基于MPQUIC架构下的个性化文件传输系统研究

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基于TCP协议的HTTP1.0、HTTP1.1、HTTP2.0作为可靠的应用层协议,得到大规模应用。但是随着网络结构复杂化,TCP存在的队头阻塞、握手延迟等局限性逐渐暴露,面向连接的TCP协议降低了数据传输效率。为了解决TCP存在的局限性,谷歌于2012年提出以UDP作为传输层协议的QUIC(Quick UDP Internet Connection)协议,该协议作为HTTP3.0的研究核心,具有握手0-RTT、多路复用、无歧义重传等优势。基于MPTCP的经验,De Coninck Q等人在QUIC开源代码(quic-go)的基础上实现了多路径QUIC(Multipath QUIC,MPQUIC),利用QUIC头部支持多路径的标志,支持通过路径特征等参数智能的选择传输路径。另外,Rabitsch等人将MPTCP中的最早优先完成(Earliest Completion First,ECF)包调度算法实现到MPQUIC中。在使用学校学习管理系统(LMS)对教师上课录制的视频文件进行直播的过程中,Weblib企业级云存储服务端需要将大容量文件实时传输到LMS客户端,由于云存储系统基于HTTP1.1协议进行文件传输,因此存在弱网传输效率不高的问题。同时,在企业级文件管理中,存在不同等级的用户,高级用户的传输效率需要得到保障。为保证文件传输的服务质量,本文提出了基于MPQUIC架构下的个性化文件传输解决方案。MPQUIC不仅具有QUIC协议的所有优势,还可以聚合Wi Fi和5G或有线网络等多个路径的带宽,有效提高了文件传输效率。本文在Weblib企业级云存储系统文件传输性能和效率提升的探索实践中,主要做了以下工作:(1)本文提出了基于MPQUIC架构下的个性化文件传输解决方案。该方案将系统用户分为普通用户和高级用户两个级别,用户请求文件传输时,根据用户级别以及网络状态选择使用TCP或者MPQUIC协议进行传输,以保证高级用户的文件传输服务质量。(2)本文针对MPQUIC协议提出并实现了基于强化学习(Lin UCB Scheduler on Weblib with MPQUIC,Lin S-MPWeblib)的路径调度算法。该算法在文件传输前检测网络路径状态,使用在线学习与随机调整策略相结合的方式进行合理调度,得出具有最优收益的决策。针对于此,本文设计并基于MPQUIC开源代码包实现了基于MPQUIC协议的文件传输服务。为了满足个性化文件传输的要求,该服务与Weblib微服务架构结合,成为系统的一个微服务。在Weblib Plus(Weblib企业级云存储系统客户端)App端实现对用户分级;同时,实现了文件断点下载、模式切换等功能。最后本文针对个性化文件传输方案和Lin S-MPWeblib算法分别在在真实环境和mininet仿真环境进行了测试。其中,在对Lin S-MPWeblib算法进行测试时,对在线学习策略以及随机调整策略分别测试。同时,将该算法在不同网络状态下进行测试,与当前主流调度算法的传输耗时进行对比。测试结果表明,与ECF算法相比,在弱网环境下,Lin S-MPWeblib文件传输最高缩短了26%的传输耗时。另外,本文对校园网一天的网络状态测试后,模拟校园网的网络状态在mininet仿真环境测试Lin S-MPWeblib算法的性能表现。
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