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网格计算中的TCP拥塞控制机制网络知识

时间：2022-12-21 07:30:53 其他范文收藏本文下载本文

网格计算中的TCP拥塞控制机制网络知识（精选8篇）由网友“雅俗共赏yiwa”投稿提供，下面小编为大家整理过的网格计算中的TCP拥塞控制机制网络知识，欢迎阅读与借鉴!

网格计算中的TCP拥塞控制机制网络知识

篇1：网格计算中的TCP拥塞控制机制网络知识

一、引言目前，网格的发展越来越受到大家的重视，它们可以在不同国家甚至不同州的机器之间传输甚至到达几千G字节的大文件，将大规模的数据处理分散到世界范围的各个组织中，网格的应用需要高速远距离网络的支持，这可能需要网络速度达到622Mbit/s或是更高

一、引言

目前，网格的发展越来越受到大家的重视，它们可以在不同国家甚至不同州的机器之间传输甚至到达几千G字节的大文件，将大规模的数据处理分散到世界范围的各个组织中。网格的应用需要高速远距离网络的支持，这可能需要网络速度达到622Mbit/s或是更高。在这种情况下，传统的TCP拥塞控制算法就不太适用了。这主要有以下三方面的原因：

（1）传统的TCP拥塞控制机制在高速网络中反应性比较差，这是因为TCP在高速网络中对分组丢失的反应要敏感得多。这主要是由于它的拥塞避免算法是基于AIMD（Additive Increase Multiplicative Decrease，和式增加积式减少）的。所以一个分组的丢失在高速网络中所造成的后果是很严重的：一个分组丢失被检测出来之后，TCP连接就会将带宽减半（积式减少），这样就会不止花上几百毫秒或是多达几秒钟，甚至花上几分钟或是几个小时来恢复所有的可用带宽（和式增加）。另外，慢启动也会造成TCP在高速网络中性能的下降，但是它的影响要比拥塞避免小点。因为通过三个重复的ACK来判断分组丢失的情况要比超时经常得多，因此TCP连接会花费大多数时间在拥塞避免算法上。

（2）传统的TCP总是把分组丢失解释为拥塞，而假定链路错误造成的分组丢失是可以忽略的，但是在高速网络中，这种假设是不成立的。当数据传输速率比较高时，链路错误是不能忽略的。由链路错误引起的分组丢失和由网络拥塞引起的分组丢失的可能性是相同的。因此，不能笼统地认为分组丢失都是由网络拥塞引起的。因此，当一个TCP分组丢失后我们不应该认为就是出现了网络拥塞，拥塞的判断需要两个连续的分组丢失。

（3）传统的TCP不能使用网络链路的所有容量。这主要是由于在AIMD算法中，TCP从一个分组丢失到带宽的恢复所用的时间比较长。这是目前所有TCP版本（TCPTahoe、TCPReno、New-Reno、SACK、Vegas等）的一个固有的问题。而高速远距离网络的造价是比较高的，所以对容量的浪费是不可原谅的。

针对以上TCP传统算法的缺陷，网格计算中的TCP拥塞控制提出了一个新的带宽使用的公平性原则和增减算法，对于克服传统TCP在快速远距离网络中的不足起到了很好的作用。

二、带宽减少算法

在适用于网格应用的快速远距离网络中，可以假设连接的可用带宽在相当长的时间（大致是10min到1h）内是保持不变的，这个假设对与其他类型的网络基本上也是成立的。根据这个假设，可以做如下的近似：对于一个长时间的TCP连接，可用带宽ABW可以看作是一些分段表示的常数。

根据以上的简化模型，我们可以对TCP和式增加积式减少的带宽增减算法进行修改。在用于网格计算的TCP拥塞控制中，当一个TCP连接检测到网络拥塞时（用于网格计算的TCP拥塞控制，对于拥塞的判断标准是在一个相同的拥塞窗口中至少有两个连续的分组丢失，只有一个分组丢失被认为是链路错误），并不是将带宽减半，而是减少ABWi-ABWi+1，ABWi+1由式（1）得出 =-1

（1）

式中 ABWi- 在阶段i的可用带宽；

C- 链路容量的估计值； ABWi在较长时间（一般式10min到1h）内是常数，

由于 ABWi是C的一部分，所以

A i，E αi，（0≤αi≤1）∧（ABWi＝αiC）（2）

由式（1）和式（2）可以得到

αi＋1= （3）

ABWi-ABWi+1= （4）

式（4）就是用于网格计算的TCP拥塞控制，采用新的减少带宽的算法，相应传统TCP的减少算法可以由以下表示

ABWJi-ABWJi+1== （5）

由式（5）可以得出

αi＋1=αi /2 （6）

当αi=5%时，由（3）式可得αi＋1=4.76%，而由（6）式得到αi＋1=2.5%，如果C=622Mbit/s，那么新的算法可以节省14Mbit/s的带宽；当αi=20%时，由（3）式可得αi＋1=16.7%，而由（6）式得到αi＋1=10%，如果C=622Mbit/s，那么新的算法可以节省41Mbit/s的带宽。所以，当拥塞发生后，新的算法减少的带宽比较少，这样恢复起来也比较快。当αi=0或αi=100%时，也就是当链路中只有一个或有无限多TCP流时，两种算法取得一致。但是，在网格应用的网络中，这两种情况出现的比较少。

