一种多路径传输协议中的动态数据调度方法技术

本发明专利技术公开了一种多路径并行传输协议(MPTCP)中的动态数据调度方法，包括：测量各路径的往返时间RTT及往返时间的变化值RTTVAR；根据RTT及RTTVAR判断路径是否可用，摒弃拥塞路径，保留可用路径；估计各路径的数据传输能力；结合估算的数据传输能力及当前的发送窗口为各路径分配数据传输配额，调度器按照传输配额分发传输数据。本方案在Lowest_RTT的基础上，吸取了TCP Vegas算法的精髓，并在其基础上做了改进，相当于在MPTCP调度器中添加了拥塞避免控制功能，对于避免路径拥塞，提高路径的整体传输能力具有深远的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多路径并行传输中的数据调度技术，特别是指一种多路径传输控制协 议（MPTCP，Multi-path Transmission Control Protocol)中的动态数据调度方法。
技术介绍
随着网络和通信技术的发展普及，越来越多的网络终端设备具备了多网络接入能 力，面对新业务对数据传输要求的提高，同时利用多网络进行多路径并行传输已成为新的 发展趋势。网络终端设备通过接入多种有线和无线网络，利用多路径传输控制协议MPTCP 将数据分发到多条路径中进行并行传输，通过整合各可用路径聚合网络传输带宽，不仅能 够提高数据传输有效性，满足业务需求，同时还将提高网络资源利用率以及数据传输鲁棒 性。然而，由于网络间的差异特性，网络带宽、传输时延以及差错率等都会影响数据传输的 效率和准确性，MPTCP在进行数据分发时需要考虑各路径的传输特点和传输能力，将数据更 多地调度到传输质量好、拥塞情况较优的路径上，传输质量差、拥塞严重的路径少调度甚至 直接摒弃，从而保证发送端发送的数据包按序到达目的接收端，减少接收端数据重组时间 和丢包重传损耗，保证整体数据传输性能。发送端在各路径上分发的数据在接收端需要进 行重组，然后再按序交给应用层，每个子路径接收端都有一个二级缓存进行各路径的数据 重组，同时每个连接有一个一级缓存进行全局数据重组，传输质量差的路径由于时延大差 错率高，会引起丢包重传以及乱序到达等问题，这样虽然其他路径数据包按序到达，但一级 缓存上的重组仍然需要等待质量较差路径上的数据包，造成延迟交付。若等待时间过久，一 级缓存将会被其他较优路径充满，由于迟迟不能交付，发送端连接级得不到确认，将会引发 较优路径的数据包超时重传，导致接收端缓存整体阻塞，严重影响多路径并行传输整体性 能。因此，在MPTCP数据调度中，动态地根据各路径的传输特性变化采取合理的调度策略， 对于保障可靠有效的多路径并行数据传输至关重要。 在现有MPTCP协议中，默认的数据调度策略是L〇west-RTT，它是一种简单的动态 调度算法，选取路径的往返时间（RTT，Round-Trip Time)作为路径传输质量的评估指标， 表征了路径的传输时延，RTT越小，表明路径传输质量越高，反之越差。对于每次数据调度， 优先选择传输延迟最小的路径作为最佳路径，当最佳路径的发送窗口（cwnd，congestion window)为零时，再选择传输时延次小的路径作为最佳路径，以此类推。此外，还有一种被动 式的数据调度方法Round Robin，由于不考虑各路径传输质量差别而将数据均等地进行分 发，极易造成接收端数据到达乱序，引起传输阻塞，性能不高，现仅作为研宄测试参考保留 在内核之中。 显然Round Robin数据调度策略不能适应路径传输状况多变的实际环境，无法实 现多路径并行传输的目标，而Lowest-RTT数据调度策略虽然在一定程度上实现了动态调 度，但仅选取最小路径传输时延作为唯一评估标准，虽然实现较为简单，但忽略了网络带宽 等其他路径传输特性。此外，MPTCP中调度器与拥塞控制机制是协调工作的，拥塞控制机制 作用会影响调度器的调度性能，而Lowest-RTT数据调度策略没有涉及拥塞状态，当过度调 度发生时将引起拥塞，拥塞控制机制将会乘性的减少发送窗口 cwnd，导致路径数据传输速 率急剧下降，不能充分利用路径带宽，从而对整体性能产生影响，所以不能完全达到MPTCP 多路径传输的预期。 传统的基于RTT的数据调度方法和被动的Round Robin数据调度策略均不能充分 发挥MPTCP多路径并行传输的效能，实际传输效率达不到预期期望，从而制约着MPTCP的应 用普及。