《高级无线网络—4G技术》——1.2 协议增强器-阿里云开发者社区

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《高级无线网络—4G技术》——1.2 协议增强器

简介:

本节书摘来自异步社区《高级无线网络—4G技术》一书中的第1章,第1.2节,作者: 【芬】Savo G. Glisic 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.2 协议增强器

如图1.2所示,协议增强器为4G网络中的一个重构单元。它是一个软件或硬件模块并能显著改善协议性能。该增强器可以放置于网络或终端系统的任何位置,并可以独立运行(单单元增强器)或与其他协议增强器相互协作(多单元增强器)。协议增强器为现有的协议自适应技术(如协议转焕)提供了一种可选架构。协议增强器可以支持代理,代理本身不是一个协议。它可以添加、删除或延迟协议消息,但不可以产生、终止和转换协议。一个多单元协议增强器可以定义新的协议消息并在其之间相互交换,但这些协议是由协议增强器的单元产生和终止的,且在增强器外部是不可见和无意义的。图1.7所示给出了通用双单元增强器的信息流过程。协议增强器对于被增强的协议而言是透明的。因此,消除协议增强器不能阻止端到端的通信,即不能像去除通信一端那样终止通信(例如,传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)包头压缩单元[13])。下面将给出协议增强器的例子。


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1.2.1 用户数据报协议(UDP)的单元差错检测增强器
UDP的包头中有一个16位的可选校验字段。如果它包含0值,则意味着该校验和不是通过信源计算得到的。在可靠的局域网中,校验和的计算或许是种浪费。但另一方面,如果出现差错,则校验和可以显著提高数据的完整性。发射机传送没有计算校验和的数据到本地或远端的目的端。对于可靠的本地通信而言,该过程节省了校验和的计算(在信源和目的端)。对于广域通信而言,单元差错检测增强器计算出校验和并将其放入UDP的包头。该增强器既可以被置于信源主机(在UDP层下),也可以被置于网关设备中。

1.2.2 传输控制协议(TCP)的单元ACK压缩增强器
在信道速率不对称的系统中,如广播卫星系统,前向(数据)信道可能比反向(应答,ACK)信道快得多。在这样的系统中,许多TCP应答信号需要排队等待,增加了往返时间,从而在给定TCP窗口大小的系统中降低了传输速率。TCP中累积ACK的本质意味着任何ACK应答消息至少与任一早期的ACK具有同样多的数据字节。因此,如果多个ACK消息在队列中,只需要保存最近到达的ACK即可。一种简单的ACK压缩增强器可以确保对于每个TCP连接,队列中只存在一个ACK消息(更复杂的ACK压缩增强器允许复制的ACK消息通过,并可以使TCP发送设备对于网络拥塞状况有一个更好的了解)。增强器能够减小ACK延时,并在给定窗口大小的情况下允许更高速传输,因此改善了协议的性能。

1.2.3 TCP的单元拥塞控制增强器
拥塞控制通过在网络出现拥塞时降低信源传输速率的方法减少缓存溢出丢失。TCP发送设备通过检测TCP接收设备传送的ACK来推测网络拥塞状况信息。若发送设备检测到具有相同序列号的多个ACK,则它认定网络拥塞已经引起数据丢失。若在子网络中检测到拥塞,则拥塞控制增强器会人为地复制ACK信息。此时,TCP接收设备认为网络中由于拥塞产生了数据丢失,从而减小窗口的大小来减少输入网络的数据量。

1.2.4 TCP的单元自动重传请求(ARQ)增强器
没有收到接收端应答信息或者超出重传规定时间即认为信息丢失,TCP采用ARQ技术重传丢失的信息数据。假定网络如图1.7所示(除了增强器B不存在),则用于TCP的ARQ增强器负责:(1)缓存从主机Y发送的包;(2)若发现来自主机X的重复应答,且缓存中有下一个包,则删除应答信息并重传下一个包(因为此时必然在增强器和主机X之间丢失了包);(3)删除由主机Y重传并已被主机X应答的包。ARQ增强器通过缩短重传路径以改善系统性能。一个典型的应用为主机X在无线网络中而增强器在有线网络与无线网络的接口处。

1.2.5 TCP/IP的前向擦除修正增强器
对于许多实时业务和多播应用,需要前向纠错编码。双单元前向纠错(FEC)增强器采用包前向纠错编码和擦除译码的方式。在网络发送端的FEC增强器添加奇偶校验包,在接收端的FEC增强器去除奇偶校验包并恢复丢失的数据包。FEC增强器可以应用于网络中的任意两点之间(包括末端系统)。若用于IP,则序列号增强器在第一个FEC增强器之前为数据包添加序列号信息。若用于TCP(或任何有序列号信息的协议),则FEC增强器将会更加高效,因为:(1)它不需要添加序列号信息;(2)可以在TCP重传时添加新的奇偶校验信息(而不是重复相同的奇偶校验信息)。在接收端,FEC增强器将多个TCP重传的结果结合起来进行FEC译码。

1.2.6 IP的双单元抖动控制增强器
对于实时通信,我们关注于如何控制网络中抖动器的数量。抖动控制增强器可以增加时延为代价来减少振动。在第一个增强器单元处,为每个通过的数据信息产生时间标志。这些时间标志被传送到第二个增强器单元处,其负责延迟信息并尝试重新产生通过第一个增强器单元测量的交互信息间隔。

1.2.7 TCP/IP的双单元选择性ARQ增强器
对于有明显错误率的链路而言,采用选择性自动重传请求(ARQ)协议(具备选择性应答和选择性重传的功能)比TCP ARQ协议(具备累积应答和N次反馈重传的功能)能更显著地提高效率。双单元ARQ增强器采用选择性ARQ增强器在以下方面对TCP进行补充:(1)缓存上行增强器中的包;(2)当检测到下行增强器中的间隔时,发送否定应答信息;(3)对于否定应答信息中请求重传的包(若这些包在缓存中)进行选择性重传。

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