一種多路徑傳輸協(xié)議中的動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多路徑并行傳輸中的數(shù)據(jù)調(diào)度技術(shù)，特別是指一種多路徑傳輸控制協(xié) 議（MPTCP，Multi-path Transmission Control Protocol)中的動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展普及，越來越多的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備具備了多網(wǎng)絡(luò)接入能 力，面對新業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)傳輸要求的提高，同時利用多網(wǎng)絡(luò)進行多路徑并行傳輸已成為新的 發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備通過接入多種有線和無線網(wǎng)絡(luò)，利用多路徑傳輸控制協(xié)議MPTCP 將數(shù)據(jù)分發(fā)到多條路徑中進行并行傳輸，通過整合各可用路徑聚合網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，不僅能 夠提高數(shù)據(jù)傳輸有效性，滿足業(yè)務(wù)需求，同時還將提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率以及數(shù)據(jù)傳輸魯棒 性。然而，由于網(wǎng)絡(luò)間的差異特性，網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸時延以及差錯率等都會影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)?效率和準確性，MPTCP在進行數(shù)據(jù)分發(fā)時需要考慮各路徑的傳輸特點和傳輸能力，將數(shù)據(jù)更 多地調(diào)度到傳輸質(zhì)量好、擁塞情況較優(yōu)的路徑上，傳輸質(zhì)量差、擁塞嚴重的路徑少調(diào)度甚至 直接摒棄，從而保證發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)包按序到達目的接收端，減少接收端數(shù)據(jù)重組時間 和丟包重傳損耗，保證整體數(shù)據(jù)傳輸性能。發(fā)送端在各路徑上分發(fā)的數(shù)據(jù)在接收端需要進 行重組，然后再按序交給應(yīng)用層，每個子路徑接收端都有一個二級緩存進行各路徑的數(shù)據(jù) 重組，同時每個連接有一個一級緩存進行全局數(shù)據(jù)重組，傳輸質(zhì)量差的路徑由于時延大差 錯率高，會引起丟包重傳以及亂序到達等問題，這樣雖然其他路徑數(shù)據(jù)包按序到達，但一級 緩存上的重組仍然需要等待質(zhì)量較差路徑上的數(shù)據(jù)包，造成延遲交付。若等待時間過久，一 級緩存將會被其他較優(yōu)路徑充滿，由于遲遲不能交付，發(fā)送端連接級得不到確認，將會引發(fā) 較優(yōu)路徑的數(shù)據(jù)包超時重傳，導(dǎo)致接收端緩存整體阻塞，嚴重影響多路徑并行傳輸整體性 能。因此，在MPTCP數(shù)據(jù)調(diào)度中，動態(tài)地根據(jù)各路徑的傳輸特性變化采取合理的調(diào)度策略， 對于保障可靠有效的多路徑并行數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。
[0003] 在現(xiàn)有MPTCP協(xié)議中，默認的數(shù)據(jù)調(diào)度策略是L〇west-RTT，它是一種簡單的動態(tài) 調(diào)度算法，選取路徑的往返時間（RTT，Round-Trip Time)作為路徑傳輸質(zhì)量的評估指標， 表征了路徑的傳輸時延，RTT越小，表明路徑傳輸質(zhì)量越高，反之越差。對于每次數(shù)據(jù)調(diào)度， 優(yōu)先選擇傳輸延遲最小的路徑作為最佳路徑，當最佳路徑的發(fā)送窗口（cwnd，congestion window)為零時，再選擇傳輸時延次小的路徑作為最佳路徑，以此類推。此外，還有一種被動 式的數(shù)據(jù)調(diào)度方法Round Robin，由于不考慮各路徑傳輸質(zhì)量差別而將數(shù)據(jù)均等地進行分 發(fā)，極易造成接收端數(shù)據(jù)到達亂序，引起傳輸阻塞，性能不高，現(xiàn)僅作為研宄測試參考保留 在內(nèi)核之中。
[0004] 顯然Round Robin數(shù)據(jù)調(diào)度策略不能適應(yīng)路徑傳輸狀況多變的實際環(huán)境，無法實 現(xiàn)多路徑并行傳輸?shù)哪繕?，而Lowest-RTT數(shù)據(jù)調(diào)度策略雖然在一定程度上實現(xiàn)了動態(tài)調(diào) 度，但僅選取最小路徑傳輸時延作為唯一評估標準，雖然實現(xiàn)較為簡單，但忽略了網(wǎng)絡(luò)帶寬 等其他路徑傳輸特性。此外，MPTCP中調(diào)度器與擁塞控制機制是協(xié)調(diào)工作的，擁塞控制機制 作用會影響調(diào)度器的調(diào)度性能，而Lowest-RTT數(shù)據(jù)調(diào)度策略沒有涉及擁塞狀態(tài)，當過度調(diào) 度發(fā)生時將引起擁塞，擁塞控制機制將會乘性的減少發(fā)送窗口 cwnd，導(dǎo)致路徑數(shù)據(jù)傳輸速 率急劇下降，不能充分利用路徑帶寬，從而對整體性能產(chǎn)生影響，所以不能完全達到MPTCP 多路徑傳輸?shù)念A(yù)期。
[0005] 傳統(tǒng)的基于RTT的數(shù)據(jù)調(diào)度方法和被動的Round Robin數(shù)據(jù)調(diào)度策略均不能充分 發(fā)揮MPTCP多路徑并行傳輸?shù)男?，實際傳輸效率達不到預(yù)期期望，從而制約著MPTCP的應(yīng) 用普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種MPTCP中的Smart-RTT動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法， 能夠?qū)砣刂瓶紤]在內(nèi)，實時估計路徑的實際傳輸能力，有效改善調(diào)度器效率和準確性， 保證MPTCP穩(wěn)定傳輸，提高整體傳輸性能。
