計算機無線網(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 長春 130062）

1 引言

計算機通信技術(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，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)信息的傳輸控制。但在計算機通信與其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合過程中，網(wǎng)絡(luò)通信會受到信道誤碼、節(jié)點移動、數(shù)據(jù)處理時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)時延長或傳輸差錯的問題。本文圍繞無線網(wǎng)絡(luò)計算機通信的信息傳輸控制，進行通信系統(tǒng)與傳輸控制技術(shù)的分析。通過對通信系統(tǒng)信息傳輸實施要點的掌握，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率與傳輸質(zhì)量的提高。

2 計算機通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 計算機通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

當(dāng)前計算機通信系統(tǒng)主要包括主機、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、通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)之間的通信協(xié)議，則主要負責(zé)對不同主機中的網(wǎng)絡(luò)信息通信，進行準入?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)點交換機，進行通信鏈路各個通信設(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，能夠完成網(wǎng)絡(luò)中通信設(shè)備的連接。通過網(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)的主機中，從而完成不同主機之間的報文信息傳輸。

資源子網(wǎng)包括主機、終端控制器、數(shù)據(jù)庫與外設(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智能終端、PC等輸入輸出設(shè)備，其可以通過主機系統(tǒng)或結(jié)點交換機，連入到信息傳輸網(wǎng)絡(luò)中。而通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能夠完成對分布式通信系統(tǒng)，多個主機數(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，多個通信系統(tǒng)協(xié)作才能完成數(shù)據(jù)信息的傳輸。通過網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理軟件，進行數(shù)據(jù)信息的處理與資源共享。計算機通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 計算機通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

2.2 計算機通信系統(tǒng)的工作原理

計算機通信系統(tǒng)主要依靠計算機、通信技術(shù)，進行網(wǎng)絡(luò)空間的遠程信息傳輸與資源共享，以完成具有獨立功能的計算設(shè)備的連接。在計算機通信系統(tǒng)中，存在著眾多的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點與線路，不同線路共同實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點，以此形成計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。通信數(shù)據(jù)信息在傳輸?shù)倪^程中，主要通過通信子網(wǎng)中的線路或廣播信道，進行點到點之間的線狀或環(huán)狀數(shù)據(jù)連接。用戶可以根據(jù)自身的數(shù)據(jù)獲取需要，從輸入線路中進行數(shù)據(jù)信息的錄入與處理，也可以通過通信系統(tǒng)的輸出端口，進行遠程信息傳輸與資源共享。同時在這一網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過程中，需要利用各種存在的TCP/IP協(xié)議，進行不同計算機網(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)，可將計算機網(wǎng)絡(luò)分為七個信息傳輸層，主要包括物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、會話層、傳輸層、表示層和應(yīng)用層。層與層之間通過多種協(xié)議標準，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)傳輸過程中，主要功能如下：（1）首先TCP協(xié)議會根據(jù)數(shù)據(jù)的類別，將不同數(shù)據(jù)歸類編號并封裝為若干數(shù)據(jù)包，然后IP協(xié)議會將發(fā)送IP地址、接收IP地址寫入數(shù)據(jù)包，再進行數(shù)據(jù)信息的發(fā)送。（2）不同數(shù)據(jù)包在通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程中，可能通過不同的網(wǎng)絡(luò)鏈路與信道進行傳輸，由此會出現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容錯亂或丟失的情況。而TCP協(xié)議能夠?qū)鬏斨械腻e誤進行檢查與糾錯，以保證數(shù)據(jù)信息在傳輸中的安全。計算機通信系統(tǒng)的信息傳輸層如圖2所示：

圖2 計算機通信系統(tǒng)的信息傳輸層

3 計算機無線網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸控制存在的問題

當(dāng)前無線網(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）和用戶站（SS）等組成。對于無線網(wǎng)絡(luò)中的通信傳輸控制，由于受到外部網(wǎng)絡(luò)電波與用戶無規(guī)律流動的干擾，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸延遲抖動、信道誤碼與丟包等問題?，F(xiàn)階段無線網(wǎng)絡(luò)通信中的傳輸控制，主要存在以下幾方面難題：

