### 基于信道利用率和竞争比率的TCP传输速率控制机制在自组织网络中的应用
#### 摘要及背景介绍
本文介绍了一种基于信道利用率(Channel Utilization, CU)和竞争比率(Contention Ratio, CR)的TCP传输速率控制机制（TCPCC），旨在解决自组织网络中TCP传统窗口机制过度注入导致的严重竞争问题，以及由此引发的网络拥塞现象。通过引入这两个关键指标，该机制能够更好地表征网络状态，并根据反馈信息动态调整发送端的传输速率，从而显著提升网络吞吐量并降低端到端延迟。
#### 研究动机与问题概述
在自组织网络环境下，传统的TCP机制面临着诸多挑战。由于TCP维护了一个不断增长的拥塞窗口(CWND)，直到检测到数据包丢失才会停止，这种机制在有线网络中表现良好，但在基于802.11协议的自组织网络中则显得过于激进。TCP的贪婪特性会导致MAC层出现严重竞争，造成数据包丢失和网络性能下降。
已有研究已注意到这一问题。例如，Fue等人提出了一种前向链路-RED方案来根据观察到的数据包碰撞情况丢弃TCP数据包。然而，这种方法不仅浪费资源，而且将拥塞窗口降至最小值的做法可能过于激进。
#### 关键技术与方法
为了解决上述问题，本研究提出了一个新的TCP传输速率控制机制——基于信道利用率和竞争比率的TCP机制（TCPCC）。这一机制的核心在于两个关键指标：信道利用率和竞争比率。
1. **信道利用率（CU）**：
- 定义：指网络中繁忙时间占总时间的比例。
- 作用：反映了网络的实际负载状况。当CU较高时，表示网络接近或处于饱和状态；反之，则表明网络负载较轻。
- 收集方式：每个节点收集关于网络繁忙状态的信息，并据此计算出CU值。
2. **竞争比率（CR）**：
- 定义：衡量网络中发生竞争的可能性大小。
- 作用：高CR值意味着网络中多个节点同时发送数据的概率较大，这可能导致数据包碰撞增多。
- 计算方式：根据节点发送请求的频率和成功发送数据包的比例来确定CR值。
#### 工作原理与实现
- **信息收集与反馈**：每个节点收集其所在链路上的网络繁忙状态信息，并据此计算出当前的CU和CR值。这些值通过确认应答(ACK)反馈回发送方，最终由瓶颈节点决定整体的CU和CR值。
- **传输速率控制**：发送方根据收到的CU和CR反馈信息来调整自身的传输速率。具体而言，当CU和CR较高时，表明网络负载重且竞争激烈，此时发送方会降低发送速率以减轻网络负担；反之，则可以适当提高发送速率。
#### 性能评估与结果分析
为了验证所提出的TCPCC机制的有效性，进行了广泛的模拟实验。实验结果表明，在吞吐量和端到端延迟方面，TCPCC机制明显优于传统的TCP机制和其他TCP竞争控制机制。这主要得益于TCPCC能够更准确地反映网络实际状况，并据此动态调整传输速率，从而有效避免了过度竞争和拥塞的发生。
#### 结论
基于信道利用率和竞争比率的TCP传输速率控制机制（TCPCC）是一种针对自组织网络环境下的TCP性能优化的有效方案。通过引入CU和CR这两个关键指标，TCPCC能够更精确地感知网络状态，并据此实现动态传输速率调整，从而有效改善网络性能。此外，与其他现有机制相比，TCPCC在提高吞吐量和减少端到端延迟方面展现出显著优势。
