在MANET中的TCP增强

本文内容节选自一篇系统性文献综述（Systematic Literature Review, SLR），标题为“TCP Performance Enhancement in IoT and MANET”，由 Sultana Parween 和 Syed Zeeshan Hussain 撰写，发表在《International Journal of Computer Networks and Applications》（IJCNA）2023年7-8月第10卷第4期上。这篇综述的主要目的是使用SLR技术来检查和更好地理解近年来提出的多种用于提高物联网（IoT）和移动自组织网络（MANET）中TCP性能的方法。

以下内容来自该文4.1节

TCP性能在MANET中一直是多年的研究领域，因为它具有可能影响TCP性能的独特特性。为了评估MANETs中TCP的有效性并提出提升其性能的解决方案，已经进行了许多研究。以下是最近基于MANET的研究努力，旨在增强TCP性能。

• Thuneibat [18] 提供了对Ad hoc网络中节点不可预测行为的准确描述。他们构建并实施了一个基于模拟的系统，用以评估AODV对TCP和UDP的影响。模拟结果将这些情况下的延迟、抖动和吞吐量与模拟时间进行了对比映射。

• Taha et al. [19] 使用AODV路由协议和几种多媒体应用程序，评估了TCP和UDP在MANET中的表现。研究人员得出结论，由于其在包投递率(PDR)、吞吐量和延迟方面的显著性能，TCP最适合于研究场景。

• Malik et al. [20] 通过全面检查黑洞攻击和AODV路由协议的运作，解决了基于AODV的MANETs中恶意节点行为的影响。模拟结果显示了TCP和TCP Vegas在AODV和黑洞AODV下的吞吐量、端到端延迟和标准化路由负载。随着黑洞AODV节点数量的增加，TCP和TCP Vegas的吞吐量显著下降。黑洞攻击显著增加了TCP的标准化路由负载和端到端延迟。TCP Vegas未能改善性能。

• Das et al. [21] 利用基于网格拓扑的路由协议DSR、AODV和DSDV，检查了New Reno和Vegas TCP变体以及Full TCP协议。使用NS2进行的模拟结果表明，无论采用哪种路由协议，FullTCP的性能都优于Newreno和Vegas。此外，DSDV协议提供了更优越的性能。

• Hanin et al. [22] 提出了一种新的优化策略，以改善基于TCP的决策制定。这项研究的目的是评估和确定MANET中TCP的最佳路由协议，目标是在减少数据包丢失、重传和最小化能耗的同时，提高服务质量(QoS)。这项研究的结果显著改善了MANETs中的TCP性能。

• Sarkar et al. [23] 在信道噪声条件下改进了MANETs上TCP的性能。他们提出了一种新的传输层协议TCP-LoRaD，它解决了由TCP拥塞管理技术引起的数据包丢失问题。为了验证TCP的有效性，在现实场景下进行了广泛的模拟。

• Sivakumar et al. [24] 提出了COLMACL以增加网络吞吐量并解决MANET中的拥塞管理问题。通过这种方法，平均数据传输速率得到提升，同时平均排队延迟降低。COLM-ACL通过TCP的凸优化拉格朗日乘数基于代数的拥塞可能性(COLM-ACL)来解决拥塞管理问题。在MANET中，通过凸优化调节数据传输速率。因此，移动节点的最优速率是通过路径上的拉格朗日乘数的动态改进和队列因子来确定的。

• Vivekananda et al. [25] 使用NS2对TCP、UDP和SCTP的性能进行了评估，基于多种质量指标。在自组织网络中，模拟结果表明，SCTP在抖动、吞吐量、PDR（包投递率）、延迟和丢包率方面优于TCP和UDP。

• Hanin et al. [26] 开发了一种基于模糊逻辑系统的跨层策略，用于确保有效诊断数据包丢失并找到适当的解决方案。NS3模拟结果表明，这项研究普遍提升了MANET中TCP的性能。通过减少数据包开销和功耗，可以提高吞吐量。

