基于认知无线电网络的TCP协议的改进方案
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ｌｓ ａｅ ｏ ｓｒ ｔ ．Ｆｉ ａｌ ，ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｆｔ ａ ｉｉｎ ｌ ｎｌ ｙ ｃ ｏ ｄ ｎ Ｏ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍｓ ｏ ｒ ｄｔｏ ａ ＴＣＰ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｏ ｔ ｏ ｎ ｃ ｇ ｉｉｅ ｗｉｅｅ ｓ ｎ ｔ ｒ ，ａ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ｏ ｇ ｓｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ｌ ｓ ｅ ｗｏ ｋ ｍｐ ｏ ｅ — ｖ
（ ０ ０ ０ 、ＫＪ０ ５ ７ ；重 庆 大 学 研 究 生 创 新 基 金 项 目 （０ ９４ Ａ０ １ ３６ ；重 庆 邮 电大 学 青 年 教 师 基 金 项 目 （ ０ ８２ ） ＫＪ ９ ５ ２ １０ １ ） ２ ０ ０ Ｂ１ ０ ０ ０ ） Ａ２ ０—８
作者简 介：徐 昌彪 （９２一 ，男 ，贵州思南人 ，博士，教授 ，研究 方向为计算 机网络技术、认知无线 电；王精华 （９ ６ ） １７ ） １８ 一 ，男 ，辽宁大石桥
一
种 跨 层 优 化 ＴＣ ｓｗｏ ｄ的 改进 算 法 ，称 为 ＴＣ － Ｒ。该 算 法 区分 网 络 拥 塞 导 致 的 超 时 和切 换 所 导 致 的 超 时 ， 同 时 针 Ｐ Ｗｅｔ ｏ ＰＣ
对 不 同 轻 度 拥 塞 进 行 不 同 的恢 复 策 略 。ｎ一 仿 真 结 果 表 明 ，Ｔ ＰＣ 可 以 减 少 Ｔ Ｐ 的 平 均 慢 启 动 次 数 ，吞 吐 量 比 传 统 的 ｓ２ Ｃ ＿Ｒ Ｃ
ｒ ｈ ｔｃｏ ｒ ｓ ａ ｅ ｐ ｉ ｚ ｄ ｔ ｅ ＴＣＰ Ｗ ｅ ｔ ｏ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ｍｅ ｉ ｆｃ ｏ ｓ ｌｙ ｒ ｏ ｔ ｔ ｍｉｅ ｈ ｓ ｗｏ ｄ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ，ｗｈ ｃ ａ ｌｄ ＴＣ Ｃ ｓ ｉｈ ｃ ｌ Ｐ－ Ｒ．Ｔｈ ｓａ ｇ ｒｔ ｍ ｉｔ ｇ ｉｈ ｈ ｖ ｒ ｅ ｉ ｌ ｏ ｉ ｈ ｄｓｉ ｕｓ ｓｔ ｅｏ ｅ — ｎ ｔ ｆ ｅ ｗｏ ｋ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｔｈ ｎ ｉ Ｏ ｔ ｒ ｏ ｇ ｓ ｉ ｎ ｗｉ ｉ ｇ，ａ ｄ ｕ ｅ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｒ ｃ ｖ ｒ ｔａ ｅ ｙ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｉ ｏ ｇ ｓｉ ｎ ｍｅ ｎ ｏ ｃ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｙ ｓ ｒ ｔ ｇ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｌ ｃ ｎ ｅ ｔ ．Ｕｓｎ ｆ ｆ ｍ ｄ ｏ ｉｇ
ｗＲ ｎ 于 Ｔ Ｐ Ｒ ｎ ｅｏ对 Ｃ ｅｏ的 主 要 改 进 在 于 区 分 了 部 分 应 答 和 完 全应 答 ． 与 Ｔ Ｐ Ｒ ｎ Ｃ ｅｏ收 到 非 重 复 应 答 即 退 出 快 速 恢 复 阶 段不 同 ，ＴＣ ｗ ｎ Ｐ Ｎｅ Ｒｅｏ只有 在 收到 完 全 应 答 时 才 会 退 出 快速恢复进入拥塞避免阶段。 Ｔ ＰＳ Ｃ Ｍ． Ｍａｈｓ 在 １９ 年 提 出 了 Ｔ ＰＳ Ｃ Ｃ Ａ Ｋ ｔｉ 等 ９５ Ｃ Ａ Ｋ
