計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中的傳輸控制技術(shù)研究

龔 嬌

（吉林司法警官職業(yè)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130062）

1 引言

計(jì)算機(jī)通信技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)闹饕夹g(shù)，其能夠在多種外在環(huán)境的干擾下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)信息的傳輸控制。但在計(jì)算機(jī)通信與其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)通信會(huì)受到信道誤碼、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、數(shù)據(jù)處理時(shí)延等信息傳輸條件的影響，而發(fā)生TCP連接、信道傳輸帶寬、數(shù)據(jù)時(shí)延長(zhǎng)或傳輸差錯(cuò)的問(wèn)題。本文圍繞無(wú)線網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)通信的信息傳輸控制，進(jìn)行通信系統(tǒng)與傳輸控制技術(shù)的分析。通過(guò)對(duì)通信系統(tǒng)信息傳輸實(shí)施要點(diǎn)的掌握，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率與傳輸質(zhì)量的提高。

2 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)主要包括主機(jī)、通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)三部分內(nèi)容，其中又存在著一系列的軟硬件設(shè)備與通信協(xié)議。主機(jī)、通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)之間的通信協(xié)議，則主要負(fù)責(zé)對(duì)不同主機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)信息通信，進(jìn)行準(zhǔn)入?yún)f(xié)議與網(wǎng)絡(luò)傳輸端口的協(xié)調(diào)。其中，通信子網(wǎng)主要利用結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，進(jìn)行通信鏈路各個(gè)通信設(shè)備的連接，并完成通信數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā)與傳輸。在通信子網(wǎng)中的通信控制交換機(jī)，能夠完成網(wǎng)絡(luò)中通信設(shè)備的連接。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的終端傳輸接口，將數(shù)據(jù)信息傳輸至資源子網(wǎng)的主機(jī)中，從而完成不同主機(jī)之間的報(bào)文信息傳輸。

資源子網(wǎng)包括主機(jī)、終端控制器、數(shù)據(jù)庫(kù)與外設(shè)接口等硬件設(shè)備，以及其他軟件資源與通信協(xié)議。終端控制器包括移動(dòng)智能終端、PC等輸入輸出設(shè)備，其可以通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)或結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，連入到信息傳輸網(wǎng)絡(luò)中。而通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠完成對(duì)分布式通信系統(tǒng)，多個(gè)主機(jī)數(shù)據(jù)信息的存取與修改，以完成通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)與共享。最后為各種應(yīng)用系統(tǒng)與軟件，以及信息傳輸中的通信協(xié)議，多個(gè)通信系統(tǒng)協(xié)作才能完成數(shù)據(jù)信息的傳輸。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理與資源共享。計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

2.2 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的工作原理

計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)主要依靠計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)空間的遠(yuǎn)程信息傳輸與資源共享，以完成具有獨(dú)立功能的計(jì)算設(shè)備的連接。在計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)中，存在著眾多的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與線路，不同線路共同實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，以此形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通信數(shù)據(jù)信息在傳輸?shù)倪^(guò)程中，主要通過(guò)通信子網(wǎng)中的線路或廣播信道，進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)之間的線狀或環(huán)狀數(shù)據(jù)連接。用戶(hù)可以根據(jù)自身的數(shù)據(jù)獲取需要，從輸入線路中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的錄入與處理，也可以通過(guò)通信系統(tǒng)的輸出端口，進(jìn)行遠(yuǎn)程信息傳輸與資源共享。同時(shí)在這一網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過(guò)程中，需要利用各種存在的TCP/IP協(xié)議，進(jìn)行不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的通信。當(dāng)前根據(jù)TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為七個(gè)信息傳輸層，主要包括物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、會(huì)話層、傳輸層、表示層和應(yīng)用層。層與層之間通過(guò)多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，完成TCP/IP設(shè)備中網(wǎng)絡(luò)地址的統(tǒng)一分配。TCP/IP協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，主要功能如下：（1）首先TCP協(xié)議會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的類(lèi)別，將不同數(shù)據(jù)歸類(lèi)編號(hào)并封裝為若干數(shù)據(jù)包，然后IP協(xié)議會(huì)將發(fā)送IP地址、接收IP地址寫(xiě)入數(shù)據(jù)包，再進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的發(fā)送。（2）不同數(shù)據(jù)包在通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸過(guò)程中，可能通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò)鏈路與信道進(jìn)行傳輸，由此會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)亂或丟失的情況。而TCP協(xié)議能夠?qū)鬏斨械腻e(cuò)誤進(jìn)行檢查與糾錯(cuò)，以保證數(shù)據(jù)信息在傳輸中的安全。計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的信息傳輸層如圖2所示：

