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1、苏州大学本科生毕业设计（论文）目录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1 引言31.2 认知无线电的简介31.3 TCP 技术研究状况31.4 认知无线网络中 TCP 研究状况41.5 本文的研究意义4第二章 TCP协议简介52.1 引言52.2 TCP拥塞控制机制介绍62.2.1 慢启动62.2.2 拥塞避免62.2.3 快速重传与快恢复.72.3 不同TCP版本拥塞控制算法72.4 TCP 协议与认知无线网络92.5 本章小结9第三章 认知无线电环境下TCP性能分析103.1 引言103.2 认知无线电环境下影响TCP性能的主要因素103.3 频谱感知对 TCP 性能的影响103.4
2、 主用户活动对 TCP 性能的影响113.5 频谱切换对 TCP 性能的影响113.6 TCP协议自身的瓶颈对 TCP 性能的影响113.7 本章小结12第四章 仿真分析与结果134.1 引言134.2 NS2 简介134.3 认知无线网络下TCP仿真平台的搭建134.3.1 仿真场景134.3.2 不同TCP版本的拥塞窗口分析154.3.3 不同TCP版本的吞吐量分析184.4 认知无线网络下影响TCP性能的主要因素分析214.4.1 主用户数对各种TCP版本性能的影响214.4.2 感知时间对各种TCP版本性能的影响224.4.3 信道数对各种TCP版本性能的影响24第五章 结束语265.
3、1 全文总结265.2 展望26参考文献27致谢28I苏州大学本科生毕业设计（论文）摘要 认知无线电（Cognitive Radio）是时下无线电领域中最热门新兴的研究课题，同时，以认知无线电为基础的认知无线网络也得到了众多关注。但是在传输层及以上协议的研究相对少，譬如传输层控制协议。其基本思想是认知网络本身具有自我学习能力，与周围网络环境可以进行信息交互，频谱感知和使用探测到的空闲频段，从而限制或减少网络冲突的发生。 首先，分析介绍了认知无线电环境下影响TCP（Transmission Control Protocol）性能的主要因素以及评价指标。并且在无线环境下的基础上通过NS2网络仿真器
4、搭建认知平台，仿真场景建立为：当主用户（PU，Primary User）想要占次用户（SU，Secondary User）信道时，通过基站的频谱监测、频谱分配，分配次用户（SU）到其他空闲信道继续通信。其次，在该平台下仿真分析了不同版本TCP例如TCP Reno、TCP Newreno、TCP Sackl和TCP Vegas的性能状况，主要包括拥塞窗口（cwnd）、吞吐量（Throughput）。最后研究主用户数、感知时间和信道数对TCP吞吐量的影响。关键词：传输控制协议；认知无线电；网络仿真器；吞吐量；拥塞窗口 28苏州大学本科生毕业设计（论文） Abstract Cognitive Rad
5、io(CR) is one of the most popular and cutting-edge research field in wireless communications. At the same time, the cognitive radio networks based on cognitive radio is getting more and more attentions. However, Researches on the upper protocol are relatively rare, such as the Transmission Control P
6、rotocol (TCP). Its core idea is that CR has the ability to learn and can mutual information with the surrounding environment, in order to perceive and use of the available spectrum in the space, and limit and reduce the happening of the conflict. First of all, the paper analyzes the key factors and
7、the evaluation index influencing the performance of TCP in the cognitive radio environment. And in the wireless environment constructs cognitive platform on the basis of NS2 network simulator. Simulation scenario is as follows: When the primary user (PU) want to occupy the secondary user (SU) channe
8、l, secondary users through the frequency spectrum monitoring, spectrum allocation of the base station, and then was assigned to other idle channel to communication. Secondly, analyses the performance status of different versions of TCP protocol in this platform such as Reno, TCP Newreno ,TCP Sackl a
