[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)MPTCP的數(shù)據(jù)調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611221402.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106878192B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐碧華;范文浩;羅潤(rùn)文;吳帆;張洪光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/801
• 分類號(hào): H04L12/801
• 代理公司: 11403 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司
• 代理人: 李陽(yáng);李浩

本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)MPTCP的數(shù)據(jù)調(diào)度方法，包括：根據(jù)各子流的擁塞窗口建立馬爾可夫模型；根據(jù)馬爾可夫模型計(jì)算得到各子流的平均擁塞窗口大小；根據(jù)時(shí)間戳字段計(jì)算得到各子流當(dāng)前的往返時(shí)間值；根據(jù)各子流平均擁塞窗口大小和往返時(shí)間值預(yù)測(cè)得到各子流上的平均有效吞吐率；根據(jù)各子流上的平均有效吞吐率動(dòng)態(tài)調(diào)整最小子流的擁塞窗口大小，使最小子流避免發(fā)生擁塞；根據(jù)調(diào)整后的擁塞窗口大小調(diào)整慢啟動(dòng)閾值的大小，使得調(diào)整后的子流仍處于擁塞避免階段。所述的自適應(yīng)MPTCP的數(shù)據(jù)調(diào)度方法克服了現(xiàn)有MPTCP數(shù)據(jù)調(diào)度和擁塞控制技術(shù)的不足，使得MPTCP能夠自適應(yīng)地針對(duì)網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化的情況進(jìn)行更合理的調(diào)度，最終能夠提高多路徑數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃浴?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)調(diào)度和擁塞控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種自適應(yīng)MPTCP的數(shù)據(jù)調(diào)度方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著智能終端的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，以及互聯(lián)網(wǎng)通信的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)業(yè)務(wù)量的需求也越來(lái)越大；以大數(shù)據(jù)應(yīng)用、手機(jī)電視、視頻通話等為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用亟需高可靠性的快速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)作為支撐。現(xiàn)有的因特網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議族，其中傳輸層以TCP協(xié)議為代表得到最為廣泛的研究和使用。然而，傳統(tǒng)的TCP協(xié)議無(wú)法同時(shí)利用智能終端的多個(gè)通信接口(如以太網(wǎng)接口和WIFI接口)，端對(duì)端連接時(shí)只能用一個(gè)接口建立一條傳輸路徑，無(wú)法滿足吞吐量日益增大的需求，更重要的是單路徑傳輸可靠性差，如果發(fā)生干擾或傳輸擁塞時(shí)會(huì)導(dǎo)致傳輸性能急劇下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致傳輸中止。多路徑傳輸控制協(xié)議(Multipath-TCP，簡(jiǎn)稱MPTCP)就是為了彌補(bǔ)TCP的不足而誕生的。該協(xié)議是基于傳統(tǒng)TCP的多路徑并行傳輸協(xié)議，可兼容現(xiàn)有中間件，并具有高可靠性、高容錯(cuò)性、高吞吐量、高安全性、兼容TCP等特點(diǎn)。

端對(duì)端設(shè)備通過(guò)MPTCP將數(shù)據(jù)放置在多條路徑上并行傳輸，借助對(duì)多個(gè)接口的聯(lián)合利用，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝亢汪敯粜浴Ｔ谶M(jìn)行多條路徑之間的數(shù)據(jù)分配時(shí)，MPTCP需要在多個(gè)可用的鏈路中預(yù)先進(jìn)行路徑選擇，需要棄用鏈路質(zhì)量較差的傳輸路徑，而選取鏈路質(zhì)量較優(yōu)的傳輸路徑，降低路徑間傳輸質(zhì)量的差異性。一方面，若在多徑傳輸過(guò)程中發(fā)送端未棄用較差的傳輸路徑，在該路徑上的數(shù)據(jù)傳輸易引起數(shù)據(jù)包的超時(shí)、錯(cuò)誤、丟包、重傳等問(wèn)題，接收端將各路徑上接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序和組合，即便其它路徑上的數(shù)據(jù)傳輸正常，也將因該路徑上數(shù)據(jù)包的延遲到達(dá)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不完整，造成向上層應(yīng)用的推遲交付，進(jìn)而會(huì)影響MPTCP在發(fā)送端和接收端之間的整體傳輸性能。另一方面，若各路徑間傳輸質(zhì)量差異過(guò)大，由于較差路徑所承載的數(shù)據(jù)包缺失，較優(yōu)路徑上接收的數(shù)據(jù)包會(huì)快速充滿接收端的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，從而導(dǎo)致較優(yōu)路徑上數(shù)據(jù)傳輸暫停及大量數(shù)據(jù)的超時(shí)重傳問(wèn)題。因此，在MPTCP數(shù)據(jù)傳輸中，將數(shù)據(jù)調(diào)度到合理的路徑上以及針對(duì)可能出現(xiàn)的擁塞進(jìn)行處理，是非常重要的。

在現(xiàn)有的MPTCP協(xié)議中，路徑質(zhì)量的評(píng)估指標(biāo)主要利用數(shù)據(jù)在該路徑上的傳輸延遲，傳輸延遲是表征路徑質(zhì)量的直觀指標(biāo)之一，對(duì)于該指標(biāo)的評(píng)測(cè)方法為測(cè)量路徑的往返時(shí)間(RTT，Round-Trip Time)值。某路徑上的RTT表示從發(fā)送端在該路徑上發(fā)送數(shù)據(jù)包開(kāi)始，到發(fā)送端在該路徑上接收到來(lái)自接收端對(duì)該數(shù)據(jù)報(bào)的確認(rèn)(接收端收到數(shù)據(jù)包后便立即發(fā)送確認(rèn))，總共經(jīng)歷的時(shí)延。RTT越小，表明路徑傳輸質(zhì)量越高，反之越差。

發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用RTT評(píng)估路徑質(zhì)量，進(jìn)而進(jìn)行路徑選擇盡管測(cè)量方法相對(duì)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度相對(duì)較高，但也至少存在如下缺點(diǎn)：1)RTT測(cè)量時(shí)需要發(fā)送冗余數(shù)據(jù)包或啟動(dòng)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸，前者通過(guò)發(fā)送專用數(shù)據(jù)包測(cè)量RTT，會(huì)占用路徑的帶寬資源，后者等價(jià)于實(shí)際使用該路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)傳輸過(guò)程中發(fā)送的數(shù)據(jù)包測(cè)量RTT，如果路徑質(zhì)量較差，則會(huì)直接引發(fā)接收端的數(shù)據(jù)缺失等問(wèn)題；2)RTT測(cè)量涉及到數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程，接收端的接收數(shù)據(jù)包和處理過(guò)程，接收端發(fā)送確認(rèn)包過(guò)程，以及發(fā)送端接收確認(rèn)包和處理過(guò)程，測(cè)量時(shí)間至少包含數(shù)據(jù)包的往返時(shí)間，因此，測(cè)量存在一定的時(shí)間延遲。路徑質(zhì)量越差，相應(yīng)的測(cè)量延遲也就越長(zhǎng)，這將降低MPTCP路徑選擇的效率。

發(fā)明內(nèi)容