[發明專利]一種基于TCP友好的多路傳輸控制機制

在審

• 申請號: 201410191087.5
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103929369A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 許長橋;關建峰;張宏科;曹遠龍;秦久人
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L12/803
• 分類號: H04L12/803
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及計算機網絡技術領域，特別涉及一種基于TCP友好的多路傳輸控制機制。

背景技術

作為多路徑傳輸體系的一個重要組成部分，并行多路傳輸機制得到了國內外計算機網絡與通信領域研究者的深入探討，并行多路傳輸也將成為未來互聯網最核心的傳輸機制之一。然而，并行多路傳輸能夠在未來互聯網中大規模部署和應用的最重要前提之一在于，基于并行多路傳輸機制的數據流必須保持對現有互聯網其他基于傳統單一路徑傳輸協議的數據流(如TCP流)的友好性。另一方面，未來智慧協同互聯網最重要的特征之一在于綠色節能。因此，是否可以提供能量感知和綠色節能特征，也成為了衡量是否面向智慧服務的多路徑數據傳輸控制機制的重要因素。因此，研究綠色友好的并行多路傳輸機制具有十分重要意義。

當前，Internet的主流傳輸協議還是基于傳統單一路徑的傳輸協議，如面向可靠連接的TCP協議和面向不可靠連接的UDP協議等。基于這些傳輸協議，數據包只會在網絡的某一條路徑上進行傳輸。一般地，在同等無線傳輸條件下，基于單一路徑的傳輸協議要比并行多路傳輸機制(如MPTCP協議和CMT-SCTP)要消耗更小的能量，并且在和其他網絡流量共享網絡瓶頸帶寬時，也不會過度的“侵占”網絡資源，造成對其他網絡背景流的不友好性問題。

然而，這些基于單一路徑的傳輸協議不能夠支持多宿特性，因此無法滿足未來多宿網絡用戶對高效數據傳輸的需求。隨著當前用戶終端多接口化的普及以及多路傳輸機制相關國際標準草案的制定和不斷完善，多路傳輸具備了網絡部署和應用的條件。

并行多路徑傳輸作為多路徑傳輸的重要組成部分，其具有很多顯著的優點，例如能夠充分利用網絡資源提高數據傳輸效率，特別是在寬帶資源緊張、鏈路不可靠的異構無線網絡環境中，能夠擬合多條鏈路資源提高系統吞吐量，適合高帶寬和實時性要求的流媒體傳輸。

當前并行多路傳輸方案并不具備對其他基于單一路徑傳輸協議的網絡流量的友好性控制機制，尤其是對占Internet網絡流量80％以上的TCP流的友好性。另外，相比于傳統的TCP、UDP等單一路徑傳輸協議，并行多路傳輸也將耗費更多的能量。這些因素成為了制約并行多路傳輸機制在未來互聯網大規模部署的瓶頸。因此，需要研究提升并行多路傳輸機制性能的同時兼顧對其他非多路傳輸數據流的公平友好和能耗控制，以滿足未來互聯網對綠色友好數據傳輸的需求。目前學術界開始對并行多路傳輸在TCP友好性和綠色節能方面的研究處于起步階段。據本發明所知，當目前為止，國際上僅有的2篇討論TCP友好性并行多路傳輸方案都是基于Resource?Pooling的設計思想實現并行多路傳輸吞吐量優化的同時滿足對TCP友好性和擁塞平衡的目標。然而，在傳輸協議中注入ReourcePsooling算法增加了傳輸協議設計的復雜度。另外，這些方案也沒有兼顧綠色節能方面的設計。另一方面，對綠色節能并行多路徑傳輸方案的研究近年來也逐漸被國內外學者所關注，然而，這些基于MPTCP機制的擴展方案缺乏對友好性方面研究和探討。

現有并行多路傳輸機制如CMT-SCTP的設計，每條路徑都有其對應的擁塞窗口(congestion?window，cwnd)和慢啟動門閥值(slow?start?threshold，ssthresh)。CMT-SCTP和SCTP協議都延續了傳統TCP中的AIMD機制(additive-increase/multiplicative-decrease，加性增，乘性減)實現對路徑cwnd的調節和擁塞控制。傳統TCP中基于AIMD機制進行cwnd調節的算法可以通過下面的算法1表示。

算法1基于AIMD機制的cwnd調節算法

雖然CMT-SCTP繼承TCP中的AIMD機制進行擁塞控制可以使得CMT-SCTP可以保持對TCP流的友好性。然而，本發明注意到，AIMD機制設計的初衷是為了實現對有線網絡環境下的擁塞控制。在無線網絡環境下，其性能存在不足，比如，單一數據包的丟失將導致CMT-SCTP發送端對發送丟包的路徑的cwnd進行減半操作。再如，當發生超時事件，CMT-SCTP將進入慢啟動階段。另外，受限于傳統TCP/IP分層協議體系結構，即便是無線信道差錯(比如，無線信道誤碼率等)引起的數據包丟失，CMT-SCTP也將會對相應鏈路的cwnd進行減半操作。因為路徑的cwnd值是限制其數據發送速率的主要因素之一。這也就意味著一旦某一條路徑發生偶然的單一丟包或者超時事件，也將嚴重影響其數據發送速率。因此，AIMD機制并不適合無線網絡環境中并行多路傳輸的擁塞控制。