• Kumar et al. [27] 提出了一种自适应代理确认方案和基于跨层的拥塞检测方案，用于MANET中的TCP。这种机制使用链路层传输队列长度和链路可用性的指标来选择沿源和目的地的代理节点。这些用于确定应使用哪些节点。通过验证缺失的TCP序列号，可以检测到局部拥塞。使用帧传输效率来确定端到端拥塞。模拟结果表明，提出的方法确保了连通性以及不受拥塞影响的传输。

• Nigar et al. [28] 提出了一种解决MANETs在传输层的公平性问题的解决方案。他们的方法涉及使用广泛认可的路由协议来识别MANETs中最佳的TCP变体。通过NS-2进行的模拟实验对几种TCP变体的吞吐量公平性进行了评估。使用DSDV路由协议时，TCP Reno表现最佳。与其他现有的路由协议相比，TCP Cubic也显示出了提高的吞吐量。与其他TCP变体相比，TCP Vegas在不同路由协议上表现不公平。

• Sharma et al. [29] 引入了HybridTCP的修改版本，该版本结合了增量参数率，该参数由信号强度和噪声因子确定，以准确确定重传时间。性能分析表明，Modified Hybrid-TCP变体的性能优于传统TCP变体。

• Patel et al. [30] 的研究主要目的是调查不同TCP实现对MANET中不同移动模型的响应。TCP Westwood NR能够确定特定连接的可用带宽量。上述修改是TCP的发送方修改。在无线环境中，最常见的问题是链路故障导致的丢失，而其他TCP版本通常难以有效利用可用带宽。为了最大限度地利用可用资源，TCP Westwood NR可以修改以执行计算，以确定在接收到每个ACK时特定连接的可用带宽。

• Zin Oo et al. [31] 提出了一种名为PACK（代理确认）的技术，以提高MANETs中TCP连接的效率。PACK技术被集成到各种TCP变体中。采用不同的网络拓扑结构，研究了静态和移动自组织环境之间性能的差异。模拟结果表明，在TCP变体的情况下，PACK在性能上优于PART。在网格拓扑结构中，使用PACK而不是PART时，TCP变体的吞吐量显著提高，丢包率降低了高达60%。

• Rao et al. [32] 提出了一种名为Smart Acknowledgment Distributed Channel Access的方案。该方法利用一种独特的访问类别（AC），专门为数据仅有的TCP确认数据包，然后给予最高的优先级。因此，可以在数据包传输期间最小化延迟。此外，数据包的确认可以立即发送。通过考虑传输速率、跳数和信道占用比等多个参数，并相应地优化延迟窗口大小，可以实现TCP性能的优化。

• Pusuluri et al. [33] 提出了一种基于反馈的TCP优化技术，称为TCPF（基于反馈的TCP），旨在优化TCP性能。该技术使源能够区分路由失败通知数据包，从而允许它停止数据包传输并冻结其计时器。他们对有无反馈的自组织网络中TCP的性能进行了比较分析。通过网络中不同数量节点的吞吐量、路由开销和时延等指标来评估性能。

• Volkov et al. [34] 提出了基于伪随机信号和MANET架构的抗干扰通信系统的概念。MANET的性能在很大程度上取决于设备及其环境产生的干扰。UDP协议的使用在冗余性方面效率低下，增加了网络负载。考虑了许多现有的干扰，并检查了TCP协议在MANET中的潜在应用。在这种机制中展示了TCP协议在具有挑战性的干扰场景中的总体性能。

• Sunitha et al. [35] 提出了一种创新技术，使用布谷鸟搜索优化选择最优的基础RTT值。此外，他们建议的算法根据现有带宽的实时估计动态考虑慢启动方法，并为特定网络环境调整拥塞避免阶段的减少或增加速率。与其他方法相比，建议的算法可以有效地防止数据包丢失，并实现最高吞吐量。

• Govindarajan et al. [36] 开发了名为“增强TCP NCE”的协议，旨在减少错误识别非拥塞事件的发生，并改善对这些事件的响应机制。模拟结果表明，增强的TCP-NCE协议提高了性能。