[0007] 基于上述目的本發(fā)明提供的MPTCP中的動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法一種多路徑并行傳輸 協(xié)議（MPTCP)中的動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：測量各路徑的往返時間RTT及往返時間的變化值RTTVAR ;
[0009] 步驟二：根據(jù)RTT及RTTVAR判斷路徑是否可用，摒棄擁塞路徑，保留可用路徑；
[0010] 步驟三：估計各路徑的數(shù)據(jù)傳輸能力；
[0011] 步驟四：結(jié)合步驟三估算的數(shù)據(jù)傳輸能力為各路徑分配數(shù)據(jù)傳輸配額；
[0012] 步驟五：調(diào)度器按照步驟四給出的各路徑的傳輸配額分發(fā)傳輸數(shù)據(jù)。
[0013] 在一些實施方式中，所述步驟二包括：將RTTVAR與閾值RTTVART作比較，
[0014] 若RTTVAR彡RTTVART，判斷RTT的變換趨勢，
[0015] 若RTT值增大，判斷該路徑為擁塞路徑，直接摒棄，
[0016] 若RTT值減小，保留該路徑；
[0017] 若 RITVAR < RITVART，保留該路徑。
[0018] 在一些實施方式中，所述RTTVART根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)特性及傳輸特性靈活設(shè) 定。
[0019] 在一些實施方式中，所述步驟三的數(shù)據(jù)傳輸能力capacity的更新方式為：
[0020] 判斷Th(t)與Th(t-rtt)及d(t)與a的大小關(guān)系，
[0021] 若 d(t)彡 a，
[0022] 判斷 a > 1 且 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1 ;
[0024] 判斷 a = 1，令 capacity = capacity+1 ;
[0025] 若 a <d (t)〈 0，
[0026] 判斷 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1，a = a+1，0 = 0+1 ;
[0027] 判斷 Th (t)〈Th (t_rtt)，不變；
[0028] 若 d(t)彡 0，
[0029] 判斷 a > I 且 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1，a = a+1，0 =0 +1 ；
[0031]其中，
[0032] capacity是路徑的數(shù)據(jù)傳輸能力，與發(fā)送窗口是同一量綱；
[0033] d(t)是t時亥Ij傳輸網(wǎng)絡(luò)路徑隊列中緩存的數(shù)據(jù)包個數(shù)；
[0034] (a，0)是控制網(wǎng)絡(luò)路徑隊列中緩存的數(shù)據(jù)包數(shù)的變量，初始值為（1，3);
[0035] Th (t)及Th (t-rtt)分別代表路徑t時刻及t之前的一個RTT時刻的實際吞吐速
[0036] 在一些實施方式中，所述t時刻傳輸網(wǎng)絡(luò)路徑隊列中緩存的數(shù)據(jù)包個數(shù)根據(jù)如下 公式更新：
[0037] d(t) = 〇 XBasem;
[0038] 〇是t時刻路徑的期望吞吐速率與實際吞吐速率的差值，
[0040] 其中，
[0041] cwnd(t)為t時刻路徑的發(fā)送窗口；
[0042] Basem是路徑的最小傳輸時延，
[0043] Realm是路徑的實際傳輸時延；
[0046] 在一些實施方式中，所述步驟四的數(shù)據(jù)傳輸配額的估算方法是：將各路徑的數(shù)據(jù) 傳輸能力capacity與路徑的發(fā)送窗口cwnd作比較，
[0047] 若capacity<cwnd，則調(diào)度器給該路徑的配額為capacity ;
[0048] 若capacity彡cwnd，則調(diào)度器給該路徑的配額為cwnd。
[0049] 在一些實施方式中，所述步驟五包括：調(diào)度器選取RTT最小的路徑作為最佳路徑， 按步驟四的配額分配數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)傳輸，當RTT最小的路徑的配額用完之后，再選取RTT次 小的路徑進行傳輸，依次進行，直到發(fā)送完成緩存的全部數(shù)據(jù)傳輸為止。
[0050] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的MPTCP中的Smart-RTT動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法克 服了傳統(tǒng)的Round Robin及L〇west_RTT數(shù)據(jù)調(diào)度策略的不能適應(yīng)路徑傳輸狀況多變的實 際環(huán)境及在未涉及擁塞情況的缺點，具有以下幾方面的優(yōu)點：（1)考慮了擁塞對傳輸性能 的影響，根據(jù)RTT值變化對擁塞情況進行初步判斷，丟棄擁塞嚴重且傳輸不穩(wěn)定的路徑不 僅減少了路徑差異帶來的性能下降，同時降低了后續(xù)功能模塊的計算復(fù)雜度；（2)增加了 路徑傳輸能力估算模塊對路徑的數(shù)據(jù)傳輸能力進行實時動態(tài)估計，準確，高效，具備自適應(yīng) 特性，準確反映路徑的擁塞狀況。（3)調(diào)度器通過準確估計各路徑的實時傳輸能力，在路徑 發(fā)生丟包之前（即擁塞機制起作用之前）就減少數(shù)據(jù)分發(fā)配額，解決了調(diào)度器調(diào)度盲目性 問題，合理控制傳輸包數(shù)，避免發(fā)生擁塞帶來的性能劇降，提高了調(diào)度器的調(diào)度效率和準 確性，保持MPTCP穩(wěn)定傳輸，對于提高MPTCP的整體傳輸性能具有較深遠的意義。
【附圖說明】
[0051] 圖1為本發(fā)明提供的MPTCP中的Smart-RTT動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法的流程圖；
[0052] 圖2為本發(fā)明提供的MPTCP中的Smart-RTT動態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度方法實現(xiàn)框圖。<