三、带宽增加算法

用于网格计算的TCP拥塞控制所使用的带宽增加算法有些复杂，它可以分为五种情况来分析：

（1）当链路刚刚经历了拥塞，并且我们假定这个拥塞现象是暂时的，我们首先根据式（4）来减少带宽，然后再通过二分检索法增加带宽到以前的稳定状态：ABWi。如果在这个过程中没有新的分组丢失，那么TCP连接就应该保持在阶段i，然后根据情况（3）来处理；如果我们检测到同一个拥塞窗口中至少有两个分组丢失，那么TCP连接就应该从阶段过渡i到阶段i+1，并且根据情况（2）来处理。

（2）当网络出现新的拥塞问题时，我们来得到一个新的带宽稳定值ABWi+1，ABWi+1要比ABWi小。在这种方法中，增加和减少带宽都使用二分检索法，一旦有分组丢失我们就减少带宽，否则就增加带宽。这种方法能比较迅速地使可用带宽稳定到ABWi+1。网络稳定在阶段i+1后，在根据情况（3）来处理。

（3）在这种情况下，TCP连接以速率ABWi传输数据。当检测到拥塞发生时，就根据情况（1）来处理；如果直到TCP占用计时器（它的值由经验获得，但一般希望是10min到1h）关闭仍没有拥塞发生，就根据情况（4）来处理。

（4）TCP已经以速率ABWi传输数据很长时间而没有检测到拥塞，因此我们希望可用带宽增加，进入一个新的阶段i+1，在这个阶段ABWi+1应该比现在的ABWi大。所以，一旦TCP占用计时器关闭，我们就开始增加带宽到ABWi+1，ABWi+1可以根据式（7）获得=+1 （7）

如果在这个过程中检测到拥塞，就根据情况（1）来处理。

（5）建立一个新的TCP连接，并且为可用带宽ABW0赋初始值为链路的容量C，然后再根据第（2）种情况来分析。

四、结束语

以上是用于网格计算的TCP拥塞控制所使用的新的带宽增减的算法，它克服了传统的AIMD算法的保守性，可以较充分地使用链路容量，所以在高速远距离网络中，它的效率比较好。但是这种算法还存在着一些缺陷：链路容量C的估计总是近似的，而且精确度也未知；容量的估计需要花费时间，对于短时存在的TCP连接，有可能用于容量估计的时间比连接存在的时间还要长；实际的网络中，路由是会改变的，所以发送端计算出的容量有可能和实际TCP连接使用的容量不一致。

原文转自：www.ltesting.net

篇2：TCP网络知识总览

TCP状态转换图

TCP报文头

三次握手

client server

SYN_SENT --------- SYN J --------->

<-------- SYN K/ACK J+1 -- ESTABLISHED

--------- ACK K+1 ------->

ESTABLISHED

SYN包中可能携带以下信息

MSS(Maximum Segment Size)，可由TCP_MAXSEG获取或设置，

TCP网络知识总览

，

篇3：更快的网络与TCP慢启动机制

还在纠结到哪里能找到“最好最快的”网络提供商？最近我听取并比较了十多个不同的方案之后，有人提醒了我一个简单的事实：业界采用的主要指标（带宽）实际上极具误导性，其实对于大部分网站浏览的应用来说，超过几兆的网络连接对于性能只有很小的提升。

罪魁祸首之一就是“TCP慢启动”，对，这是个功能，不是缺陷。要理解其中的原因，我们必须到TCP栈里面一探究竟，这样我们也能学到一些建立更快速网络服务的有趣的小技巧。

TCP慢启动

TCP协议提供了许多内置的功能，其中我们感兴趣的两个是拥塞控制和拥塞避免。TCP慢启动是TCP层内部实现拥塞控制的一种机制。

慢启动和其它一些算法联合使用，避免发送过多的数据以至网络无力传输，也就是防止网络拥塞。

－

表面上的流程很简单：客户端发送一个SYN包，它告知本端的最大缓存大小（rwnd －接收窗口），发送端回传几个包作为应答（cwnd-拥塞窗口），之后，每次它收到来自客户端的ACK包，它就把发送包（传输中并未收到确认的）的数量加倍。

这个过程也被称作TCP连接的“指数增长”阶段。OSI学院有一个很好的动画演示这个过程：（滚动到底点击播放）。那么，这和我们有什么关系呢？不管你的带宽有多大，每一个TCP连接都要经历这个过程，这也就是说，通常情况下，实际用到的带宽受制于发送端和接收端的缓存大小的设置，

