基于TFRC的擁塞控制機制研究綜述

張小瑋

摘 要：隨著無線網絡多媒體的發展，網絡中充斥著許多流媒體應用。而當在傳輸過程中，網絡帶寬無法滿足用戶需求的時候，網絡中會存在一定的擁塞，那么本文根據TFRC機制能夠有效地解決網絡擁塞問題，作出此機制的研究綜述。

關鍵詞：TFRC;擁塞控制機制;無線網絡

1 TFRC吞吐量模型

無線網絡流媒體傳輸過程中網絡容易存在網絡擁塞的狀況，解決網絡擁塞的方法必須要滿足以下幾個條件：a傳輸過程中保持網絡的穩定，b要有足夠高的帶寬利用率，c傳輸速率必須具有平滑性。在同樣的網絡條件下，當網絡中存在TFRC[1]以及TCP兩種流的情況下，TFRC具有帶寬公平特性。但是對于TFRC在發送端的發送速度，學者研究發現仍然會存在抖動，這樣使得傳輸效率大幅降低。TFRC機制的吞吐量公式如公式（1）所示。

（1）

其中V代表TFRC吞吐量的速度，S表示傳輸數據的包大小值，R就是RTT，tRTO則是超時時間。

2 TFRC協議工作過程

TFRC擁塞控制機制包含發送端和客戶端，具體工作過程如圖1所示：

圖1 ?TFRC機制工作過程

在TFRC發送端側的數據主要包含以下幾種信息：a數據發送時間節點，b數據的序列號，c根據數據傳輸估算的RTT，d估算的RTO值。而在TFRC客戶端也就是我們通常所說的接收端存在反饋數據，其包含以下幾種信息：a數據的序列號，b發送反饋數據開始至讀取現在時間節點，客戶端估算的速率值，c丟包率p的值，d數據發送時間節點。

3 TFRC機制運行的主要階段

TFRC擁塞控制機制主要存在以下幾種主要階段：a慢速啟動，b避免網絡擁塞階段。在第一個階段中，此時網絡傳輸速度較慢，因為TFRC擁塞控制機制需要對網絡中帶寬的有效值進行估算，因此，在整個網絡試探過程中，必然會影響TFRC機制中客戶端數據質量，同時，如果網絡發生多個丟包事件，那么網絡會在一段時間內不斷丟包，會使得發送速度減小。

當網絡處于試探階段時，如果在傳輸流媒體過程中存在多個丟包事件，TFRC將會進入擁塞避免環節：①當客戶端接收到來自發送端的數據后，得到p的計算數值，然后通過反饋通道發送至發送端;②反饋信息到達發送端，得到RTT以及RTO的計算數值;③發送端根據反饋得到的參數進行速度更新，并對前一個接收的速度兩倍值進行對比，取兩者中小的那個數值作為下一步的數據發送速度[2]。

4 TFRC機制吞吐量公式參數計算

合理的參數設置計算必然影響著網絡的吞吐性能。對于參數的計算手段，我們如下進行描述。

4.1 往返時延值RTT以及重傳數據超時值RTO ?我們在NS2網絡仿真軟件中編寫TFRC源程序，假定客戶端通過反饋通道發送數據的時間節點為，而反饋數據中存在2個數值即和。那么前者表示發送端通過反饋通道收到的最后數據的時間節點值，而后者表示時間延時的值，因此整個計算定義如公式（2）所示：

（2）

4.2 丟包事件概率的計算 在無線網絡流媒體的傳輸中，我們對網絡的要求很高，例如，視頻流是連續性的數據，那么必須要進行丟包事件的統計。我們在TFRC擁塞控制機制中，在客戶端進行丟包事件的概率統計，并通過反饋通道將其發送給發送端。TFRC規定如果網絡中存在丟包，那么前后丟包的時間間隔小于一個時間循環值，我們認為丟包的事件是同一個。傳統意義的丟包事件間隔為時間差，但是在TFRC中則認為其是序列號的差值。

以視頻流數據為代表的流媒體傳輸數據要求在網絡的傳輸中發送速度有盡可能小的抖動，那么我們也要求丟包事件率的值也是如此。那么學者通常運用加權平均來對丟包事件率進行更新[3]，即如公式（3）所示：（3）

并且關于加權平均計算方法中的參數我們按照公式（4）來確定：（4）

我們發現加權平均法中參數n的值影響著網絡的響應速度，認為n取8是最合理的。而丟包事件間隔也就是丟包數據的序列號差值，因而對于差值的計算必須要準確合理，這樣才能改善網絡擁塞情況。

5 總結

本文重點討論了TFRC機制的吞吐量模型、TFRC模型的工作過程以及參數的整定計算等內容，從中我們可以知道，合理的參數決定了網絡的優化程度，但是TFRC協議仍然存在許多改進的地方，例如其發送速度仍然會存在一定的抖動，這也為我們今后的深入研究提供了一個很好的突破口。

參考文獻：

[1] Xiao fu， Wang RuChuan， Sun Lijuan， Yu JianPing， Hu Ting.“A Novel Video Transmission Evaluation Framework based on TCP-Friendly Congestion Control Mechanism”， International Journal of Computer Network and Information Security， Vol.2， No.2， PP.19-25， December 2010.

[2] Heekyoung Woo， Jong-won Lee and Seongho Cho. “ATFRC： Adaptive TCP Friendly Rate Control Protocol”， International Conference on Information Networking （ICOIN）， volume 2662， page 171-180， January 2003.

[3] F. Amjad， C. Zou， B. Aslam.Transparent cross-layer solutions for throughput boost in cognitive radio networks， in： Proc. IEEE CCNC，January 2013.