的政策 ，考虑功率／ 信道分配共 同来 提高改进吞 吐量 。文献 ［ ２研究在 Ｃ － ７ Ｒ网络 中感 知吞 吐量 的权衡 问题 。虽然许 多
人在研究 Ｃ Ｒ网络 ，他 们大 多认 为检测 的有 效性 和频 谱利
・
３６ ・ ６８
计算机 工程 与设 计
２１ 年 ０２
谱 的策略被提 出。在文献 ［ ］ 中，提 出一个博 弈的动态频 ４ 谱共享框架 ，分析 了网络 用户 的行为 和有效 的动 态分配设 计 。在文献 ［ ］中 ３种不 同的频谱共享 模型被 提出来满 足 ５ 频谱 买方 和频谱卖 方之间的交易 。文献 ［］ 提出频谱共 享 ６
Ｔ ＰＷ ｅｔ ｏ Ｃ ｓ ｗｏ ｄ显 著 提 高 。增 强 了 对认 知 无 线 网络 环 境 的 适 应 性 ，从 而提 高 了 网 络 的 性 能 。
关 键 词 ：认 知 无 线 电 网络 ；拥 塞 窗 口 ；超 时 ；吞 吐 量 中 图法 分 类 号 ：Ｔ ３ ２ ７ 文 献 标 识 号 ：Ａ 文章 编 号 ： ０ ０７ ２ （ ０２ １ ６ ７０ Ｐ ０ ． １ ０ —０ ４ ２ １ ） ０３ ６—６
２１ 年 １ ０２ ０月
计算机 工程 与设 计
ＣＯＭ Ｐ ＴＥＲ Ｕ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＡＮＤ ＤＥＳ ＧＮ Ｉ
பைடு நூலகம்
Ｏｃ ．２ １ ｔ Ｏ２ Ｖｏ ． ３ Ｎｏ １ １３ ．０
第３卷 ３
第 １ 期 Ｏ
基 于 认 知 无 线 电网 络 的 Ｔ Ｐ协 议 的 改进 方 案 Ｃ
ｒ ｔ ａ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ａ ｔｙ ｔ ａ ｈ ｒ ｄｔｏ ａ ａ ｅｃ ｎ ｉ ｒ ａ ｅｓｇ ｉｉ ｎ ｌ ｈ ｎ ｔ ｅｔ ａ ｉ ｎ ｌ ｎ ｃ ｉ ＴＣＰ Ｗ ｅ ｔ ｏ ．Ｔｈ ｌｏ ｉｈ ｓ ｒ ｎ ｔ ｅ ｈ ｄ ｐ ａ ｉ ｔ ｆ ｏ ｎ ｔ ｅｗｉｅｅ ｓ ｓｗｏ ｄ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｔｅ ｇ ｈ ｎ ｔ ｅａ ａ ｔ ｂ ｌ ｙｏ ｇ ｉｉ ｒ ｌｓ ｉ ｃ ｖ ｎ ｔ ｒ ｎ ｉ ｎ ｎ ｎ ｅ ｗｏ ｋ ｅ ｖ ｒ ｍｅ ｔａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｗｏ ｋ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ． ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ
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接人 的机 会 是 通 过 感 知 得 到 。文 献 ［］ 提 出 优 化 的 频 谱 感 ２
知策略来最大化吞吐量 。在文献 ［］ 中有 效 的发 现空 闲频 ３
收稿 日期 ：２ １ Ｏ１ ；修 订 日期 ：２ １ ２２ ０ 卜１一５ ０ １１—８
基金 项 目：国家 自然 科学 基金 项 目 （ ０ ７ ０ ８ ；重 庆 市 自然科 学基 金 项 目 （ Ｓ ６９２６） Ｃ ＴＣ，２ １Ｂ ２ ４ ） ０ １ Ｂ １ ４ ；重庆 教委 科学 技术 研究 基 金项 目
权 频 段 上 。一 个 具 有 认 知 能 力 的设 备 可 以感 知 周 围无 线 电
动态频谱接入 ，次用 户可 以使用无 线通 信 系统 中的授权 频
段 。鉴于次用户有 较低 的优先 权 ，要求 避免对 邻近 的主 用 户产生干扰 。在一 定 的时 间和 空 间次 用户 使用 授 权频 段 ，
徐 昌彪 ，王 精 华 鲜永 菊 ， ，张 磊。
