基于UDP的终端性能自适应协议的设计与实现

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作者：王斌陈红梅张保平

来源：《计算机应用》2013年第04期

0引言

用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）是一种无连接的传输层协议，没有连接建立和连接终止的握手过程，所以UDP协议通信效率高，冗余性强，对个别数据包丢失不敏感，广泛应用于车辆检测仪、气象检测仪和情报板等工程类项目中。在高速公路可变情报板系统中，UDP协议经常在应用层面利用后向差错控制（Backward Error Control，BEC）技术实现对数据流的调节，以避免网络的阻塞。接收端采用与发送端“一次握手”的方式来确保每一个独立数据包的正确传输。如果接收数据包正确合法，接收端将回送确认信息（ACK）来传输下一个数据包；否则自动请求重发（Automatic Repeat reQuest，ARQ），这一机制称之为空闲ARQ[1]。

空闲ARQ因技术简单而容易实现。但是，半双工的通信方式致使其传输效率和带宽利用率很低，在往返时延（RoundTrip Time，RTT）较高的情况下尤为明显。相比之下，连续ARQ 克服了空闲ARQ停止等待的缺点，它允许发送端在收到ACK之前连续发送多个数据包，也允许接收端连续接收[2]。然而在可变情报板系统中，负责数据接收的工控机配置情况差强人

意，与发送端相去较远。一些终端自适应协议（如RBUDP+[3]、RAPID[4]、PAPID+[5]、GTP （Group Transport Protocol）[6]、PAUDP[7]和RTsunami[8]等）已经考虑到终端的性能问题，它们根据终端系统的接受能力实时调整发送速率，从而获得更好的传输性能。这些协议在eScience等需要海量数据传输的科研应用中效果显著[9]，而对于工程中广泛使用的小文件传输力不从心，因为在协议作出调整之前文件已经传输完毕，各种算法无用武之地。为了解决上述提到的诸多问题，本文探讨了与终端性能相关的若干影响因子，并针对终端性能瓶颈提出一种基于UDP的自适应传输协议。该协议无须用户干预，可根据系统当前状态配置参数，针对不同大小的文件区分对待，采取多种措施保证数据可靠快速地传输。

1影响终端性能的若干因素

终端性能在本文中特指数据处理能力。当发送端与接收端数据处理能力极度不匹配的情况下，接收端不能及时读取UDP缓冲区，继而后到的数据包会将未及时读取的数据覆盖掉，最终导致接收端数据的丢失[10]。接下来通过数学模型准确地描述终端性能对数据传输可靠性的影响。