圖2 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的信息傳輸層

3 計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸控制存在的問(wèn)題

當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要由網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS），基站控制器（BSC）、基站（BS）和用戶(hù)站（SS）等組成。對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的通信傳輸控制，由于受到外部網(wǎng)絡(luò)電波與用戶(hù)無(wú)規(guī)律流動(dòng)的干擾，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸延遲抖動(dòng)、信道誤碼與丟包等問(wèn)題?，F(xiàn)階段無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中的傳輸控制，主要存在以下幾方面難題：

3.1 計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸控制的信道誤碼

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要在室外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其無(wú)線信道中的數(shù)據(jù)傳輸，必然會(huì)受到外界地物環(huán)境的折射、反射等，以及各種空間噪聲干擾，而出現(xiàn)信道誤碼、數(shù)據(jù)包丟失等狀況。在借助傳統(tǒng)TCP協(xié)議進(jìn)行發(fā)送端、接收端之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，對(duì)那些未知數(shù)據(jù)或存在錯(cuò)誤信息的數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)會(huì)對(duì)其進(jìn)行丟棄處理。而信息發(fā)送端也會(huì)在未接收到確認(rèn)字符的情況下，重新發(fā)送原有的數(shù)據(jù)包，并減小發(fā)送端擁塞窗口的大小，以降低通信傳輸控制過(guò)程中的數(shù)據(jù)吞吐量。而且在發(fā)送端、接收端網(wǎng)絡(luò)帶寬分布不均的情況下，用戶(hù)移動(dòng)端在向發(fā)送端傳輸字符串信息過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)擁堵或延遲抖動(dòng)的問(wèn)題，這嚴(yán)重影響發(fā)送端對(duì)網(wǎng)絡(luò)丟失數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計(jì)。因此對(duì)通信鏈路數(shù)據(jù)包傳輸控制的錯(cuò)誤判斷，大大降低通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

3.2 計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)與傳輸延遲

當(dāng)前移動(dòng)用戶(hù)可以借助于單跳基站無(wú)線接入，將相應(yīng)無(wú)線接收設(shè)備接入到有線網(wǎng)絡(luò)，基站（BS）設(shè)備也需要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，回傳數(shù)據(jù)至移動(dòng)用戶(hù)的接收設(shè)備。在用戶(hù)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的過(guò)程中，需要在不同基站覆蓋區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)，這就導(dǎo)致自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）工作的切換問(wèn)題。這一無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸鏈路、路由的改變，會(huì)導(dǎo)致TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信的數(shù)據(jù)包丟失，從而造成數(shù)據(jù)傳輸控制的擁堵問(wèn)題。在傳統(tǒng)TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的限制下，單位時(shí)間內(nèi)無(wú)線信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流會(huì)迅速下降，最終出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳播與處理的延遲。特別是對(duì)于衛(wèi)星信道的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳播，存在著網(wǎng)絡(luò)信道利用率與數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t難題。因此需要針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信傳輸控制的諸多問(wèn)題，制定TCP無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母倪M(jìn)協(xié)議，才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與安全性。