（ ．重 庆 邮 电大 学 通信 与信 息工程 学 院 ，重 庆 ４ ０ ６ ； １ ０ ０ ５ ２ ．杭 州 电子科 技 大 学 通信 工程 学 院，浙 江 杭 州 ３ ０ １ ） １ ０ ８
摘 要 ：首 先 搭 建 认 知 无 线 电 网 络 环 境 ， 在 该 网 络 下 分 析 Ｔ Ｐ Ｒ ｎ 、ＴＣ ｗ ｅｏ Ｔ Ｐ Ｓｃ １ Ｔ Ｐ Ｖｅａ 、 Ｔ Ｐ Ｃ ｅｏ Ｐ Ｎｅ ｒｎ 、 Ｃ ａｋ 、 Ｃ ｇ ｓ Ｃ Ｗ ｅｔ ｏ ｄ协 议 的 性 能 包括 拥 塞 窗 口 、平 均吞 吐 量 、 丢 包率 。 针 对 传 统 ＴＣ ｓｗ ｏ Ｐ拥 塞 控 制 在 认 知 无 线 网络 中存 在 的 问 题 ，提 出
（ ．Ｃ ｌｇｅｏ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ Ｉ ｆｒ ｔ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｄ ｐ ｒ ｎ ，Ｃ ｏ ｇｑｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｓｓａ ｄ Ｔ ｌ ｏ １ ｏｌ ｆ ｅ ｏ Ｃ ｎｃ ｉ ｎ ｎ ｏ ｍａｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｅ ａ ｔ ａｏ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｎ ｉ ｇ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｔ ｅｅ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ， ｔ Ｐｏ ｎ ｃ ｎｃ ｉ ｓ ａ ｏ
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环境和适 当的调 整 操作 在物 理 层 和数据 链 路层 的参 数［ 。 １ ｊ
频谱管理 方 式 ，且 容 量 固定 又有 限，频 谱 的利 用率 极 低 。
而另一方 面某 些频段 承 载 的业 务量 却很 大 。认 知无线 电是 采用动态分 配 的方式 ，感 知周 围环境 ，获得 信息 调整 传输 参数和适应环境 。认 知无线 电 （ Ｒ）允许 次用 户操作 在授 Ｃ
Ｃｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ５ ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ ６ ，Ｃｈｎ ；２ ｉａ ．Ｃｏｌｇ ｆＣｏ ｌ ｅｏ ｍｍｕ ｉａｉｎ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ Ｄｉｎ ｉ ｉｅ ｓｔ ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ ３ ０ １ ｅ ｎ ｃｔｏ ｎ ｚ ｏ ａ ｚ Ｕｎｖ ｒｉｙ ｎ ｚ ｏ １ ０ ８，Ｃｈｎ ） ｉａ
０ 引 言
频谱 资源是珍 贵 的、数量 有 限的无线 电资源 之一 ，由
国家 相 关 部 门 统 一 分 配 、 管 理 、授 权 使 用 。授 权 使 用 静 态
例 如 次 用 户 可 以 根 据 外 界 环 境 重 新 构 建 操 作 频 段 、调 制 方
式 、解调传输功率 、帧大小等 。 动态频谱接 入是 Ｃ Ｒ技术 的一 个重 要应 用之 一 。使 用
人 ，硕 士研 究 生 ，研 究 方 向为 认 知无 线 环 境 下 ＴＣ Ｐ性 能 改 进 ；鲜 永 菊 （９ ３ ） １７ 一 ，女 ， 四川 南 部 人 ，博 士研 究 生 ，副 教 授 ，研究 方 向 为无 线 网
