[论文解读] Performance Evaluation of TCP over Mobile Ad hoc Networks

Foez Ahmed, Sateesh Kumar Pradhan+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2010

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 5被引用 14

一句话总结

本论文通过NS-2仿真评估了在高误比特率（BER）和节点移动性条件下移动自组织网络（MANETs）中的TCP性能。研究结果表明，传统TCP会将由移动性和无线信道错误引起的分组丢失误判为拥塞，从而导致吞吐量下降；该研究强调了需要开发更适合MANET动态特性的TCP变体。

ABSTRACT

With the proliferation of mobile computing devices, the demand for continuous network connectivity regardless of physical location has spurred interest in the use of mobile ad hoc networks. Since Transmission Control Protocol (TCP) is the standard network protocol for communication in the internet, any wireless network with Internet service need to be compatible with TCP. TCP is tuned to perform well in traditional wired networks, where packet losses occur mostly because of congestion. However, TCP connections in Ad-hoc mobile networks are plagued by problems such as high bit error rates, frequent route changes, multipath routing and temporary network partitions. The throughput of TCP over such connection is not satisfactory, because TCP misinterprets the packet loss or delay as congestion and invokes congestion control and avoidance algorithm. In this research, the performance of TCP in Adhoc mobile network with high Bit Error rate (BER) and mobility is studied and investigated. Simulation model is implemented and experiments are performed using the Network Simulatior 2 (NS2).

研究动机与目标

• 调查标准TCP在移动自组织网络（MANETs）中的性能限制。
• 分析高误比特率（BER）和频繁的拓扑变化对TCP吞吐量的影响。
• 阐明传统TCP为何在MANETs中因将分组丢失误认为是拥塞而性能下降。
• 评估移动性和无线链路错误对TCP拥塞控制机制的影响。
• 为设计更适合MANET环境的改进型TCP变体提供基础。

提出的方法

• 使用网络模拟器2（NS-2）模拟了具有不同移动模式和BER水平的移动自组织网络。
• 配置TCP作为传输协议，并监控吞吐量和端到端延迟等关键性能指标。
• 采用现实的移动性模型以模拟频繁的路由变更和网络分区。
• 在无线链路层注入比特错误，以模拟移动网络中常见的高BER条件。
• 测量在不同移动性和误码率组合下TCP的行为，以隔离性能下降的原因。
• 应用标准TCP拥塞控制机制，并分析其对非拥塞原因导致的分组丢失的响应。

实验结果

研究问题

• RQ1 高误比特率（BER）如何影响移动自组织网络中的TCP吞吐量？
• RQ2 节点移动性在多大程度上会降低MANETs中的TCP性能？
• RQ3 为何即使网络连接稳定，传统TCP在MANETs中仍无法维持可接受的吞吐量？
• RQ4 频繁的路由变更和临时网络分区如何影响TCP的拥塞控制行为？
• RQ5 TCP在MANETs中性能下降的根本原因是否可归因于将分组丢失误认为是拥塞？

主要发现

• 由于不必要的拥塞控制触发，TCP吞吐量在高误比特率下显著下降。
• 频繁的路由变更和网络分区导致虚假重传，有效吞吐量降低。
• TCP将由无线错误和移动性引起的分组丢失误认为是网络拥塞，从而触发拥塞避免机制。
• 研究结果证实，传统TCP因依赖基于丢包的拥塞控制，不适合用于MANETs。
• 随着BER增加，吞吐量显著下降，且在高移动性条件下性能恶化更为迅速。
• 仿真结果表明，标准TCP在动态、易出错的MANET环境中无法维持稳定或高吞吐量连接。