4 計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信傳輸控制技術(shù)的改進(jìn)策略

4.1 計(jì)算機(jī)無(wú)線通信傳輸中誤碼丟包的改進(jìn)措施

4.1.1 無(wú)線通信傳輸中Snoop代理的數(shù)據(jù)包抓取

Snoop代理是Solaris系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)包抓取工具，其能夠在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)程序的通信過(guò)程中，捕獲傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包內(nèi)容。當(dāng)前Snoop代理主要位于通信基站的網(wǎng)絡(luò)傳輸層，其負(fù)責(zé)對(duì)基站流通數(shù)據(jù)包的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)重傳數(shù)據(jù)包來(lái)減少發(fā)送端、接收端之間的信道誤碼率。因此對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)包在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，Snoop代理都會(huì)使用超時(shí)計(jì)時(shí)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳輸與丟失情況的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)那些未確認(rèn)的數(shù)據(jù)包信息進(jìn)行緩存。而對(duì)于那些捕獲的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，Snoop代理會(huì)運(yùn)用一行或多行字符串進(jìn)行顯示，并僅顯示傳輸最高層的協(xié)議信息。在利用Snoop代理進(jìn)行數(shù)據(jù)包的重傳，可以在不修改發(fā)送端TCP協(xié)議的前提下，展開(kāi)數(shù)據(jù)包重新發(fā)送，以及對(duì)重復(fù)字符串信息進(jìn)行丟棄，由此降低數(shù)據(jù)發(fā)送端的擁堵問(wèn)題，并有效提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量。

4.1.2 無(wú)線通信中WTCP與ITCP代理的傳輸控制

WTCP代理也借助于eNodeB基站，來(lái)完成TCP報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸與重傳工作，以最大程度減少無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包丟失所造成的擁塞現(xiàn)象。但WTCP代理并不設(shè)置相應(yīng)的超時(shí)計(jì)時(shí)器進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳耗費(fèi)時(shí)間的計(jì)量。因此在WTCP代理中數(shù)據(jù)發(fā)送的往返延遲，不會(huì)受到eNodeB基站數(shù)據(jù)包重傳的影響。在運(yùn)用WTCP代理建立網(wǎng)絡(luò)連接的過(guò)程中，用戶(hù)接收端會(huì)向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送申請(qǐng)，然后eNodeB基站會(huì)發(fā)送相應(yīng)的字符串報(bào)文至用戶(hù)端，表示收到用戶(hù)接收端的請(qǐng)求。在完成發(fā)送端、接收端之間的連接建立后，就能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)終端的數(shù)據(jù)信息傳輸。eNodeB基站中存在WTCP代理、IP代理等網(wǎng)絡(luò)層級(jí)，WTCP代理能夠?qū)P中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行緩存，對(duì)于那些不符合序列要求的數(shù)據(jù)包，WTCP會(huì)將其認(rèn)定為信道鏈路錯(cuò)誤，并通過(guò)對(duì)發(fā)送端擁塞窗口的設(shè)置，來(lái)進(jìn)行端到端數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的控制。而ITCP代理在無(wú)線通信傳輸控制中的應(yīng)用，主要起到增大無(wú)線傳輸鏈路數(shù)據(jù)吞吐量，降低網(wǎng)絡(luò)信道誤碼率的作用。無(wú)線通信中WTCP代理端到端傳輸控制如圖3所示：

圖3 無(wú)線通信中WTCP代理端到端傳輸控制

4.1.3 無(wú)線通信中重傳丟失檢測(cè)與區(qū)分的傳輸控制

由于無(wú)線信道中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率較高，因此使用重傳丟失檢測(cè)與區(qū)分代理，進(jìn)行擁塞窗口與數(shù)據(jù)重傳的控制，可以有效減少數(shù)據(jù)丟包或重傳的概率。重傳丟失檢測(cè)與區(qū)分（DDLRP）通常借助于擁塞警告(CW)，進(jìn)行信道擁塞或非擁塞的丟包檢測(cè)。在發(fā)送端出現(xiàn)信息傳輸擁塞的情況下，路由器會(huì)發(fā)送相應(yīng)的字符串擁塞警告，來(lái)通知發(fā)送端進(jìn)行數(shù)據(jù)包的重傳，并對(duì)丟失的數(shù)據(jù)包進(jìn)行檢測(cè)。在發(fā)送端收到擁塞警告為1，則會(huì)啟動(dòng)丟失數(shù)據(jù)包的擁塞控制；而發(fā)送端收到擁塞警告為0的情況，則表明數(shù)據(jù)包丟失不是擁塞造成的。