HTTP和TCP慢启动

或者，稍微换个说法，一个10M的带宽平均上只用了16％的容量。老天！这说明，如果我们要提高网速，我们应该着眼于降低客户端和服务器之间的往返时延，而不一定要一味地花钱提高带宽。当然，当你在缓冲一个大文件的时候高带宽很有用，或者跑个速度测试也能唬唬人。问题是，基于HTTP的交互倾向于应用短暂、突发的连接－在这样的情况下，我们常常无法占用信道的全部容量！Google做一个研究表明，当带宽从5M升高到10M，页面加载时间只提高了让人失望的5％。

CWND的故事

如果TCP慢启动很慢的话，我们不能让它快一点么？其实，直到最近，Linux TCP栈本身把拥塞窗口（cwnd）的初始值硬编码为3到4个包，这也就是4kb的大小（一个包大约1360字节）。还有个频繁发生的问题，HTTP有每获取一个资源要建立一个连接的毛病。这些加在一块，你的性能就受到了严重限制。

在内核2.6.33版本里，经过了长期讨论和提交很多的IETF修改建议之后，cwnd的初始值被设为10个包。这本身就是一个很大的进步。但是有个问题，猜猜现在大部分服务器跑的是什么版本的内核？没错，也许现在是时候更新你的服务器了。给你个实用的小提示，如果你考虑你的网络服务开始使用SPDY，那么如果不在最近的几个内核上面跑，你实际上不会得到任何的性能提升！TCP栈的一个小小的改动在全局能产生巨大的变化。

那么我该怎么办？

TCP慢启动是一个功能，不是缺陷，而且它的确包含有趣而重大的意义。作为开发者，我们经常会忽视客户端到服务器的往返时延，但是如果如果我们真有志于建立更快的网站，现在该去研究一下这些选择了：在和网络服务通信的时候重用TCP连接，建立支持HTTP keep-alive和流水线的网络应用，重视端到端的时延。噢，还有，别在高于10兆的宽带上浪费钱了，可能你根本就不需要。

篇4：交错网格下的有限控制容积多重网格计算

交错网格下的有限控制容积多重网格计算

在有限控制容积法和速度-压力修正的基础上,引入多重交错网格算法及非线性方程的全近似格式(FAS).相邻各重网格之间的主变量及其相应控制容积上的.残值分别通过双线性插值和求和的方法传输信息.所有方程,包括压力修正方程,都以同等方式参与多重网格循环计算.该方法使应用广泛的交错网格算法很容易扩展成多重网格算法,有效地提高了收敛速度.以二维空穴驱动层流为例,测试表明收敛速度可以提高4～25倍.给出了空穴、旋转流动交错多重网格的数值计算结果及其Particle Image Velocimetry(PIV)全场实验测量结果的对比.数值计算很好地再现了旋转流动的旋涡特性.

作者：刘应征陈汉平LIU Ying-zheng CHEN Han-ping 作者单位：上海交通大学,动力与能源工程学院,上海,30 刊名：上海交通大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY 年，卷(期)：2000 34(9) 分类号：V211.3 关键词：有限控制容积法多重网格交错网格

篇5：TCP/IP在网络中的高效配置

TCP/IP在网络中的高效配置

TCP/IP在网络中的高效配置<?xml:namespace prefix = o ns = “urn:schemas-microsoft-com:office:office” />

罗光亮龙岗区信息咨询开发中心深圳.龙岗

摘要：本文详细分析了在网络中最常用的TCP/IP协议的原理和寻址方式，通过实例来描述TCP/IP在网络中进行子网分割和应用，使人对TCP/IP有一个更为充分的认识和应用。

关键词：协议；寻址；因特网

引言

随着计算机网络应用的日益普及，TCP/IP Internet协议已成为计算机工业中开放系统互连的事实上的标准。TCP/IP协议，即Transmission Control Protocol/Internet Protocol（传输控制协议/因特网协议），是目前最完美并广为接受的通信协议之一，它应用于在广域网中实现不同类型的网络以及不同类型的芯片和操作系统的主机之间的相互通信，各种类型的以太网中，如Windows 95/98的对等网、Windows NT、Unix、Linux、NetWare，目前都广泛地支持该协议。

TCP/IP寻址

在管理

TCP/IP网络时，一个最有挑战性的工作是管理IP地址和保管记录好IP与地理位置的对应关系，尤其对于一个新的管理员或刚接触管理IP地址的人更是如此。信息从一个主机取出，放到另一个主机的时候，有三种东西起了作用，即主机名、主机地址、主机路径。这就关系到IP寻址的问题。

