摘 要:本文研究了在WLAN、GPRS、UMTS這3種無線網(wǎng)絡上運行流控制傳輸協(xié)議(SCTP)時,不同的協(xié)議參數(shù)配置對系統(tǒng)傳輸性能的影響。文中找出了達到最大系統(tǒng)傳輸性能時的SCTP協(xié)議參數(shù)設置,從而解決了符合IETF-RFC2960的SCTP應用于無線網(wǎng)絡上協(xié)議最佳參數(shù)選擇的關鍵問題。理論分析和仿真結果表明,運行于無線網(wǎng)絡上時,采用了最佳參數(shù)配置的SCTP協(xié)議傳輸性能明顯地高于采用傳統(tǒng)參數(shù)配置的SCTP協(xié)議。
關鍵詞:無線網(wǎng)絡;流控制傳輸協(xié)議;傳輸性能;最佳參數(shù)配置
一、引言
流控制傳輸協(xié)議(Stream Control Transfer Protocol,SCTP)[1]是為在IP網(wǎng)上傳遞基于信令的信息而設計的,協(xié)議中的參數(shù)都是按照有線網(wǎng)的環(huán)境來設置。當把SCTP應用于無線環(huán)境時,無線網(wǎng)絡與有線網(wǎng)絡的不同特性會導致系統(tǒng)無法達到最佳性能。如何提高SCTP應用于無線網(wǎng)絡的性能已成為軟交換以及網(wǎng)絡傳輸領域的研究熱點之一。
關于無線網(wǎng)絡的SCTP應用上,文獻[2]、[3]、[4]、[5]做了一些研究工作。但是,當前的這些研究主要集中在盡力采用SCTP的能力、或者一些新的特性上,而對于把SCTP應用于無線網(wǎng)絡上時最佳參數(shù)配置問題的研究還是一個空白。本文填補了這一空白,研究了SCTP運行于GPRS(CS2編碼規(guī)范)、WLAN(IEEE802.11b)、UMTS(R4)這三種無線網(wǎng)絡之上的協(xié)議參數(shù)配置,解決了符合IETF - RFC2960的SCTP應用于無線接入網(wǎng)上協(xié)議最佳參數(shù)選擇的關鍵問題。
二、理論分析
傳輸層的性能由 QoS來衡量。ITU-T在X.214建議[6]中定義了11個QoS參數(shù)。作為性能分析,本文只考查傳輸連接建立成功之后傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)傳輸性能,與之相關的QoS參數(shù)是吞吐量、傳輸時延和殘差率。實際上,由于傳輸層的工作就是屏蔽所有的網(wǎng)絡層錯誤,因而殘差率只是一個很小的有限值[7],在仿真考查系統(tǒng)時可以不考慮。而在吞吐量和傳輸時延這兩個參數(shù)中,吞吐量往往是衡量系統(tǒng)傳輸性能的決定性指標,因而本文作為一個探索,在仿真時只考慮吞吐量這個參數(shù)。相同條件下,大的吞吐量即表明了高的系統(tǒng)傳輸性能。
當把傳輸協(xié)議SCTP從有線網(wǎng)絡應用到無線網(wǎng)絡時,SCTP需要面對的網(wǎng)絡特性的差異主要在于較高的誤碼率、較多的丟包和較大的時延,進而使得無線網(wǎng)絡的RTT不象有線網(wǎng)絡那樣緩慢而逐步地變化,這會導致SCTP的流量控制和擁塞控制窗口產生不必要的回退。
無線鏈路與有線鏈路的一個顯著區(qū)別就是無線鏈路頻繁的突發(fā)時延。得益于SACK算法,SCTP能夠避免在發(fā)生突發(fā)延時的時候錯誤地進行快速重傳[3]。但是,較大的時延增大了RTO,因而SCTP需要修改其RTO的估計算法參數(shù)來適應無線鏈路的這一特性(這已超出本文的范圍),這樣,用以進行空閑檢測的“Heartbeat間隔”參數(shù)亦需要增加。較高的誤碼率使得接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)生差錯的概率增大,再加上鏈路本身較多的丟包,因而使得無線鏈路的傳輸丟包率遠高于有線鏈路,這樣,協(xié)議中的幾個“最大重傳次數(shù)”的參數(shù)必須進行相應的變化。
結合上文的論述,本文下面的研究將主要考查SCTP的Heartbeat間隔、最大INIT Chunk重傳次數(shù)、連接建立最大重傳次數(shù)以及每條路徑的最大重傳次數(shù)這幾個參數(shù)對系統(tǒng)端到端吞吐量和丟包率的影響。通過考查、分析,本文將找出上述這幾個參數(shù)分別在各種網(wǎng)絡上的最佳值。
三、仿真描述
本文對系統(tǒng)性能的考查通過仿真進行。所有仿真均使用了NS-2[8]網(wǎng)絡仿真軟件,其中的SCTP模塊由美國特拉華大學的協(xié)議工程實驗室開發(fā)。
仿真時,系統(tǒng)由SCTP傳輸層和系統(tǒng)網(wǎng)絡層組成,SCTP的連接使用兩條鏈路,并且在300 m×300 m的范圍內自由運動,如圖1所示。
仿真時的系統(tǒng)參數(shù)如表1所列設置。