络传输与接入技术 ；张磊 （９ ７ ） １８ 一 ，男 ，河南南阳人 ，硕士研究生 ，研究方向为移动通信、认知无线电。Ｅｍａ ： ４ ３ ｎ ＠１ ３ ｃｗ － ｉ ０ ４ ｗａ ｇ ６ －ｏ ｌ ｌ
（ ０ ０ ０ 、ＫＪ０ ５ ７ ；重 庆 大 学 研 究 生 创 新 基 金 项 目 （０ ９４ Ａ０ １ ３６ ；重 庆 邮 电大 学 青 年 教 师 基 金 项 目 （ ０ ８２ ） ＫＪ ９ ５ ２ １０ １ ） ２ ０ ０ Ｂ１ ０ ０ ０ ） Ａ２ ０—８
作者简 介：徐 昌彪 （９２一 ，男 ，贵州思南人 ，博士，教授 ，研究 方向为计算 机网络技术、认知无线 电；王精华 （９ ６ ） １７ ） １８ 一 ，男 ，辽宁大石桥
一
种 跨 层 优 化 ＴＣ ｓｗｏ ｄ的 改进 算 法 ，称 为 ＴＣ － Ｒ。该 算 法 区分 网 络 拥 塞 导 致 的 超 时 和切 换 所 导 致 的 超 时 ， 同 时 针 Ｐ Ｗｅｔ ｏ ＰＣ
对 不 同 轻 度 拥 塞 进 行 不 同 的恢 复 策 略 。ｎ一 仿 真 结 果 表 明 ，Ｔ ＰＣ 可 以 减 少 Ｔ Ｐ 的 平 均 慢 启 动 次 数 ，吞 吐 量 比 传 统 的 ｓ２ Ｃ ＿Ｒ Ｃ
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的政策 ，考虑功率／ 信道分配共 同来 提高改进吞 吐量 。文献 ［ ２研究在 Ｃ － ７ Ｒ网络 中感 知吞 吐量 的权衡 问题 。虽然许 多
人在研究 Ｃ Ｒ网络 ，他 们大 多认 为检测 的有 效性 和频 谱利
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３６ ・ ６８
计算机 工程 与设 计
２１ 年 ０２
谱 的策略被提 出。在文献 ［ ］ 中，提 出一个博 弈的动态频 ４ 谱共享框架 ，分析 了网络 用户 的行为 和有效 的动 态分配设 计 。在文献 ［ ］中 ３种不 同的频谱共享 模型被 提出来满 足 ５ 频谱 买方 和频谱卖 方之间的交易 。文献 ［］ 提出频谱共 享 ６
Ｔ ＰＷ ｅｔ ｏ Ｃ ｓ ｗｏ ｄ显 著 提 高 。增 强 了 对认 知 无 线 网络 环 境 的 适 应 性 ，从 而提 高 了 网 络 的 性 能 。
关 键 词 ：认 知 无 线 电 网络 ；拥 塞 窗 口 ；超 时 ；吞 吐 量 中 图法 分 类 号 ：Ｔ ３ ２ ７ 文 献 标 识 号 ：Ａ 文章 编 号 ： ０ ０７ ２ （ ０２ １ ６ ７０ Ｐ ０ ． １ ０ —０ ４ ２ １ ） ０３ ６—６
２１ 年 １ ０２ ０月
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ＣＯＭ Ｐ ＴＥＲ Ｕ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＡＮＤ ＤＥＳ ＧＮ Ｉ
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第３卷 ３
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收稿 日期 ：２ １ Ｏ１ ；修 订 日期 ：２ １ ２２ ０ 卜１一５ ０ １１—８
基金 项 目：国家 自然 科学 基金 项 目 （ ０ ７ ０ ８ ；重 庆 市 自然科 学基 金 项 目 （ Ｓ ６９２６） Ｃ ＴＣ，２ １Ｂ ２ ４ ） ０ １ Ｂ １ ４ ；重庆 教委 科学 技术 研究 基 金项 目
权 频 段 上 。一 个 具 有 认 知 能 力 的设 备 可 以感 知 周 围无 线 电
动态频谱接入 ，次用 户可 以使用无 线通 信 系统 中的授权 频
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徐 昌彪 ，王 精 华 鲜永 菊 ， ，张 磊。
（ ．重 庆 邮 电大 学 通信 与信 息工程 学 院 ，重 庆 ４ ０ ６ ； １ ０ ０ ５ ２ ．杭 州 电子科 技 大 学 通信 工程 学 院，浙 江 杭 州 ３ ０ １ ） １ ０ ８