4.2 計(jì)算機(jī)無(wú)線通信傳輸中鏈路中斷的改進(jìn)措施

在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于傳輸鏈路的控制，主要通過(guò)發(fā)送端發(fā)送窗口、網(wǎng)絡(luò)超時(shí)重傳等的凍結(jié)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路中斷的感知，以及0窗口字符串信息的發(fā)送。其中發(fā)送端發(fā)送窗口通常借助于網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)，或者服務(wù)器/瀏覽器（BS）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)鏈路中斷的感知。其中0窗口字符串信息為鏈路中斷的信號(hào)，發(fā)送端在收到該信息后，會(huì)對(duì)發(fā)送窗口的狀態(tài)信息進(jìn)行凍結(jié)，以避免超時(shí)重傳情況的發(fā)送。之后使用零窗口探測(cè)定時(shí)器（ZWP），展開(kāi)鏈路中斷的檢測(cè)活動(dòng)，然后將0窗口字符串信息發(fā)送給移動(dòng)用戶(hù)，最終對(duì)恢復(fù)后的鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳。通過(guò)在10Mb/s網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行模擬中斷實(shí)驗(yàn)得出，在發(fā)送端發(fā)送窗口網(wǎng)絡(luò)凍結(jié)的情況下，可以有效增大傳輸鏈路的數(shù)據(jù)吞吐量，并提升TCP代理的性能與傳輸高效性。而對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的問(wèn)題，需要通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)超時(shí)重傳的凍結(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)包重傳速率的控制，以減少頻繁重傳產(chǎn)生的時(shí)間間隔。在進(jìn)行發(fā)送端發(fā)送窗口、網(wǎng)絡(luò)超時(shí)重傳等的凍結(jié)后，可以有效降低鏈路中斷而造成數(shù)據(jù)包丟失狀況，提升TCP的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。

4.3 計(jì)算機(jī)無(wú)線通信傳輸中數(shù)據(jù)時(shí)延的改進(jìn)措施

當(dāng)前無(wú)線信道中的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸，存在著發(fā)送端帶寬大于接收端帶寬的情況。而且由于多個(gè)用戶(hù)對(duì)無(wú)線傳輸帶寬的使用，造成數(shù)據(jù)往返傳輸過(guò)程的時(shí)延抖動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而致使網(wǎng)絡(luò)傳輸控制中數(shù)據(jù)吞吐量的降低。通過(guò)引入非擁塞丟失控制（TCPNCL）的數(shù)據(jù)時(shí)延解決方式，能夠改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)鏈路數(shù)據(jù)時(shí)延抖動(dòng)的難題，從而減少發(fā)送端對(duì)丟失數(shù)據(jù)包的超時(shí)重傳。通過(guò)利用擁塞確定計(jì)時(shí)器、超時(shí)重傳計(jì)時(shí)器等，進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳過(guò)程中的擁塞控制。首先在完成擁塞確定計(jì)時(shí)器的開(kāi)啟后，可以對(duì)發(fā)送端接收的字符串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并分析發(fā)生超時(shí)重傳現(xiàn)象的主要原因。若由于數(shù)據(jù)包丟失而導(dǎo)致超時(shí)重傳，則需要確認(rèn)重傳的數(shù)據(jù)包；若由于數(shù)據(jù)時(shí)延抖動(dòng)導(dǎo)致超時(shí)重傳，則要在不啟用擁塞控制的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)包往返時(shí)延進(jìn)行更新，以保證無(wú)線通信傳輸中的性能穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)通信與集成技術(shù)高速發(fā)展的前提下，不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息傳輸，已成為各個(gè)行業(yè)數(shù)據(jù)交換的主要渠道。但在網(wǎng)絡(luò)信道誤碼、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、數(shù)據(jù)處理時(shí)延等干擾的情況下，計(jì)算機(jī)通信傳輸存在著相應(yīng)的信道誤碼數(shù)據(jù)包丟失、信道誤碼與網(wǎng)絡(luò)擁塞等問(wèn)題。因此在計(jì)算機(jī)通信的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，需要通過(guò)多種TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議與代理技術(shù)的構(gòu)建，來(lái)推動(dòng)發(fā)送端、接收端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该骰?，提升無(wú)線信道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?，并保障通信空間中數(shù)據(jù)信息的高效、穩(wěn)定與安全傳輸。