基于MPTCP协议的并行多路传输研究

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近年来,网络接入设备成本降低、接入技术多样化,使利用多网络接口实现数据的并行多路传输成为可能,特别是应急通信、视频会议、多方游戏等高带宽需求的业务,促进了并行多路传输的研究和发展。2009年10月,IETF组织成立MPTCP WG工作组,负责multipath TCP(MPTCP)的标准的制定工作。MPTCP是常规TCP的扩展,允许一个连接创建的多个子流并行的传输数据,提供多路TCP服务,MPTCP能够向后兼容现有的TCP协议和中间件,具有好的应用前景。目前,并行多路传输尽管有很多相关的研究和成果,但还没用大范围的使用,最大的原因是对现有的中间件不支持,商用成本高。MPTCP对现有中间件的支持使其大范围使用成为可能,受到业内学者的高度重视。   本文通过研究现有的并行多路传输技术和MPTCP相关的协议标准,分析MPTCP实现并行多路而产生的相应问题,结合现有的研究成果,考虑到子流的意外中断或连续重传超时,需要经历较长的时间才能侦测到,影响缓存的及时释放,本文提出了不可用预测的子流管理机制(USM),它能提前释放缓存资源和预测子流是否意外断开,减轻缓存的阻塞,提高可用带宽的利用率;提出了一种基于带宽预测和前向时延的数据调度算法(DA-BEFT),该算法充分考虑子流间传输时延差较大的影响,结合性能好的重传选路策略,减轻接收端因数据乱序导致的缓存阻塞,提高整个连接吞吐量。本文充分考虑MPTCP协议的特性,结合原有的Round Robin(轮询)数据调度算法,改进并实现了DA-BEFT算法,结合MPTCP中保守的重传机制实现了USM算法,同时给出了关键的算法描述和详细的流程图。现在的NS3仿真软件中,还没有加入MPTCP协议模块,本文在NS3上加入由Google维护、更新的MPTCP协议模块。根据DA-BEFT和USM算法,修改相应的协议模块,进行仿真和分析,并与原MPTCP进行对比。仿真结果表明,DA-BEFT和USM应用在MPTCP中,能够有效减轻数据乱序和缓存阻塞,提高了可用带宽资源的利用率,提高了整个连接的吞吐量,结果证明DA-BEFT和USM是有效的。
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