一、IP地址类型

为了控制IP寻址的方式，制定了类型结构，即把IP地址分为五类（A-E类），有三种用在了商业网络中。

A类 A类地址的高端位总是置为0。只要最左一位置

0，剩下的位数不管是0或1，都是A类地址。因为第一个八位组决定网络地址的类型，只要第一个八位组小于128就是A类地址。如：10.35.64.23是一个A类的TCP/IP地址。如果用缺省的A类地址子网掩码255.0.0.0。则网络部分地址为10.0.0.0，主机部分地址为：0.35.64.23。总共有128（0-127）个A

类地址，但每个A类网络可以有16777216（224）个不同的主机标识。

B类 B地址是IP地址的高端前两位置位10。并且B类IP地址中，前两个8位组表示网络部分，后两个8位组表示主机部分。B类地址范围是从128.0.0.0至191.255.0.0。如136.35.26.64是

一个B类TCP/IP地址。用B类缺省子网掩码255.255.0.0与此地址进行位操作，则网络部分为136.35.0.0，主机部分为0.0.26.64。B类可以有16384个网络地址，每个网中可有65536（216）个不同的主机标识。

C类 C类地址高端的三位设置为110。C类地址前三个八位组作为网络地址，最后一个八位组作为主机地址。C

类地址的范围是从192.0.0.0到223.255.255.255。如198.35.64.85是一个C类TCP/IP地址，用C类缺省子网掩码255.255.255.0，则网络部分是：198.35.64.0，主机部分是0.0.0.85。C类有2097152个网址，每个C类网可有256（28）个不同的主机标识。目前局域网中最常用的是C类IP

地址，我单位（龙岗区信息中心）局域网主机的`IP地址为：192.168.168.1和192.168.168.2，子网掩码是255.255.255.0。

最后两类IP地址到现在还没有应用，这里不作介绍。

二、子网分割（以C类地址为例）

在实际应用中，即使是使用C类网址，也会浪费掉相当一部分IP地址，有一种更有效的方法使用IP地址，这就是子网分割。子网分割就是利用主机地址提供更多网址的技巧，减少了每段网中的主机数，并且更有效地利用配置给我们的网络地址。

每个IP地址有两部分组成，一部分为网络地址，一部分为主机地址。C

类地址用前三个8位组表示网络地址，最后一个8位组为主机地址。像如下形式表示，其中N代表网络，H代表主机。

NNNNNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH

建一个子网掩码，就是把部分H变为N，由此得的结果用于网络地址。决定有多少个H需要变为N的公式为2x-2=Y，其中X表示用于网络地址的位数，Y是得到的网络个数结果。如用主机部分的前三位给网络部分，地址如下所示：

NNNNNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.NNNHHHHH

用公式计算，我们有23-2=6个子网，每个子网可以有25-2=30个主机。在缺省的情况下，C类地址的子网掩码是255.255.255.0，这表示前三个8位组用作网络地址，最后一个8位组用作主机地址。现在我们决定有最后8位组的前三位也用于网址，而只用后五位作为主机地址，我们把前三位设置为1，把后五位主机地址设置为0。

128 64 32 16 8 4 2 1

1 1 1 0 0 0

篇6：TCP/IP在网络中的高效配置

罗光亮龙岗区信息咨询开发中心深圳.龙岗

摘要：本文详细分析了在网络中最常用的TCP/IP协议的原理和寻址方式，通过实例来描述TCP/IP在网络中进行子网分割和应用，使人对TCP/IP有一个更为充分的'认识和应用。

关键词：协议；寻址；因特网

引言

TCP/IP寻址

在管理TCP/IP网络时，一个最有挑战性的工作是管理IP地址和保管记录好IP与地理位置的对应关系，尤其对于一个新的管理员或刚接触管理IP地址的人更是如此。信息从一个主机取出，放到另一个主机的时候，有三种东西起了作用，即主机名、主机地址、主机路径。这就关系到IP寻址的问题。

一、IP地址类型

为了控制IP寻址的方式，制定了类型结构，即把IP地址分为五类（A-E类），有三种用

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篇7：TCP的SACK选项功能的详细解读网络知识

1. 前言 TCP通信时，如果发送序列中间某个数据包丢失，TCP会通过重传最后确认的包开始的后续包，这样原先已经正确传输的包也可能重复发送，急剧降低了TCP 性能，为改善这种情况，发展出SACK(Selective Acknowledgment, 选择性确认)技术，使TCP只重新发送丢

1. 前言

TCP通信时，如果发送序列中间某个数据包丢失，TCP会通过重传最后确认的包开始的后续包，这样原先已经正确传输的包也可能重复发送，急剧降低了TCP性能。为改善这种情况，发展出SACK(Selective Acknowledgment, 选择性确认)技术，使TCP只重新发送丢失的包，不用发送后续所有的包，而且提供相应机制使接收方能告诉发送方哪些数据丢失，哪些数据重发了，哪些数据已经提前收到等。

