随着各种接入技术的不断发展,一种通信设备通常具有多个网络接口,多路径TCP(Multipath TCP,MPTCP)作为传输层上的一种新的带宽聚合技术,由于支持并发使用多个接口以及对上层应用程序的兼容性而备受关注。MPTCP技术旨在提供可靠的带宽聚合服务,同时保持对单路径TCP连接的公平性。近年来国内外机构先后作出了大量的研究来提升MPTCP的性能,但总体而言,在MPTCP拥塞控制算法、数据调度算法以及和实际应用结合等方面还存在着诸多问题。首先,MPTCP默认的拥塞控制设计准则(网络公平性准则)严重限制了MPTCP连接非瓶颈位置的子流的性能,导致其不能有效利用链路资源。应该基于瓶颈公平性原则设计拥塞控制算法,只在瓶颈位置耦合控制子流实现对单路径TCP连接的公平性。而在非瓶颈位置子流,应该解除耦合控制,使其按照单路径TCP连接来运行,从而提升整体吞吐量。其次,在无线异构网络中,无线随机丢包经常出现,现有的MPTCP拥塞控制算法在该场景中性能下降明显,需要引入新的拥塞控制算法来解决无线网络中吞吐量下降的问题,同时还要进一步考虑在新拥塞控制算法下数据调度算法的调整。最后,由于MPTCP对上层应用的透明,现有的MPTCP传输方案在进行数据调度时没有考虑上层应用,比如虚拟现实(Virtual Reality,VR)视频的要求,而是盲目地在不同路径上进行数据调度。因此,需要跨层的优化策略提升整个传输过程。为解决上述问题,本文提出了如下三个方案:(一)本文提出一种新的基于瓶颈公平性的多径传输优化方案,其包括一个新的基于瓶颈公平性的拥塞控制算法和一个新的基于瓶颈公平性的数据调度算法。基于瓶颈公平性的拥塞控制算法利用显示拥塞通告(Explicit Congestion Notification,ECN)机制检测子流是否共享瓶颈,并基于两次判定提升检测的准确度。在完成瓶颈集合判定之后,该拥塞控制算法释放瓶颈集合外部子流的传输性能,而在瓶颈集合内部实现基于子流拥塞度的耦合拥塞控制。此外,该拥塞控制算法通过弹性地调控子流拥塞控制窗口(Congestion Window,CWND)的增大和减小实现负载均衡并保证对瓶颈集合内部单路径TCP连接的友好性。不同于以往数据调度算法在估计数据包分配数目时忽视子流CWND的耦合变化,基于瓶颈公平性的数据调度算法能够根据每个子流的拥塞程度以及子流所处的瓶颈集合,对每个子流的CWND进行建模。该调度算法提升了估计的准确度,进一步提升了整体传输性能。(二)瓶颈带宽和往返时延(Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time,BBR)算法对丢包环境有很强的适应性,尤其是随机丢包出现时,能保持较高的吞吐量。为了提高无线异构网络环境下MPTCP的性能,本文提出了一种基于BBR的多径传输优化方案。该方案包括一个基于BBR的拥塞控制算法和一个在该拥塞控制算法基础上设计的数据调度算法。基于BBR的拥塞控制算法依据实际探测速率而不是丢包信息来自适应地调整每个子流的发送速率,保证其在提升性能的同时保持对单路径TCP连接的瓶颈公平性。然后,考虑到无线异构网络中子流的不同传输速率将导致乱序交付问题,新的调度算法通过两个阶段的调度来确保数据包按序到达接收端以减少完成时间:第一阶段,在不同的子流上实现冗余传输,这样既可以缩短对时延敏感的小流的完成时间,又可以为后续大流的传输提供链路参数。在达到固定的阈值后,进入第二阶段,执行前向预测调度算法,根据拥塞控制算法执行过程中得到的每个子流的带宽和RTT值,准确估计每个子流上数据包的完成时间,选取最快完成时间的子流进行调度。我们通过NS-3和实际网络测试来评估我们提出的方案。实验结果表明,我们提出的方案在无线异构环境中优于现有的MPTCP方案。(三)本文针对360度VR视频传输所面临的带宽不足和时延无法保证的问题,提出了一种基于MPTCP的虚拟视频传输方案。该方案根据不同子流的带宽和传输延迟动态选择合适的图块比特率,然后将视频片段精细地调度到不同的子流,以便视频数据包可以按时按序到达接收端的播放缓冲区,以提高用户的体验质量(Quality of Experience,QoE)。我们通过实验室搭建的测试平台和NS-3分别验证我们提出的方案的性能。评估结果表明,当网络波动或者视口的图块出现传输错误时,我们的方案优于现有的基于图块的策略,能提供更可靠的视频传输性能。