一种多路径传输协议中的动态数据调度方法_2

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br>【具体实施方式】
[0053] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照 附图,对本发明进一步详细说明。
[0054] 图1为本发明提出的MPTCP中的Smart-RTT动态数据调度方法的流程图。本发明 提出的命名为Smart-RTT的动态数据调度方法包括以下几个步骤:
[0055] 步骤一:测量各路径的往返时间RTT及往返时间的变化值RTTVAR ;
[0056] 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;
[0057] 步骤三:估计各路径的数据传输能力;
[0058] 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;
[0059] 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。
[0060] 进一步的,步骤二包括:将RTTVAR与阈值RTTVARt作比较,
[0061] 若RTTVAR彡RTTVAR1,判断RTT的变换趋势,
[0062] 若RTT值增大,判断该路径为拥塞路径,直接摒弃,
[0063] 若RTT值减小,保留该路径;
[0064] 若 RTTVAR <RTTVARt,保留该路径。
[0065] RTT及RTT的变化RTTVAR是反映当前路径数据传输情况和传输质量的两个重要 参数。RTTVAR越小,表明该路径数据传输越稳定,反之越差;RTT越小,表明路径传输质量越 高,反之越差。RTT持续增大说明网络中数据包正在堆积,继续增大数据传输包数将会引起 网络拥塞。本处理过程的意义在于:根据路径往返时间RTT及路径往返时间的变化RTTVAR 对各传输路径进行初步筛选,淘汰过度拥塞的路径,保留传输质量和稳定性尚好的路径作 为可用路径。避免了传输不稳定、拥塞较重的路径对整体性能的干扰和带来的额外运算复 杂度。
[0066] 进一步的,对于RTTVAR1,可以根据传输网络的参数特性及传输特性进行灵活设 定,分别用以表明路径为RTTVAR可用时的上界。以上各步骤中的RTT值RTT以及RTTVAR值 RTTVAR,既可以为直接测量值,也可以为基于测量值的进一步处理值,如平滑处理方法等。
[0067] 进一步的,所述步骤三的数据传输能力capacity的更新方式为:
[0068] 若d⑴彡a,
[0069] 判断 a > 1 且 Th (t) ^ Th (t_rtt),令 capacity = capacity+1 ;
[0071] 判断 a = 1,令 capacity = capacity+1;
[0072] 若 a〈d(t)〈0,
[0073] 判断Th(t) ^Th(t_rtt),令capacity=capacity+1,a=a+1,0 = 0+1 ;
[0074]判断 Th (t)〈Th (t_rtt),不变;
[0075]若 d(t)彡0,
[0076] 判断a>I且Th(t) ^Th(t_rtt),令capacity=capacity+1,a=a+1,0 =0 +1 ;
[0078] 其中,capacity是路径的数据传输能力;d(t)是t时刻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)。
[0079] 进一步的,t时刻传输网络路径队列中缓存的数据包个数d(t)的计算公式 为:d(t) = 0XBasem,0是t时刻路径的期望吞吐速率与实际吞吐速率的差值,
[0080] 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,Real KTT
[0081] 本过程中引入的数据传输能力capacity力与拥塞控制机制中的发送窗口 cwnd具 有相同的量纲和类似的估算方法,即:结合路径实际的传输时延对路径当前的发送窗口进 行修正,计算出路径队列中缓存的数据包个数,以此为依据来对路径的实际数据传输能力 进行更新。路径数据传输能力capacity由路径数据传输能力估算模块通过计算d(t)值 和两个参数a,0之间的关系来动态地调整。当d(t)小于a时,表示数据传输速率太慢, 说明该路径带宽还没有充分利用,传输能力有待提高,但如果检测到吞吐量变小,需要适当 降低传输能力;当d(t)大于0时,表示数据传输速率太快,路径带宽将达饱和,继续增大传 输能力可能会引发拥塞,需要适当减小传输能力,但如果检测到吞吐速率仍然在增大,说明 还有提升空间,需要增大传输能力,同时增加阈值a,0的值;如果d(t)在a,0之间,则 说明路径状态稳定且数据传输维持着较高效率,即使吞吐量变小也无需改变传输能力,但 如果检测到吞吐率增大,还需要继续增大传输能力,同时增加阈值a,0的值。
