基于动态数据调度的MPTCP并行数据传输技术研究与设计

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:aeo55121891
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随着通信技术和网络技术的不断发展革新,终端网络接入在多样性和高速性方面有了长足的进步,WIFI、3G、4G的广泛部署应用构建了一个多网络融合的异构网络环境,极大的丰富了用户网络接入的可选择性。然而,互联网业务的飞速发展远远超出了我们的预期,尤其多媒体业务和文件服务对网络带宽提出了更高的要求,单一网络连接带宽已不能满足用户的体验需求。为了提高网络资源利用率,充分利用多网络融合的异构环境,多路径传输技术(Concurrent Multipath Transfer,CMT)成为解决问题的突破点。其中,多路径TCP协议(Multipath TCP,MPTCP)由于独特的优势近年来得到了迅猛发展和初步应用,成为新的研究热点。MPTCP数据调度策略成为MPTCP多径传输的关键技术。现有MPTCP的数据调度策略主要是Round Robin和Lowest-RTT,Round Robin是一种静态数据调度策略,在异构网络中效率较低;Lowest-RTT是一种动态数据调度策略,但只将链路的往返传输时间(Round-Trip Time,RTT)作为参考因素,有时不能充分利用RTT较大链路的带宽。Lowest-RTT认为传输速度最快的路径即为最优路径,但传输速度并不表示链路没有拥塞发生。当最优路径的RTT由于网络拥塞逐渐变大,但仍然比其他路径的RTT小时,该策略仍然会将数据包调度到该路径上进行传输,结果进一步加剧该路径的拥塞,引发发送窗口减半等退避机制。为此,本文提出基于路径传输能力估计的调度策略。该策略通过RTT以及吞吐量的变化情况对各路径的传输能力进行估计,同时获取各路径发送缓存中发送但未确认的数据包个数,引入路径拥塞因子表征路径的拥塞状况,根据拥塞因子与阈值α的比较,将各路径分为无拥塞路径和将要发生拥塞路径两大类。当调度器进行路径选择时,优先选择无拥塞的路径,此时仍然采用Lowest-RTT策略;当无拥塞路径不存在时,再从将要发生拥塞的路径集合中选择拥塞因子最小的路径作为最优路径,而不是选择RTT最小的路径。然后,本论文将该算法在NS3 MPTCP中进行了实现,并设置网络拓扑和参数,最后进行仿真并对仿真结果进行分析,结果表明该算法在发生网络拥塞时吞吐量有了一定程度上提高,发送窗口稳定且数据乱序程度降低,一定程度上提高了 MPTCP传输性能。现有研究中基于数据块进行调度的策略虽然实现了负载均衡,提高了各路径的带宽利用率,但没有考虑路径拥塞机制的影响。如果其中某条传输路径发生网络拥塞,引发了丢包重传,MPTCP的拥塞控制机制就会缩减该路径的拥塞窗口,同时重传丢失的数据包,结果接收端需要缓存其他所有路径的数据,对性能产生影响。为此,本文提出基于时延变化和负载均衡的数据调度策略,该策略根据RTT变化率构建链路拥塞因子和各链路数据分配模型。引入拥塞状况判断机制,并根据各路径的拥塞状况定性的对负载进行修正。使用基于RTT的感知策略,比MPTCP拥塞机制更早的感知到拥塞变化,避免某条路径产生拥塞从而影响接收端的整体数据重组。然后,本论文将该算法在NS3MPTCP中进行了实现,设置网络拓扑和参数,最后进行仿真并对仿真结果进行分析,结果表明该算法相对基于数据包的调度算法在吞吐量上有了较大提高,且在网络拥塞存在的情况下也有较好的性能,能够提高MPTCP数据传输性能和提高网络资源利用率。
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