Frame Transmission Efficiency-Based Cross-Layer Congestion Notif...

### 基于帧传输效率的无线自组织网络跨层拥塞通知方案 #### 概述 本研究提出了一种基于帧传输效率的跨层拥塞通知方案（RECN），旨在解决无线自组织网络（Wireless Ad Hoc Networks, WSNs）中的拥塞问题。与传统的有线网络不同，WSNs中的传输拥塞主要由介质竞争引起。如何有效地利用MAC（Media Access Control）层的拥塞状态来调整传输速率是运输协议设计的核心工作。然而，现有的跨层拥塞检测解决方案要么过于复杂难以部署，要么无法准确地表征拥塞状态。为了解决这些问题，本文首先提出了一种新的拥塞指标——帧传输效率（FTE, Frame Transmission Efficiency），并通过一个标准化的显式拥塞通知（ECN, Explicit Congestion Notification）信号机制来调整传输发送速率。 #### 帧传输效率（FTE） **帧传输效率**定义为成功传输延迟与帧服务延迟之比，能够快速且准确地描述介质竞争的情况。该指标能够更好地反映实际的网络拥塞状态，并且相较于其他拥塞指标，它更加直观和易于实现。 #### RECN方案设计与实现 RECN方案通过引入ECN与帧传输效率相结合的方式，实现了对传输发送速率的有效控制。具体来说，RECN方案主要包括以下几个方面： 1. **ECN信号机制**：RECN采用标准化的ECN信号机制，在数据包头中标记拥塞发生的信息，使得路由器能够在检测到拥塞时，向源端发送ECN标记的数据包。 2. **帧传输效率计算**：在MAC层计算帧传输效率，即成功传输延迟与帧服务延迟之比，以此作为拥塞程度的度量。 3. **传输速率调整**：根据计算出的帧传输效率，调整传输层的发送速率，以应对网络拥塞情况。当帧传输效率较低时，表明网络拥塞严重，应降低发送速率；反之，则可适当提高发送速率。 4. **商品级交换机部署**：RECN可以在商品级交换机上部署，仅需进行较小的固件更新，而无需修改终端主机。 5. **与TCP集成**：RECN方案可以透明地与TCP协议集成，无需对TCP进行任何修改，即可实现性能提升。 #### 实验结果与分析 实验结果表明，RECN方案显著提高了多个并发TCP流下的网络总吞吐量（Goodput）。通过在NS2模拟环境中测试，可以看到RECN方案不仅能够有效应对网络拥塞，还能够维持较高的网络性能。这表明，相比于传统方法，RECN方案能够更有效地管理网络资源，从而改善网络性能。 #### 结论 本文提出了一种基于帧传输效率的无线自组织网络跨层拥塞通知方案（RECN），通过对MAC层的帧传输效率进行监测，并结合ECN信号机制，实现了对传输速率的动态调整。该方案不仅解决了现有跨层拥塞检测方案存在的复杂性和准确性问题，还能够在商品级硬件上轻松部署。实验结果显示，RECN方案能够显著提升网络性能，对于优化无线自组织网络具有重要的理论意义和应用价值。