2. SACK选项

SACK信息是通过TCP头的选项部分提供的，信息分两种，一种标识是否支持SACK，是在TCP握手时发送；另一种是具体的SACK信息。

2.1 SACK允许选项

类型值: 4

+---------+---------+

| Kind=4 | Length=2|

+---------+---------+

该选项只允许在有SYN标志的TCP包中，也即TCP握手的前两个包中，分别表示各自是否支持SACK。

2.2 SACK选项

选项类型: 5

选项长度: 可变，但整个TCP选项长度不超过40字节，实际最多不超过4组边界值。

+--------+--------+

| Kind=5 | Length |

+--------+--------+--------+--------+

| Left Edge of 1st Block |

+--------+--------+--------+--------+

| Right Edge of 1st Block |

+--------+--------+--------+--------+

| |

/ . . . /

| |

+--------+--------+--------+--------+

| Left Edge of nth Block |

+--------+--------+--------+--------+

| Right Edge of nth Block |

+--------+--------+--------+--------+

该选项参数告诉对方已经接收到并缓存的不连续的数据块，注意都是已经接收的，发送方可根据此信息检查究竟是哪个块丢失，从而发送相应的数据块。

* Left Edge of Block

不连续块的第一个数据的序列号

* Right Edge of Block

不连续块的最后一个数据的序列号之后的序列号。

表示(Left Edge - 1)和(Right Edge)处序列号的数据没能接收到。

3. SACK的产生

SACK通常都是由TCP接收方产生的，在TCP握手时如果接收到对方的SACK允许选项同时自己也支持SACK的话，在接收异常时就可以发送SACK包通知发送方。

3.1 对中间有丢包或延迟时的SACK

如果TCP接收方接收到非期待序列号的数据块时，如果该块的序列号小于期待的序列号，说明是网络复制或重发的包，可以丢弃；如果收到的数据块序列号大于期待的序列号，说明中间包被丢弃或延迟，此时可以发送SACK通知发送方出现了网络丢包。

为反映接收方的接收缓存和网络传输情况，SACK中的第一个块必须描述是那个数据块激发此SACK选项的，接收方应该尽可能地在SACK选项部分中填写尽可能多的块信息，即使空间有限不能全部写完，SACK选项中要报告最近接收的不连续数据块，让发送方能了解当前网络传输情况的最新信息。

3.2 对重发包的SACK(D-SACK)

RFC2883中对SACK进行了扩展，在SACK中描述的是收到的数据段，这些数据段可以是正常的，也可能是重复发送的，SACK字段具有描述重复发送的数据段的能力，在第一块SACK数据中描述重复接收的不连续数据块的序列号参数，其他SACK数据则描述其他正常接收到的不连续数据，因此第一块SACK描述的序列号会比后面的SACK描述的序列号大；而在接收到不完整的数据段的情况下，SACK范围甚至可能小于当前的ACK值，

通过这种方法，发送方可以更仔细判断出当前网络的传输情况，可以发现数据段被网络复制、错误重传、ACK丢失引起的重传、重传超时等异常的网络状况。

4. 发送方对SACK的响应

TCP发送方都应该维护一个未确认的重发送数据队列，数据未被确认前是不能释放的，这个从重发送队列中的每个数据块都有一个标志位“SACKed”标识是否该块被SACK过，对于已经被SACK过的块，在重新发送数据时将被跳过。发送方接收到接收方SACK信息后，根据SACK中数据标志重发送队列中相应的数据块的“SACKed”标志，但如果接收不到接收方数据，超时后，所有重发送队列中数据块的SACKed位都要清除，因为可能接收方已经出现了异常。

5. SACK应用举例

发送方发接收方接接收方发送的ACK

送的数据收的数据 (包括SACK)

5.1 SACK累加接收的数据

5000-5499 (该包丢失)

5500-5999 5500-5999 5000, SACK=5500-6000

6000-6499 6000-6499 5000, SACK=5500-6500

6500-6999 6500-6999 5000, SACK=5500-7000

7000-7499 7000-7499 5000, SACK=5500-7500

5.2 数据包丢失，ACK丢失

3000-3499 3000-3499 3500 (ACK包丢失)

3500-3999 3500-3999 4000 (ACK包丢失)

4000-4499 (该包丢失)

4500-4999 4500-4999 4000, SACK=4500-5000 (ACK包丢失)

3000-3499 3000-3499 4000, SACK=3000-3500, 4500-5000

---------此为D-SACK

5.3 数据段丢失和延迟

500-999 500-999 1000

1000-1499 (延迟)

1500- (该包丢失)

-2499 2000-2499 1000, SACK=2000-2500

1000-2000 1000-1499 1500, SACK=2000-2500

1000-2000 2500, SACK=1000-1500

---------此为D-SACK

5.4 数据段丢失且延迟

500-999 500-999 1000

1000-1499 (延迟)

1500-1999 (该包丢失)

2000-2499 (延迟)

