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(duì)于復(fù)雜無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如：基于多跳無(wú)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(guò)大、帶寬利用率低、競(jìng)爭(zhēng)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(xiàn)[3]證明雖然TCP協(xié)議會(huì)造成一定的競(jìng)爭(zhēng)擁塞，但MAC層的二進(jìn)制指數(shù)回退機(jī)制造成的競(jìng)爭(zhēng)擁塞更為嚴(yán)重。
    針對(duì)以上問(wèn)題，參考文獻(xiàn)[4]對(duì)往返時(shí)延進(jìn)行壓擴(kuò)，動(dòng)態(tài)改變加性因子大小。參考文獻(xiàn)[5]根據(jù)前向鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)對(duì)TCP擁塞窗口增長(zhǎng)速率進(jìn)行控制。參考文獻(xiàn)[6]采用一種類(lèi)似學(xué)習(xí)的TCP思想，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行學(xué)習(xí)，反饋動(dòng)作作用后，智能地選擇加性因子大小。參考文獻(xiàn)[4-6]都忽略了擁塞控制協(xié)議中，乘性因子對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的影響。參考文獻(xiàn)[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(duì)接收端、發(fā)送端以及路由都進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)施性不強(qiáng)。本文提出一種基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的cwnd和CW(Collision Window)因子動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)算法-RFTCP。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬表征量的進(jìn)一步學(xué)習(xí)、探索和利用,動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(jì)
    RFTCP算法整體思想框圖如圖1所示，算法主要對(duì)TCP層擁塞控制的加性和乘性因子以及MAC層的CW因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化。

1.1 加性因子策略
    在無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，RTT值動(dòng)態(tài)變化特性大，且與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷成正相關(guān)。RTT增大時(shí)，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(jìn)一步分析RTT，動(dòng)態(tài)決定加性因子大小。
  
1.2 乘性因子策略
    針對(duì)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(wèn)題。本文將MD階段視為一個(gè)有限狀態(tài)的離散馬爾科夫決策過(guò)程(Markov Decision Processes),利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)策略，對(duì)無(wú)線信道帶寬特性進(jìn)一步學(xué)習(xí)，動(dòng)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(shí)競(jìng)爭(zhēng)擁塞節(jié)點(diǎn)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(gè)單位回退時(shí)間間隔。
2 算法實(shí)現(xiàn)
    根據(jù)上述分析，基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的TCP增強(qiáng)算法RFTCP如算法1所示。
    算法1 RFTCP工作機(jī)制

3.2 多跳鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)下RFTCP性能分析
    場(chǎng)景二為鏈?zhǔn)絺鬏斁W(wǎng)絡(luò)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中節(jié)點(diǎn)分布如圖5所示，節(jié)點(diǎn)間傳輸距離為150 m，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各節(jié)點(diǎn)依次按n5移動(dòng)路徑運(yùn)動(dòng)并保持鏈?zhǔn)疥?duì)形,場(chǎng)景大小為1 500 m×1 500 m。

3.3 多跳鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)下多路數(shù)據(jù)流公平性分析
    場(chǎng)景三對(duì)改進(jìn)協(xié)議RFTCP在多路數(shù)據(jù)流通信中的競(jìng)爭(zhēng)性進(jìn)行分析。在仿真開(kāi)始10 s建立TCP流1，在[10，20] s內(nèi)的隨機(jī)時(shí)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(jìn)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(zhēng)用信道資源。圖8表示在無(wú)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(gè)數(shù)，ri代表第i個(gè)數(shù)據(jù)流的帶寬。RFTCP的公平百分比能達(dá)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(dòng)態(tài)性的需求。本文提出一種cwnd自適應(yīng)動(dòng)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(guò)與現(xiàn)有版本TCP-Newreno在三種傳輸模型上進(jìn)行多次仿真比較。結(jié)果表明，改進(jìn)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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