为传统TCP本身是专为有线网络设计的。传统TCP在无线局域网上进行传输的特征之一是MAC层和传输层的重复应答。每个在无线局域网上传输的TCP数据段的设备先后会收到MAC层和传输层的应答，它们分别为MAC ACK和TCP ACK。虽然重复应答开销较传输数据帧小，但是它们占用了宝贵的信道系统资源，会对系统的吞吐量性能有较大的影响。如果在IEEE 802.11b下行传输中，去掉TCP ACK单独传递MACACK，系统传输相同数据所用时间会节约25％以上。所以降低TCP重复应答以此来提高TCP性能是非常有必要的。

现有的减少TCP重复应答方法有如下几种：

第一种方法是在接入点(AP)处集成TCP ACK代理算法和自动调整退避算法。其中TCPACK代理算法是将TCP ACK代理程序安装在无线局域网AP中，由AP代理无线终端发送TCP ACK给服务器。这种方法可抑制无线局域网内的上行TCP ACK。自动调整退避算法减少了在多信道接入协议下，当无线局域网的流量负载主要是由AP产生时的长时间退避等待。这两个算法结合后的性能比标准的IEEE 802.11协议有较大提高，尤其在TCP吞吐量方面提高50％以上。

第二种方法是采用跨层设计的思路解决不能在无线终端有效传递TCP建议窗口的问题，采用的是延迟ACK的办法：通过AP监听发送端发过来的TCP数据，存储TCP的序号字段，然后转发给无线终端，无线终端收到数据之后立即转发到TCP层，MAC层在接收到TCP层的回复后，将存储TCP头信息，并把它封装成MAC ACK的负载发送给AP。AP通过检查接收到无线终端的MAC ACK的负载(TCP头)的信息，并保存TCP头用于本地代理无线终端对发送端发送TCP ACK。这种方法有以下不足：一是无线终端给AP传送的MAC ACK负载携带的是整个TCP头信息(20字节)，占用较多的无线终端存储资源和增加了负载长度，浪费了宝贵的信道资源；二是AP发送TCP ACK给发送端时，是按普通的TCP ACK方式进行发送，组帧有较多冗余信息，浪费了系统资源和处理时间。

另一种减少无线信道的TCPACK的重复应答的跨层方案，是通过无线终端抑制TCPACK回复和在AP生成TCPACK代替无线终端进行回复实现。但是该方法只能计算自己接收到发送端的TCP数据对应的拥塞控制信息，对于AP传送TCP数据到无线终端后，无线终端实际接收TCP数据的能力，AP并不能传递给发送端；并且该方法只是一个思路，并没专门针对具体的无线协议进行完整系统设计，缺乏一定的可实现性。

针对以上问题，提出了专门针对无线局域网(IEEE 802.11系列)协议的跨层减少TCP重复应答方法。

发明内容

典型有线无线混合网络传输TCP数据场景如图1所示。服务器1通过以太网和无线接入点(AP)2进行链接，AP通过无线局域网和无线终端3进行链接。无线终端3从有线网络的服务器1下载TCP数据。

在AP接收到服务器1的TCP数据之后，在AP内缓存服务器1发送给无线设备3的TCP头和IP头局部数据，存储在AP内，缓存的数据帧如图2所示，包括TCP头部的头序号(4字节)、协议域(0.5字节)和IP头的头长度(4字节)和需要发送的目的地址(4字节)。其具体操作流程图如图3所示。

无线终端3接收到AP的数据之后的处理流程见图4。MAC头帧控制域TCP ACK状态是通过MAC头帧控制域保留的类型和子类型进行区分，其标识规则见图5。

无线终端3完成数据的处理之后，发送数据给AP，AP接收到无线终端数据的操作流程如图6所示。

通过本方法，可以减少混合网络的TCP重复应答，由原来的两次重复应答MAC ACK和TCP ACK减少为一次应答MAC ACK。

附图说明

图1：有线无线混合网络下跨层减少TCP ACK应用拓扑