3.1 計算機無線網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸控制的信道誤碼

無線網(wǎng)絡(luò)主要在室外進行數(shù)據(jù)傳輸，其無線信道中的數(shù)據(jù)傳輸，必然會受到外界地物環(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)議進行發(fā)送端、接收端之間的數(shù)據(jù)傳輸時，對那些未知數(shù)據(jù)或存在錯誤信息的數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)會對其進行丟棄處理。而信息發(fā)送端也會在未接收到確認字符的情況下，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，用戶移動端在向發(fā)送端傳輸字符串信息過程中，會產(chǎn)生數(shù)據(jù)擁堵或延遲抖動的問題，這嚴重影響發(fā)送端對網(wǎng)絡(luò)丟失數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計。因此對通信鏈路數(shù)據(jù)包傳輸控制的錯誤判斷，大大降低通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

3.2 計算機無線網(wǎng)絡(luò)通信中的節(jié)點移動與傳輸延遲

當(dāng)前移動用戶可以借助于單跳基站無線接入，將相應(yīng)無線接收設(shè)備接入到有線網(wǎng)絡(luò)，基站（BS）設(shè)備也需要通過無線網(wǎng)絡(luò)，回傳數(shù)據(jù)至移動用戶的接收設(shè)備。在用戶使用無線網(wǎng)絡(luò)進行通信的過程中，需要在不同基站覆蓋區(qū)域進行移動，這就導(dǎo)致自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）工作的切換問題。這一無線網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸鏈路、路由的改變，會導(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)傳輸控制的擁堵問題。在傳統(tǒng)TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的限制下，單位時間內(nèi)無線信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流會迅速下降，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。因此需要針對無線網(wǎng)絡(luò)通信傳輸控制的諸多問題，制定TCP無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母倪M協(xié)議，才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與安全性。

4 計算機無線網(wǎng)絡(luò)通信傳輸控制技術(shù)的改進策略

4.1 計算機無線通信傳輸中誤碼丟包的改進措施

4.1.1 無線通信傳輸中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，其能夠在無線網(wǎng)絡(luò)程序的通信過程中，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，其負責(zé)對基站流通數(shù)據(jù)包的監(jiān)測，并通過重傳數(shù)據(jù)包來減少發(fā)送端、接收端之間的信道誤碼率。因此對于每個數(shù)據(jù)包在無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，Snoop代理都會使用超時計時器，進行數(shù)據(jù)包傳輸與丟失情況的統(tǒng)計，并對那些未確認的數(shù)據(jù)包信息進行緩存。而對于那些捕獲的數(shù)據(jù)包內(nèi)容，Snoop代理會運用一行或多行字符串進行顯示，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，展開數(shù)據(jù)包重新發(fā)送，以及對重復(fù)字符串信息進行丟棄，由此降低數(shù)據(jù)發(fā)送端的擁堵問題，并有效提升無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量。

4.1.2 無線通信中WTCP與ITCP代理的傳輸控制

WTCP代理也借助于eNodeB基站，來完成TCP報文數(shù)據(jù)傳輸與重傳工作，以最大程度減少無線網(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)的超時計時器進行數(shù)據(jù)重傳耗費時間的計量。因此在WTCP代理中數(shù)據(jù)發(fā)送的往返延遲，不會受到eNodeB基站數(shù)據(jù)包重傳的影響。在運用WTCP代理建立網(wǎng)絡(luò)連接的過程中，用戶接收端會向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送申請，然后eNodeB基站會發(fā)送相應(yīng)的字符串報文至用戶端，表示收到用戶接收端的請求。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，WTCP代理能夠?qū)P中的數(shù)據(jù)包進行緩存，對于那些不符合序列要求的數(shù)據(jù)包，WTCP會將其認定為信道鏈路錯誤，并通過對發(fā)送端擁塞窗口的設(shè)置，來進行端到端數(shù)據(jù)傳輸時延的控制。而ITCP代理在無線通信傳輸控制中的應(yīng)用，主要起到增大無線傳輸鏈路數(shù)據(jù)吞吐量，降低網(wǎng)絡(luò)信道誤碼率的作用。無線通信中WTCP代理端到端傳輸控制如圖3所示：

