擁塞控制TCP(Transport Congestion Protocol)[1]協(xié)議根據(jù)不同的環(huán)境狀態(tài)改變cwnd（congestion window）值，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有TCP協(xié)議雖應(yīng)用廣泛，但對于復(fù)雜無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如：基于多跳無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多路數(shù)據(jù)流傳輸?shù)?，其在擁塞判斷和決策處理上，易使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)傳播延遲過大、帶寬利用率低、競爭擁塞等情況[2]，其主要原因在于擁塞判斷方式單一、cwnd變化方式不合理等。參考文獻[3]證明雖然TCP協(xié)議會造成一定的競爭擁塞，但MAC層的二進制指數(shù)回退機制造成的競爭擁塞更為嚴重。
    針對以上問題，參考文獻[4]對往返時延進行壓擴，動態(tài)改變加性因子大小。參考文獻[5]根據(jù)前向鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)對TCP擁塞窗口增長速率進行控制。參考文獻[6]采用一種類似學(xué)習(xí)的TCP思想，對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行學(xué)習(xí)，反饋動作作用后，智能地選擇加性因子大小。參考文獻[4-6]都忽略了擁塞控制協(xié)議中，乘性因子對網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的影響。參考文獻[7]在高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用下給出了一種學(xué)習(xí)擁塞控制算法，有效提升TCP協(xié)議在快速網(wǎng)絡(luò)下的性能，但須對接收端、發(fā)送端以及路由都進行改進，實施性不強。本文提出一種基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的cwnd和CW(Collision Window)因子動態(tài)學(xué)習(xí)算法-RFTCP。通過對網(wǎng)絡(luò)帶寬表征量的進一步學(xué)習(xí)、探索和利用,動態(tài)設(shè)計cwnd和CW值變化方式,最終提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。
1 RFTCP設(shè)計
    RFTCP算法整體思想框圖如圖1所示，算法主要對TCP層擁塞控制的加性和乘性因子以及MAC層的CW因子進行動態(tài)變化。

1.1 加性因子策略
    在無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，RTT值動態(tài)變化特性大，且與網(wǎng)絡(luò)負荷成正相關(guān)。RTT增大時，AI協(xié)議應(yīng)采取更為有效的措施，既提升網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，又盡量避免擁塞?；诖?，本文在AI階段進一步分析RTT，動態(tài)決定加性因子大小。
  
1.2 乘性因子策略
    針對MD協(xié)議僅依靠重復(fù)ACK判斷擁塞,且減半cwnd值不能更好地反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的問題。本文將MD階段視為一個有限狀態(tài)的離散馬爾科夫決策過程(Markov Decision Processes),利用強化學(xué)習(xí)策略，對無線信道帶寬特性進一步學(xué)習(xí)，動態(tài)改變cwnd乘性因子，從而充分利用帶寬、提高網(wǎng)絡(luò)總體性能。

式(7)中，sumcn代表網(wǎng)絡(luò)中此時競爭擁塞節(jié)點數(shù)據(jù)流的總數(shù)，MTUTCP指TCP層的最大傳輸數(shù)據(jù)單元，SlotTime代表一個單位回退時間間隔。
2 算法實現(xiàn)
    根據(jù)上述分析，基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的TCP增強算法RFTCP如算法1所示。
    算法1 RFTCP工作機制

3.2 多跳鏈式網(wǎng)絡(luò)下RFTCP性能分析
    場景二為鏈式傳輸網(wǎng)絡(luò)，運動過程中節(jié)點分布如圖5所示，節(jié)點間傳輸距離為150 m，運動過程中各節(jié)點依次按n5移動路徑運動并保持鏈式隊形,場景大小為1 500 m×1 500 m。

3.3 多跳鏈式網(wǎng)絡(luò)下多路數(shù)據(jù)流公平性分析
    場景三對改進協(xié)議RFTCP在多路數(shù)據(jù)流通信中的競爭性進行分析。在仿真開始10 s建立TCP流1，在[10，20] s內(nèi)的隨機時刻建立TCP數(shù)據(jù)流2。圖7表示RFTCP與Newreno數(shù)據(jù)流之間的友好性。仿真結(jié)果表明，改進協(xié)議流能夠與現(xiàn)有TCP協(xié)議流友好共存而避免單方面爭用信道資源。圖8表示在無線多跳網(wǎng)絡(luò)中建立兩路同種TCP數(shù)據(jù)流，利用式(8)[10]所述的Jain’s公平性索引，衡量協(xié)議公平性。其中，n代表數(shù)據(jù)流個數(shù)，ri代表第i個數(shù)據(jù)流的帶寬。RFTCP的公平百分比能達到99.25%，比Newreno提升10%左右。
  

    隨著Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益發(fā)展，現(xiàn)有TCP協(xié)議不能滿足其復(fù)雜性、動態(tài)性的需求。本文提出一種cwnd自適應(yīng)動態(tài)變化算法RFTCP，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)吞吐量跨層調(diào)整CW因子，通過與現(xiàn)有版本TCP-Newreno在三種傳輸模型上進行多次仿真比較。結(jié)果表明，改進協(xié)議RFTCP在傳播延遲、吞吐量、公平性等方面都明顯優(yōu)于Newreno。
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