[發明專利]無線網絡中基于鏈路狀態信息的MPTCP調度方法

有效

• 申請號: 201910682837.1
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110392394B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李瑋;張天云;張大方
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04L1/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

本發明公開了一種無線網絡中基于鏈路狀態信息的MPTCP調度方法，涉及計算機網絡技術領域。所述調度方法，每條TCP子流在接收到ACK數據包后，根據該TCP子流的網絡狀態更新其在所有TCP子流網絡狀態好壞排序中的位置，再根據該TCP子流在排序中的位置選擇所發送的數據包；每條TCP子流只要接收到ACK數據包即更新其網絡狀態，再進行下一輪的數據包的發送，無需等待所有TCP子流完成數據包傳輸任務后再進行下一輪的調度，大大縮短了等待時間，提高了數據傳輸效率。

技術領域

本發明屬于計算機網絡技術，尤其涉及一種MPTCP對網絡鏈路狀況好的傳輸路徑預分包的調度方法。

背景技術

隨著網絡和移動設備的發展，越來越多的網絡應用和技術，如直播、VR和云計算，需要更大的網絡帶寬來實現更高的性能。多宿主技術使移動設備能夠配備多個網絡接口卡，例如移動設備可以同時連接多個WiFi和4G蜂窩網絡，實現多路徑并行傳輸(如圖1所示，包含三條TCP子流的多路徑網絡拓撲結構)。顯然，多路徑并行傳輸帶來了很多好處：一方面，當單一路徑的帶寬有限時，它可以聚合帶寬來增加流量和吞吐量；另一方面，它可以提高數據傳輸的可靠性，例如，當一條路徑被中斷，其他路徑仍然可以連接傳輸數據。

MPTCP(MultiPath Transport Control Protocol)多路徑TCP傳輸數據是在發送端和接收端之間建立多條TCP子流(如圖1所示)，并行調度多條路徑進行數據傳輸。由互聯網工程任務組(IETF)標準化的MPTCP具有良好的適應性和可擴展性，易于應用到實際的網絡應用程序中。目前，MPTCP v0.94版本是在Linux內核v4.14上實現的，部署在OpenMPTCProuter、17wifi等路由器中作為代理，用于智能手機的操作系統中，甚至在數據中心網絡中。

MPTCP擴展了常規TCP，以提供支持傳輸連接同時跨多條路徑操作的服務。MPTCP定義中，每條已建立的路徑都是一條TCP子流，每個子流的啟動和終止與常規TCP連接類似。MPTCP通過DSN(data sequence number)來管理數據包的發送，DSN統計總的報文段序號，而每個TCP子流通道中的序號始終是連續的。數據包的無序到達是MPTCP必須面對的主要問題，之前的研究告訴我們，路徑或者鏈路條件的巨大差異，包括延遲、包丟失率和共享緩沖區大小，都會導致嚴重的數據包亂序到達，接收緩沖區將頻繁阻塞，吞吐量(速率)將嚴重下降，甚至比單條TCP路徑更糟。

因此，調度算法是設計MPTCP的關鍵，它可以盡可能的保證數據包順序到達，當考慮路徑的質量或狀態時，調度算法決定如何將數據包發送到相應的網絡鏈路。目前，MPTCP的默認調度算法稱為輪詢算法(Round Robin)，輪詢算法輪詢每個子流來交付數據包，而不考慮路徑質量或狀態；第二個備選調度器MiniRTT總是將往返時延(Round-Trip Time，RTT)最小的包分配給具有空閑窗口的子流。然而，當DSN小的數據包被發送到狀態差的鏈路時，MiniRTT也會導致大量的緩沖區阻塞。因此，在設計調度算法時，DAPS和STMS提出將DSN較小的數據包發送到低延遲、高帶寬的路徑，將DSN較大的數據包發送到網絡狀態較好的路徑，但是在調度數據包時，沒有考慮到接收端緩存阻塞的情況，兩條路徑必須在同一段時間完成各自的傳輸任務才進行下一輪調度，這樣導致了傳輸效率下降；另外，STMS是一個相對高級的改進后的預分配調度算法，它會選擇數據包到合適的子流或者路徑，但是STMS需要等待所有子流完成數據傳輸后，才可以進行下一輪調度，導致吞吐率的下降。

發明內容

針對現有技術中，改進輪詢算法和MiniRTT不考慮DSN直接給子流發送數據包而造成接收端阻塞的問題，以及預分配調度算法需要等待所有子流完成數據而導致吞吐率下降的問題，本發明提供一種無線網絡中基于鏈路狀態信息的MPTCP調度方法。

本發明是通過如下的技術方案來解決上述技術問題的：一種無線網絡中基于鏈路狀態信息的MPTCP調度方法，包括以下幾個步驟：