圖3 無線通信中WTCP代理端到端傳輸控制

4.1.3 無線通信中重傳丟失檢測與區(qū)分的傳輸控制

由于無線信道中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率較高，因此使用重傳丟失檢測與區(qū)分代理，進行擁塞窗口與數(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。重傳丟失檢測與區(qū)分（DDLRP）通常借助于擁塞警告(CW)，進行信道擁塞或非擁塞的丟包檢測。在發(fā)送端出現(xiàn)信息傳輸擁塞的情況下，路由器會發(fā)送相應(yīng)的字符串擁塞警告，來通知發(fā)送端進行數(shù)據(jù)包的重傳，并對丟失的數(shù)據(jù)包進行檢測。在發(fā)送端收到擁塞警告為1，則會啟動丟失數(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 計算機無線通信傳輸中鏈路中斷的改進措施

在無線通信網(wǎng)絡(luò)中對于傳輸鏈路的控制，主要通過發(fā)送端發(fā)送窗口、網(wǎng)絡(luò)超時重傳等的凍結(jié)，進行網(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，或者服務(wù)器/瀏覽器（BS）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的信號強度，進行網(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，發(fā)送端在收到該信息后，會對發(fā)送窗口的狀態(tài)信息進行凍結(jié)，以避免超時重傳情況的發(fā)送。之后使用零窗口探測定時器（ZWP），展開鏈路中斷的檢測活動，然后將0窗口字符串信息發(fā)送給移動用戶，最終對恢復(fù)后的鏈路進行數(shù)據(jù)重傳。通過在10Mb/s網(wǎng)絡(luò)中進行模擬中斷實驗得出，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。而對于無線網(wǎng)絡(luò)中用戶節(jié)點移動的問題，需要通過對網(wǎng)絡(luò)超時重傳的凍結(jié)，進行數(shù)據(jù)包重傳速率的控制，以減少頻繁重傳產(chǎn)生的時間間隔。在進行發(fā)送端發(fā)送窗口、網(wǎng)絡(luò)超時重傳等的凍結(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 計算機無線通信傳輸中數(shù)據(jù)時延的改進措施

當(dāng)前無線信道中的網(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。而且由于多個用戶對無線傳輸帶寬的使用，造成數(shù)據(jù)往返傳輸過程的時延抖動問題，進而致使網(wǎng)絡(luò)傳輸控制中數(shù)據(jù)吞吐量的降低。通過引入非擁塞丟失控制（TCPNCL）的數(shù)據(jù)時延解決方式，能夠改進網(wǎng)絡(luò)鏈路數(shù)據(jù)時延抖動的難題，從而減少發(fā)送端對丟失數(shù)據(jù)包的超時重傳。通過利用擁塞確定計時器、超時重傳計時器等，進行數(shù)據(jù)重傳過程中的擁塞控制。首先在完成擁塞確定計時器的開啟后，可以對發(fā)送端接收的字符串?dāng)?shù)據(jù)進行檢測，并分析發(fā)生超時重傳現(xiàn)象的主要原因。若由于數(shù)據(jù)包丟失而導(dǎo)致超時重傳，則需要確認重傳的數(shù)據(jù)包；若由于數(shù)據(jù)時延抖動導(dǎo)致超時重傳，則要在不啟用擁塞控制的情況下，對數(shù)據(jù)包往返時延進行更新，以保證無線通信傳輸中的性能穩(wěn)定。

5 結(jié)語

在計算機通信與集成技術(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)點移動、數(shù)據(jù)處理時延等干擾的情況下，計算機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)擁塞等問題。因此在計算機通信的數(shù)據(jù)傳輸過程中，需要通過多種TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議與代理技術(shù)的構(gòu)建，來推動發(fā)送端、接收端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该骰?，提升無線信道網(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。