[0082]以上增加阈值a,0的值是为了提高各路径的带宽竞争力,以获得最大的吞吐 量。参数a和0代表在不发生拥塞的前提下传输网络路径队列中缓存的数据包数范围, a和0需要根据路径传输状态进行动态设定(默认是1和3),以实时适应网络状况变化 的要求。
[0083] 本处理过程参考了 TCP Vegas拥塞控制机制,对路径的数据传输能力capacity采 取了同样的更新方式,在预测到路径中缓存的数据包个数低于a或高于0时,对路径的数 据传输能力以相同的额度进行增减(即增大或减小1)。本发明将在下面的实施方式中,对 路径的实时数据传输能力提出更为优选的估算方式,以利于本网络同等情况下获取更大的 带宽。
[0084]进一步的,路径数据传输能力的动态估算模块算法如下:
[0085]
[0087] 其中,Th(t)是路径在t时刻的实际吞吐速率,Th(t-rtt)是t时刻之前的
[0088] 上述的路径数据传输能力动态估算算法中,在预测到路径中缓存的数据包数高于
路径队列中缓存的数据包数已大于a,而路径的实际吞吐速率仍然较前一个RTT时刻增大 时,令a及0参数增加1。本处理方式是在不引起网络拥塞的前提下综合考虑了带宽竞争 因素,实时判断路径的实际吞吐速率的微观变化,以在实际网络情况良好的情况下,保持较 高的带宽竞争能力,同时线性减少传输能力值,可以保持传输能力的稳定性。
[0089] 进一步的,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,
[0090] 若capacity < cwnd,则调度器给该路径的配额为capacity ;
[0091] 若capacity彡cwnd,则调度器给该路径的配额为cwndo
[0092] 如前所述,本发明提出的路径的数据传输能力capacity与拥塞控制机制中的拥 塞窗口 cwnd具有相同的量纲和估算方式,将二者中较小者作为路径实际的发送配额,相当 于将拥塞控制提前引入数据调度策略,弥补了 Lowest-RTT数据调度策略中仅将RTT值作为 路径传输评估的唯一标准,没有涉及拥塞处理导致数据过度调度或滞后调度的不足,对路 径的实时传输能力进行准确估计,在路径发生丢包之前就减少数据分发配额,从而提高体 调度器调度效率和准确性,保持MPTCP稳定传输,提高整体传输性能。
[0093] 进一步的,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。
[0094] 这里是在确定了各路径的发送配额后,采用了默认的Lowest-RTT数据调度策略 的数据分发方式。
[0095] 为使本发明的设计方案、技术原理更加清晰明了,以下对本发明的具体实施进行 详细说明。本发明提出的Smart-RTT动态数据调度方法,适用于所有使用MPCTP进行多路 径并行数据传输的场合,所有具备多网络接入的网络终端设备都适用。本发明提供的基于 动态数据调度的多路径并行传输策略,其在MPTCP中的实现如图2所示,具体可以包括以下 实施步骤:
[0096] 应用层程序将数据通过socket传递至传输层,对应用层而言,数据传递是透明 的,传输层对应用层隐藏了具体实现细节。传输层分为MPCTP上层和标准TCP层,向下对网 络层也隐藏了实现细节,对网络层而言,只有标准TCP层是可见的。传输层MPTCP控制中心 接收应用层数据,进行数据分段后交由数据调度模块进行数据分发。MPTCP的路径选择模 块探测当前网络终端设备的所有接入网络,依据路径选择策略选择可以进行数据传输的路 径,也交由数据调度模块进行最佳路径选择。
[0097] 数据调度模块是MPTCP关键功能部分,最佳路径的选择和合理数据额度分配直接 影响着多路径并行传输的效率和可靠性。本发明提出的基于RTT变化和路径传输能力估计 的调度策略与默认的Lowest-RTT调度策略协同作用,共同提升多路径并行传输性能。
[0098] 具体地,对于路径选择模块提供的所用可用传输路径,调度器首先测量各路径的 传输时延及其变化情况,这里由RTT代表。对于时延变化超过一定限度的路径进行判断,若 RTT在增大,则丢弃该路径,若不是,则保留该路径。至此完成最佳传输路径的初步筛选工 作,避免了传输不稳定、拥塞较重的路径对整体性能和干扰和带来的额外运算复杂度。
[0099] 完成初
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