• Zhang et al. [37] 引入了一种使用多路径TCP并优先考虑体验质量（QoE）的数据传输方法。他们提出了一种新的隐马尔可夫模型（HMM），利用最优起始多路径路由，根据移动节点的前一个连接状态准确预测其未来的网络连接状态。MPTCP用于同时通过多个MSD接口传输数据，并增强MPTCP子路径构建过程。他们研究并增强了多跳路由技术。结果表明，他们的方法可以提供比单独使用传统MPTCP更好的网络流量负载平衡和更有效的多个子路径使用。

• Sharma et al. [38] 引入了一种称为CL-ADSP的新方法，作为通过多路径TCP传输数据的灵活和适应性方法。多路径数据传输策略的双重概念在有效方式中得到执行。模拟结果表明，CL-ADSP方法在提高吞吐量、减少文件传输时间以及最小化超时数据包数量方面是有效的。

• Shenoy et al. [39] 完成了对MANETs中修改版TCP New Reno的性能分析。为了进行比较研究，TCP New Reno的MD阶段的MANET拥塞窗口仅减少了20%，而之前是50%。与之前策略相比，这在吞吐量和数据包传递率方面的性能得到了改善。

• AlMaaitah [40] 根据MANET环境的条件更新了超时计算方法，以产生更精确的重传时间。网络状态是通过第一个和第二个确认之间的时间变化来确定的。为了解决没有足够的重复确认来触发快速重传的情况，它还建议将所需的最小重复确认从三个降低到两个。使用离散模拟器进行了一系列实验，以评估在不同流量负载和移动速度下建议方法（ATER）与TCP New Reno相比的有效性。结果表明，实施AT-ER可以提高MANET中TCP New Reno的吞吐量。

• Molia 和 Kothari [41] 主要集中在传统的TCP变体和MANETs中的变化损失上。他们解释了MANETs的跨层技术和分层TCP方法。这项研究基于损失区分、损失避免方法和损失预测，分析了多种TCP变体。这项研究的主要目标是识别与MANETs相关的TCP现有挑战，并探索未来增强的潜在途径。

• Molia 和 Kothari 提出了 TCP-RLLD [42]，即基于强化学习的TCP损失检测。这是一种在传输层的全面解决方案，用于预测数据包丢失的主要原因。TCP-RLLD旨在取代TCP默认行为，即将任何丢失解释为拥塞丢失，以避免不必要的传输速率降低。对多种TCP变体以及TCP-RLLD进行了评估，用于移动自组织网络。

• Deshpande 等人 [43] 提出了一种新算法来缓解TCP的基本限制。第一部分包括解决路由失败、节点失败、数据包丢失和整体吞吐量提升的方法，而第二部分名为"Adept Route Yielding Algorithm"，确定当前节点转发数据包的最有效路径。这两种方法已确定能够产生更好的结果，并且被命名为"基于反馈的自适应快速传输控制协议"。

• Sunitha 等人 [44] 开发了一个信任感知路由协议，用于在MANET上选择最佳路由。根据这个协议，直接和间接的信任值被用来计算每个节点的信任值。然后通过网络选择具有最低路由成本度量值的最佳路径。一旦选择了最佳路径，数据包就沿着最佳路径传送。由于移动性或拥塞，传输中的数据包可能会被丢弃或重新排序。

• Huang [45] 重新设计了MANET上的TCP拥塞控制，并提出了QUIC-TCP算法。该算法使用Lyapunov方法构建了一个TCP流体模型，以实现全局收敛和稳定性。

表格数据（表2）总结了上述文章，并强调了评估MANET网络中TCP性能提升的最关键的指标。图5显示了提供MANET服务质量（QoS）的考虑参数的详细分析。表1提供了这些研究的比较，用于评估TCP的性能。参数包括数据包投递率、平均数据包丢失率、吞吐量、数据包丢失率、延迟、路由开销比/正常化路由负载、抖动和噪声比率。 （表都省略了，有兴趣的请看原文。）