2500-2999 (该包丢失)

3000-3499 3000-3499 1000, SACK=3000-3500

1000-2499 1000-1499 1500, SACK=3000-3500

2000-2499 1500, SACK=2000-2500, 3000-3500

1000-2499 2500, SACK=1000-1500, 3000-3500

---------此为部分D-SACK

6. 结论

通过SACK选项可以使TCP发送方只发送丢失的数据而不用发送后续全部数据，提高了数据的传输效率。

原文转自：www.ltesting.net

篇8：TDSCDMA单载频小区信道容量计算网络知识

作者：苏华鸿梁天恩熊金州 0 前言 TD-SCDMA作为 TDD 模式技术，比FDD更适用于上下行不对称的业务环境，是多时隙TDMA与直扩CDMA技术合成的新技术，同时，TD-SCDMA标准建议所采用的空中接口技术作为当前业界最为先进的传输技术之一，通过与智能天线技术、同

作者：苏华鸿梁天恩熊金州

0 前言

TD-SCDMA作为TDD模式技术，比FDD更适用于上下行不对称的业务环境，是多时隙TDMA与直扩CDMA技术合成的新技术。

同时，TD-SCDMA标准建议所采用的空中接口技术作为当前业界最为先进的传输技术之一，通过与智能天线技术、同步CDMA等技术的融合，形成了目前频谱使用率最高、成本最低的第三代无线网络技术。

现有TD-SCDMA规范主要是针对1个小区对应1个单载频的情形，空中接口对于无线资源的操作、配置都是针对1个载频来进行的。在Iub接口小区建立的过程中1个Cell只需配置1个绝对频点号。

如果1个基站配置了多载频，则每个载频被当作1个逻辑小区，每个逻辑小区各自独立地维护1套导引信息和广播信息。因此，当1个扇区有几个载频时，其容量应是几个单载频小区容量之和。随着TD-SCDMA规范的不断完善，将会推出多载频小区，其突出优势是仅在主载频上发射导引信息，有利于减少导频信号干扰，提高系统效率。

1 TD-SCDMA物理信道

TD-SCDMA系统的物理信道采用4层结构:系统帧号、无线帧、子帧、时隙/码。依据资源分配方案的不同，子帧或时隙/码的配置结构也可能有所不同。系统使用时隙和扩频码在时域和码域上来区分不同的用户信号。

TDD模式下的物理信道由突发（Burst）构成，这些Burst仅在所分配的无线帧中的特定时隙发射。无线帧的分配可以是连续的（即每一帧的时隙都分配给物理信道），也可以是不连续的（即仅有部分无线帧中的时隙分配给物理信道）。

除下行导频（DwPTS）和上行接入（UpPTS）突发外，其他所有用于信息传输的突发都具有相同的结构，即由2个数据部分、1个训练序列码和1个保护时间片组成。数据部分对称地分布于训练序列的两端。1个突发的持续时间就定义为1个时隙。1个发射机可以在同一时刻、同一频率上发射多个突发以对应同一时隙中的不同信道，不同信道使用不同的OVSF信道化码来实现物理信道的码分。

在TD-SCDMA系统中，每个小区一般使用1个基本的训练序列码。对这个基本的训练序列码进行等长的循环移位（长度取决于同一时隙的用户数），又可以得到一系列的训练序列。同一时隙的不同用户将使用不同的训练序列位移。因此，1个物理信道是由频率、时隙、信道码、训练序列位移和无线帧分配等诸多参数来共同定义的。

1.1帧结构

3GPP定义的1个TDMA帧长度为10ms。TD-SCDMA系统为了实现快速功率控制和定时提前校准以及对一些新技术的支持（如智能天线），将1个10ms的帧分成2个结构完全相同的子帧，每个子帧的时长为5ms。每个5 ms的子帧由3个特殊时隙和7个常规时隙（TS0～TS6）组成。常规时隙用作传送用户数据或控制信息。在这7个常规时隙中，TS0总是固定地用作下行时隙来发送系统广播信息（在单载频小区，通常不承载业务），而TS1总是固定地用作上行时隙。其他的常规时隙可以根据需要灵活地配置成上行或下行，以实现不对称业务的传输，如分组数据。每个子帧总是从TS0开始。用作上行链路的时隙和用作下行链路的时隙之间由1个转换点分开。每个5 ms的子帧有2个转换点，第一个转换点固定在TS0结束处，而第二个转换点则取决于小区上、下行时隙的配置，可位于TS1～TS6结束处。

1.2时隙结构

时隙结构也就是突发的结构。TD-SCDMA系统共定义了4种时隙类型，它们是DwPTS、UpPTS、GP和TS0～TS6。其中DwPTS和UpPTS分别用作上行同步和下行同步，不承载用户数据，GP用作上行同步建立过程中的传播时延保护，TS0～TS6用于承载用户数据或控制信息。