9、nd TCP Vegas, including the Congestion Window (CWND) and Throughput . Finally, this paper analyses quantitatively the primary use activity, after switching channel bandwidth and channel bit error rate on the influence of the TCP throughput. Key words: TCP；Cognitive Radio；NS2；Throughput；Congestion Wi
10、ndow第一章 绪论1.1 引言 认知无线网络由2种用户组成-主用户（PU，Primary User）和认知用户（SU，Secondary User）。主用户具有绝对的优先权，当主用户所使用的频段和认知用户重叠时，认知用户必须无条件的避让；认知用户（SU）则必须先感知空闲频段，才可以利用该频段进行数据传输，当发现主用户有通信活动时就立即停止传输，然后再重新感知空闲频段，并切换到其他空闲频段。所以有必要提高认知无线网络的传输性能，这是一个艰巨的任务，而且TCP性能即是影响认知无线网络传输性能的关键因素。1.2 认知无线电的简介 作为一种前沿的新兴的无线电频谱资源解决理念，认知无线电的基本指导原则
11、是： u 频谱感知：认知用户（Cognitive Radio User，CRU）也可以称作次用户（Secondary User, SU）利用自己的频谱感知能力，对四周的无线电频谱资源环境进行感知，从而得出周围环境中的空闲频段； u 频谱管理：利用频谱管理统一管理这些“频谱空穴”资源； u 频谱分配：通过频谱分配和频谱接入技术帮助次级用户（SU）使用“频谱空穴”； u 频谱切换：当次级用户（SU）需要避让主用户（PU）时，再运用频谱切换技术转到其它空闲频段继续进行通信。1.3 TCP 技术研究状况 最早的版本是TCP Tahoe。之后又出现了几个改进后的TCP版本，其中TCP Reno是如今使用
12、最广泛的TCP版本，该版本在Tahoe版本的基础上加入了快速恢复算法（Fast Recovery）；而TCP NewReno则是在Reno的基础上，改进了其快速恢复算法，从而使得能够在应付大量网络丢包的情况，却不至于降低TCP的传输效率；TCP Sack是Reno的又一种衍生版本，Sack使TCP发送端可以收到接收端返回的关于哪些数据段已经收到、哪些数据段还没未收到的ACK确认信息，并根据这些信息，在一个RTT时间内，重传遗失的分组数据包。1.4 认知无线网络中 TCP 研究状况 传统 TCP协议是针对有线网络而设计的协议。有线网络中TCP所面临的问题只有网络拥塞一个问题。 然而，对于认知无线
13、网络而言，其网络状况是很复杂的，认知无线网络中TCP所面临的问题也是多种多样的。所以有必要对认知无线网络这种新兴网络形态下的 TCP技术进行研究。 眼下，认知无线电研究的着重点主要在物理层、链路层（MAC）和网络层，而对于传输层的研究少之又少，特别是传输层的最重要协议TCP协议，其对于充分利用网络频谱资源起到决定性的作用。因此，研究认知无线网络中TCP性能是很有必要的。 1.5 本文的研究意义 随着计算机网络的迅猛发展，各式各样的新兴的无线通信技术不断得到应用，这让本就有限的频谱资源变得益发匮乏。基于动态频谱接入技术的认知无线电技术可以有效地提高频谱资源利用率，以缓和无线频谱资源欠缺的问题。当
14、下，认知无线电技术研究重点主要在物理层和链路层，对上层协议研究屈指可数。第二章 TCP协议简介2.1 引言 TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)是一种面向连接的，端到端的，基于字节流的通信控制协议。其流量控制与拥塞控制机制的功能，提供可靠的数据传输服务。每收到一个TCP数据包TCP接收端就会向发送端返回一个ACK（确认信息），以告知发送端此封包已经被接收到。与此同时，TCP发送端便通过ACK来判断数据包是否被接收端成功接收。TCP协议在控制数据传输过程中体现出的主要特点为：TCP是面向连接的传输层协议。面向字节流。 无线网络环境中影响TCP性能的因
15、素有： 无线链路误码率较高，会增大数据包丢失概率。 线终端的可移动性可能引起数据传输超时(越区切换时)，甚至造成路由中断(特别是在Ad hoc网络中)。 链路层时延变化大 ，造成RTT或RTO的估计不准。 较低的无线信道带宽致使发送端超时概率增大。 在TCP协议中， TCP拥塞控制过程是拥塞窗口（cwnd）首先进入慢启动阶段，窗口值（cwnd）以指数方式增长，当在拥塞窗口（cwnd）大于慢启动门限值（ssthresh）时，再进入拥塞避免阶段，以线性方式增长，如果检测到了有分组的丢失，进入快恢复阶段。本章先介绍这四个基本过程，然后就每个版本阐述具体的工作原理。2.2 TCP拥塞控制机制介绍拥塞控制其实就是通过一系列调控措施防止流入网络的数据量超过网络可以承载的能力。调控措施主要包括：慢启动、拥塞控制、快恢复、快重传和超时重传，TCP拥塞控制过程如图2.1所示。 图2.1 整个TCP拥