WLAN采用符合IEEE802.11的MAC層,GPRS網(wǎng)絡的參數(shù)配置采用CS-2編碼標準,UMTS采用R4版本,仿真系統(tǒng)參數(shù)配置如表2所列。
四、仿真結果分析
圖2、3、4為仿真結果圖,每個圖中均有3個小圖,這些小圖上到下依次是端到端平均吞吐量隨“Heartbeat間隔”、“MTU”、“最大Association重傳次數(shù)”、“最大INIT重傳次數(shù)”、“最大路徑重傳次數(shù)”變化的曲線圖(最后三條曲線在一個圖中)。
從圖2可以看出:WLAN上SCTP,當“Heartbeat間隔”取值55 s時,系統(tǒng)最大吞吐量為762.092 kbps;當MTU是2 568的時候,系統(tǒng)吞吐量達到了715.175 kbps;當“最大INIT Chunk重傳次數(shù)”為4時,SCTP達到最大吞吐量為698.896 kbps;當“最大Association重傳次數(shù)”為4的時候,系統(tǒng)吞吐量達到了極大值708.796 kbps;而“最大路徑重傳次數(shù)”對系統(tǒng)的影響并不明顯。
從圖3可以看出:UMTS上SCTP,當“Heartbeat間隔”取值187 s時,系統(tǒng)最大吞吐量為60.8756 kbps;當MTU是2 699的時候,系統(tǒng)吞吐量達到了228.069 kbps;當“最大INIT Chunk重傳次數(shù)”為4時,SCTP達到最大吞吐量為48.5351 kbps;當“最大Association重傳次數(shù)”為3的時候,系統(tǒng)吞吐量達到了極大值53.6821 kbps;而“最大路徑重傳次數(shù)”對系統(tǒng)的影響并不明顯。
從圖4可以看出:GPRS上SCTP,當“Heartbeat間隔”取值203 s時,系統(tǒng)最大吞吐量為26.3491 kbps;當MTU是2 822的時候,系統(tǒng)吞吐量達到了10.038 kbps;當“最大Association重傳次數(shù)”為3的時候,系統(tǒng)吞吐量達到了極大值14.073 kbps;而“最大INIT Chunk重傳次數(shù)”、“最大路徑重傳次數(shù)”對系統(tǒng)的影響并不明顯。
上面三種網(wǎng)絡上最佳參數(shù)表明了隨著鏈路帶寬以及時延的增加,相應參數(shù)需要重新取新的值,才能使SCTP在無線網(wǎng)絡上達到最佳系統(tǒng)性能?v觀WLAN、UMTS和GPRS這三種無線網(wǎng)絡,隨著鏈路延時和丟包率的增加,最佳參數(shù)中,Heartbeat的間隔越來越大,需要重傳的次數(shù)也越來越大,MTU也需要增大,才能使系統(tǒng)的性能達到最佳。圖5為分別采用最佳參數(shù)和RFC2960默認參數(shù)的SCTP運行于上述三種無線網(wǎng)絡上時的吞吐量比較。
從圖5中可以看出,采用了最佳協(xié)議參數(shù)后,系統(tǒng)的端到端平均吞吐量大大高于采用默認參數(shù)配置的SCTP系統(tǒng)。
五、結論
從本文的分析可以看出,當把SCTP協(xié)議運行于無線網(wǎng)絡上時,其相應的一些協(xié)議配置參數(shù)需要進行一些調整,這樣才能適應無線網(wǎng)絡的特性,從而大大提高系統(tǒng)的性能。作為嘗試,本文研究了對系統(tǒng)傳輸性能影響比較大的一些典型參數(shù)的配置,通過分析和仿真找到了達到最大協(xié)議性能時這些參數(shù)的設置值,并對三種典型的無線接入網(wǎng)的最佳參數(shù)配置值進行了比較分析。可以看到,由于這三種無線網(wǎng)絡的誤碼率和時延相差較大,因而其最佳SCTP的參數(shù)配置值也就有較大的差異。
SCTP協(xié)議中還有其他一些非典型地影響系統(tǒng)傳輸性能的參數(shù),對這些配置的研究將是以后工作的一個方向。另外,本文仿真時設定的無線網(wǎng)絡參數(shù)都是一般情況下的典型值,而實際的網(wǎng)絡情形會和該典型值有一些不同,在以后的研究中也可以在這方面做一些工作.
參考文獻
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[2]James Noonan, Philip Perry, John Murphy. A Study of SCTP Service in a Mobile-IP Network [A]. Proc. Of IT & T Annual Conference[C].October 2002.
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[8]Steve McCanne and Steve Floyd. NS-Network Simulator[CP/OL].http://www-mash.cs.berkeley.edu/ns/, 2004-08-10.
作者:包海波,宋文濤,張海濱(上海交通大學 電子工程系,上海 200030) 來源:電訊技術