1.2.1DwPTS时隙

DwPTS时隙用来发送下行同步码（SYNC_DL），其时隙长度为96chip，其中同步码长为64chip，前面有32chip用作TS0时隙的拖尾保护。Node B必须在每个小区的DwPTS时隙发送下行同步码。不同的下行同步码标识了不同的小区，其发送功率必须保证全方向覆盖整个小区。按物理信道来划分，发送下行同步码的信道也叫做下行同步信道（DwPCH）。在DwPTS时隙没有码分复用，也就是说，该时隙仅有1个物理信道DwPCH。

1.2.2UpPTS时隙

UpPTS时隙被UE用来发送下行同步码（SYNC_UL），以建立和NodeB的上行同步。UpPTS时隙长度为160chip，其中同步码长为128chip，另有32 chip用作拖尾保护。多个UE可以在同一时刻发起上行同步建立。Node B可以在同一子帧的UpPTS时隙识别多达8个不同的上行同步码。按物理信道划分，用于上行同步建立的信道也叫做上行同步信道（UpPCH）。1个小区中最多可有8个UpPCH同时存在。

1.2.3TS0～TS6时隙

TS0～TS6共7个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输，它们具有完全相同的时隙结构。每个时隙被分成了4个域：2个数据域、1个训练系列域（Midamble）和1个用作时隙保护的空域（GP）。

1.3数据域

数据域对称地分布于Midamble码的两端，每域的长度为352chip，所能承载的数据符号数取决于所用的扩频因子。每一数据域所能容纳的数据符号数S与扩频因子SF的关系为：S×SF＝352。在TD-SCDMA系统中，上行方向SF可取的值为：1、2、4、8、16，其对应的S值为：352、176、88、44、22，而在下行方向，SF可取的值仅为1和16两种，对应的S值为352和22。

数据域用于承载来自传输信道的用户数据或高层控制信息，除此之外，在专有信道和部分公共信道上，数据域的部分数据符号还被用来承载3种类型的物理层信令：TFCI、TPC和SS，详见参考文献1。

2 TD-SCDMA单载频小区容量

2.1信道与BRU

在TD-SCDMA系统中，现有规范规定1个小区对应1个载频，1个信道就是载波、时隙、扩频码的组合，也叫1个资源单位。其中，1个时隙内由1个16位扩频码划分的信道有16个，它是最基本的资源单位，即BRU。1个信道占用的BRU个数是不一样的，1个RU（RUSF1）占用了16个BRU，1个RUSF8则占用2个BRU，通常1个语音业务信道需占用2个BRU，而在1个载波上，所能提供的BRU的最大个数是固定的。在每个RU中，即在1个常规时隙中含有2个数据符号字段，其中每个数据符号字段有352chip，则在1个RU中有352×2=704chip。当扩频因子为16时（对应1个BRU），在1个RU中所包含的数据符号数为704/16=44bit。如果采用QPSK调制方式，则在1个码道中所包含的数据比特数为44×2=88 bit；如果采用8PSK调制方式（此种调制方式一般应用于2M的业务），则在1个码道中所包含的数据比特数为44×3=132 bit。因为1个子帧的长度为5 ms，因此，当采用QPSK调制方式时，1个BRU的速率为88 bit/5 ms=17.6 kbit/s；当采用8PSK调制方式时，1个BRU的速率为132 bit/5 ms=26.4 kbit/s，

2.2多码道传输与单码道传输

在TD-SCDMA中，OVSF码的使用使得信道可以传输各种速率的数据：对于低速的数据可以采用较大的扩频因子（扩频增益大）；而高速的数据可以用较小的扩频因子（扩频增益小）。这样对于1个高速的（需要多个资源单元）承载业务，可以有2种信道分配方式：一是为该业务分配多个码道，其中每个码道都采用较大的扩频因子（较低的单信道数据速率），进行多码道传输，以达到较高的数据速率（如分配2个SF=16的码道）；二是仅为该业务分配1个（或者较少）码道，并使用较小的扩频因子（较高的单信道数据速率，如分配1个SF=8的码道）。