摘 要 ：首 先 搭 建 认 知 无 线 电 网 络 环 境 ， 在 该 网 络 下 分 析 Ｔ Ｐ Ｒ ｎ 、ＴＣ ｗ ｅｏ Ｔ Ｐ Ｓｃ １ Ｔ Ｐ Ｖｅａ 、 Ｔ Ｐ Ｃ ｅｏ Ｐ Ｎｅ ｒｎ 、 Ｃ ａｋ 、 Ｃ ｇ ｓ Ｃ Ｗ ｅｔ ｏ ｄ协 议 的 性 能 包括 拥 塞 窗 口 、平 均吞 吐 量 、 丢 包率 。 针 对 传 统 ＴＣ ｓｗ ｏ Ｐ拥 塞 控 制 在 认 知 无 线 网络 中存 在 的 问 题 ，提 出
（ ．Ｃ ｌｇｅｏ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ Ｉ ｆｒ ｔ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｄ ｐ ｒ ｎ ，Ｃ ｏ ｇｑｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｓｓａ ｄ Ｔ ｌ ｏ １ ｏｌ ｆ ｅ ｏ Ｃ ｎｃ ｉ ｎ ｎ ｏ ｍａｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｅ ａ ｔ ａｏ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｎ ｉ ｇ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｔ ｅｅ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ， ｔ Ｐｏ ｎ ｃ ｎｃ ｉ ｓ ａ ｏ
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环境和适 当的调 整 操作 在物 理 层 和数据 链 路层 的参 数［ 。 １ ｊ
频谱管理 方 式 ，且 容 量 固定 又有 限，频 谱 的利 用率 极 低 。
而另一方 面某 些频段 承 载 的业 务量 却很 大 。认 知无线 电是 采用动态分 配 的方式 ，感 知周 围环境 ，获得 信息 调整 传输 参数和适应环境 。认 知无线 电 （ Ｒ）允许 次用 户操作 在授 Ｃ
Ｃｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ５ ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ ６ ，Ｃｈｎ ；２ ｉａ ．Ｃｏｌｇ ｆＣｏ ｌ ｅｏ ｍｍｕ ｉａｉｎ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ Ｄｉｎ ｉ ｉｅ ｓｔ ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ ３ ０ １ ｅ ｎ ｃｔｏ ｎ ｚ ｏ ａ ｚ Ｕｎｖ ｒｉｙ ｎ ｚ ｏ １ ０ ８，Ｃｈｎ ） ｉａ
０ 引 言
频谱 资源是珍 贵 的、数量 有 限的无线 电资源 之一 ，由
国家 相 关 部 门 统 一 分 配 、 管 理 、授 权 使 用 。授 权 使 用 静 态
例 如 次 用 户 可 以 根 据 外 界 环 境 重 新 构 建 操 作 频 段 、调 制 方
式 、解调传输功率 、帧大小等 。 动态频谱接 入是 Ｃ Ｒ技术 的一 个重 要应 用之 一 。使 用
人 ，硕 士研 究 生 ，研 究 方 向为 认 知无 线 环 境 下 ＴＣ Ｐ性 能 改 进 ；鲜 永 菊 （９ ３ ） １７ 一 ，女 ， 四川 南 部 人 ，博 士研 究 生 ，副 教 授 ，研究 方 向 为无 线 网
络传输与接入技术 ；张磊 （９ ７ ） １８ 一 ，男 ，河南南阳人 ，硕士研究生 ，研究方向为移动通信、认知无线电。Ｅｍａ ： ４ ３ ｎ ＠１ ３ ｃｗ － ｉ ０ ４ ｗａ ｇ ６ －ｏ ｌ ｌ