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种MPTCP中的Smart-RTT动态数据调度方法， 能够将拥塞控制考虑在内，实时估计路径的实际传输能力，有效改善调度器效率和准确性， 保证MPTCP稳定传输，提高整体传输性能。 基于上述目的本专利技术提供的MPTCP中的动态数据调度方法一种多路径并行传输 协议（MPTCP)中的动态数据调度方法，包括以下步骤： 步骤一：测量各路径的往返时间RTT及往返时间的变化值RTTVAR ; 步骤二：根据RTT及RTTVAR判断路径是否可用，摒弃拥塞路径，保留可用路径； 步骤三：估计各路径的数据传输能力； 步骤四：结合步骤三估算的数据传输能力为各路径分配数据传输配额； 步骤五：调度器按照步骤四给出的各路径的传输配额分发传输数据。 在一些实施方式中，所述步骤二包括：将RTTVAR与阈值RTTVART作比较， 若RTTVAR彡RTTVART，判断RTT的变换趋势， 若RTT值增大，判断该路径为拥塞路径，直接摒弃， 若RTT值减小，保留该路径； 若 RITVAR < RITVART，保留该路径。 在一些实施方式中，所述RTTVART根据传输网络的参数特性及传输特性灵活设 定。 在一些实施方式中，所述步骤三的数据传输能力capacity的更新方式为： 判断Th(t)与Th(t-rtt)及d(t)与a的大小关系， 若 d(t)彡 a， 判断 a > 1 且 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1 ; 判断 a = 1，令 capacity = capacity+1 ; 若 a <d (t)〈 0， 判断 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1，a = a+1，0 = 0+1 ; 判断 Th (t)〈Th (t_rtt)，不变； 若 d(t)彡 0， 判断 a > I 且 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1，a = a+1，0 =0 +1 ；其中， capacity是路径的数据传输能力，与发送窗口是同一量纲； d(t)是t时亥Ij传输网络路径队列中缓存的数据包个数； (a，0)是控制网络路径队列中缓存的数据包数的变量，初始值为（1，3); Th (t)及Th (t-rtt)分别代表路径t时刻及t之前的一个RTT时刻的实际吞吐速 在一些实施方式中，所述t时刻传输网络路径队列中缓存的数据包个数根据如下 公式更新： d(t) = 〇 XBasem; 〇是t时刻路径的期望吞吐速率与实际吞吐速率的差值， 其中， cwnd(t)为t时刻路径的发送窗口； Basem是路径的最小传输时延， Realm是路径的实际传输时延； 在一些实施方式中，所述步骤四的数据传输配额的估算方法是：将各路径的数据 传输能力capacity与路径的发送窗口cwnd作比较， 若capacity<cwnd，则调度器给该路径的配额为capacity ; 若capacity彡cwnd，则调度器给该路径的配额为cwnd。 在一些实施方式中，所述步骤五包括：调度器选取RTT最小的路径作为最佳路径， 按步骤四的配额分配数据进行数据传输，当RTT最小的路径的配额用完之后，再选取RTT次 小的路径进行传输，依次进行，直到发送完成缓存的全部数据传输为止。 从上面所述可以看出，本专利技术提供的MPTCP中的Smart-RTT动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路径并行传输协议(MPTCP)中的动态数据调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：测量各路径的往返时间RTT及往返时间的变化值RTTVAR；步骤二：根据RTT及RTTVAR判断路径是否可用，摒弃拥塞路径，保留可用路径；步骤三：估计各路径的数据传输能力；步骤四：结合步骤三估算的数据传输能力为各路径分配数据传输配额；步骤五：调度器按照步骤四给出的各路径的传输配额分发传输数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范文浩，刘元安，段友提，吴帆，张洪光，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11