2.3时域集中分配与码域集中分配

对于多码道传输，也有2种不同的码道分配方式需要考虑：“码域集中分配”和“时域集中分配”，当然，也可以采用两者的结合。码域集中分配是首先将1个时隙内的多个码道集中分配给用户，如果该时隙内可用码道不够，再考虑分配其他时隙内的码道；而时域集中分配是同时将多个时隙分配给用户，但每个时隙可能分配更少的BRU给该用户。码域集中分配减少了每个时隙内的平均用户数，但由于在同一时隙可能同时需要多个码道，阻塞概率将高于时域集中分配原则。如下行128k数据业务，既可以使用每子帧1个时隙，每个时隙分配16个BRU（码域集中分配，简称方案一），也可以采用每个子帧2个时隙，每个时隙8BRU（偏向于时域集中，简称方案二）。假设系统能满码道工作，采用方案一，每个时隙平均可能有2个用户，而方案二则只可能有1个用户。同样，在系统不进行资源整合时，每个时隙有1个小业务量用户（譬如话音业务），则128k业务采用方案一的资源分配策略将被阻塞，而采用方案二则不会。同时，采用方案二，由于同一时隙支持的用户数较多，因此在空间上可以隔离，结合智能天线的波束赋形，小区内干扰较低，基于干扰的接纳控制时，方案二被阻塞的概率也降低了。从系统性能来看，时域集中分配总体上优于码域集中分配，但对RRM算法的要求和终端的设计要求也更高。因此，在覆盖受限的业务可以考虑时域集中分配，将所需的BRU分散到不同时隙，增大小区覆盖，而其他业务则主要考虑码域集中分配，降低RRM调度的复杂性。

2.4BRU需求量计算

在2G系统中，根据无线信道呼叫阻塞率指标和预测的话务量数据，可以直接查找ErlangB、ErlangC或PoissoN表得到所需的话音频道数。对应于TD-SCDMA系统，借助于爱尔兰呼损公式及计算表，也可以得到系统BRU的需求量，但计算相对复杂。下面通过1个实际的例子，介绍一下TD-SCDMA系统BRU需求量的计算方法。假设某城市支持的业务，同一种业务类型的不同速率有不同的业务ID，按不同业务处理。根据某种预测模型得到该区域的语音业务（业务1）为640Erl，业务2的通道速率为6400kbit/s，业务3的通道速率为10 666 kbit/s，业务4的通道速率为4 800 kbit/s；对于数据业务，在给定承载的前提下，可以将其转换成等效爱尔兰，即数据业务等效信道数=通道速率/承载速率，再查爱尔兰表，。要求的无线信道的呼叫阻塞率为2%。

根据不同业务的BRU分配方案，业务1每载扇需要2BRU，业务2和业务3每载扇需要8BRU，业务4每载扇需要16BRU。

业务量预期在3∶3时隙比例配置中，同1个载扇只能提供24个业务1的用户（3×16BRU每载扇/2BRU，即24用户每载扇），或6个业务2的用户，或6个业务3的用户，或3个业务4的用户。通过查找ErlangB表，得到在2%呼叫阻塞率时，1个小区支持的不同业务的等效爱尔兰数分别为：16.6、2.276、2.276和0.602Erl。通过简单的分析，该区域需要的载扇总数为：640/16.6+87.97/2.276+72.53/2.276+25.53/0.6=123，需要123个单载频小区。

3 TD-SCDMA多载频小区

考虑到单个TD-SCDMA载频所能提供的用户数量有限，要提高热点地区的系统容量覆盖，必须增加系统的载频数量。TD-SCDMA系统中，多载频系统是指1个小区可以配置多于1个载波频段的系统，并称这样的小区为多载频小区。

3.1TD-SCDMA多载频系统

为了提高TD-SCDMA单载频系统的性能，中国通信标准化协会（CCSA）在制定TD-SCDMA系统通信行标时，充分考虑了多载频系统的特殊性，在保持现有单载频系统规范最大程度稳定性的前提下，保持TD-SCDMA多载频系统的简单、易实现性。TD-SCDMA多载频系统将相同地理覆盖区域的多个小区（每个载频为1个小区）合并到一起，共享同1套公共信道资源，从而构成1个多载频小区。对TD-SCDMA多载频系统特作如下约定：

1个小区可配置多个载频，仅在小区/扇区的1个载频上发送DwPTS和广播信息（TSO），多个频点使用1个共同广播。针对每一小区，从分配到的n个频点中确定1个作为主载频，其他载频为辅助载频。在同1个小区内，仅在主载频上发送DwPTS和广播信息。

a）对支持多频点的小区，承载P-CCPCH的载频称为主载频，不承载P-CCPCH的载频称为辅载频。对支持多频点的小区，有且仅有1个主载频。

b）主载频和辅助载频使用相同的扰码和基本Midamble。

c）公共控制信道DwPCH、P-CCPCH、PICK、S-CCPCH、PRACH等规定配置在主载频上，信标信道总在主载频上发送。至于UpPCH、FPACH在辅载频上是否使用，以及如何使用将有待进一步确认。

d）多时隙配置应限定为在同一载频上。

e）同一用户的上下行配置在同一载频上。

f）辅载频的TSO不使用。

g）主载频和辅载频的时隙转换点建议配置为相同。

3.2多载频特性对现有标准的影响

根据上述对TD-SCDMA多频载系统的约定，多载频特性将对单载频系统中的Uu接口和Iub接口标准产生细微的影响，见参考文献3。

3.3多载频系统的优点

在实际组网时，如果采用上述多载频系统方案，可以有效地降低对基站发射机功率的要求，特别是当1个终端处于小区交界处时，它将具有如下优点：