步筛选之后，保留的路径调度器认为都具备数据传输能力，然后进行路径 传输能力估算。本估算算法参考TCP Vegas拥塞控制机制，吸取其高效的优点同时对其不足 进行改进，计算出各路径在不引起丢包前提下的最大传输能力capacity，然后将capacity 与各路径的拥塞控制窗口 cwnd进行比较。若capacity大于或等于cwnd，则该路径传输数 据配额为cwnd ;若capacity小于cwnd，则该路径传输数据配额为capacity。
[0100] 完成上述两步之后，调度器将利用Lowest-RTT调度策略进行数据传输。具体的， 调度器比较各路径的当前RTT值，选择RTT值最小的路径为最佳传输路径，按数据传输配额 传输数据。当配额用完之后，若发送缓存仍有数据待发送，则再选择RTT值次小的路径进行 传输，以此类推，直至完成发送缓存的全部数据传输。
[0101 ] 本发明提供的针对MPTCP中利用路径最小传输时延进行动态数据调度存在的问 题，提出一种新的数据调度策略，该策略利用RTT变化判断路径拥塞程度的方法，同时设计 路径数据传输能力估算机制，准确估计当前选择路径的传输能力，合理控制调度器调度到 此路径上的数据包数，避免调度数据过多发生拥塞带来的传输动荡问题。
[0102] RTT是某路径上从发送端发送数据开始，到发送端在该路径上接收到来自接收端 对该数据报的确认（接收端收到数据包后便立即发送确认），总共经历的时延。RTT的变化 能够实时准确的反映路径的拥塞情况，RTT变化越小，表明该路径数据传输越稳定，反之越 差；RTT值越小，表明路径传输质量越高，反之越差。此外，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，触发拥塞控制机制，从而造成发送端 发送窗口 cwnd急剧下降，影响数据传输的稳定和高效，因为数据包的丢失重传会消耗较长 时间，并且发送窗口 cwnd的恢复也需要经过相对较长的时间。RTT持续减小说明网络中的 缓存数据包正逐步减少，拥塞状况得到缓解或者消除，可以继续发送数据包。所以，利用RTT 的变化状况作为拥塞信号，估计路径的拥塞状况，是一种简单并且高效的方法。
[0103] 现有MPTCP数据调度模块分配数据包的依据是各路径的发送窗口 cwnd，而发送窗 口的值是由拥塞控制机制调整的。由于Cubic、Reno等拥塞控制机制是基于丢包的，为达到 网络带宽资源利用最大化，这些机制会无限增大拥塞窗口直到发生丢包，而其丢包重传的 剧烈反应会造成传输性能的急剧下降，最终周期性的丢包重传会对MPTCP的整体传输性能 产生重大损害。所以MPTCP数据调度器需要准确估计各路径的实时传输能力，在路径发生 丢包之前就减少数据分发配额，从而提高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。
[0104] 综合考虑以上两者对MPTCP调度器效能的作用，本发明提出的基于RTT阈值控制 和路径传输能力实时估计的MPTCP动态调度器设计方案，命名为Smart-RTT。调度器首先获 取各路径的RTT值及其变化情况，当RTT的变化范围超过了阈值RSSVAR t,说明路径状况正 发生剧烈变化，若检测到RTT是在增大时，说明该路径正要发生严重拥塞，丢弃该路径；若 RTT是在减小时，说明路径状况正在快速恢复，调度器就予以保留。
[0105]本发明设计的数据传输能力估算模块，通过在MPTCP调度器中添加控制功能，利 用RTT测量值和TCP Vegas算法流程，得到各路径动态实时的传输能力。
[0106] 综合考虑各路径实时的传输能力与当前路径的发送窗口，将二者作比较，取较小 者作为该路径的数据传输配额，各路径的数据传输配额确定后，调度器根据分配的数据传 输配额按照Lowest RTT路径传输策略为各路径安排数据传输。
[0107] Smart-RTT动态数据调度方法在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调度器中加入了拥塞避免控制功能，对于避 免路径拥塞，提尚路径的整体传输能力具有株远的影响。
[0108] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并 不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 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。2. 根据权利要求1所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，所述步骤二包 括：将RTTVAR与阈值RTTVAR1作比较， 若RTTVAR彡RTTVAR1，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RTTVAR<RTTVAR1，保留该路径。3. 根据权利要求2所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，所述RTTVART根 据传输网络的参数特性及传输特性灵活设定。4. 根据权利要求1所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，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) <a， 判断a> 1 且Th(t)多Th(t_rtt)，令capacity=capacity+1 ; 判断a> 1且Th(t)〈Th(t_rtt)，$判断a= 1，令capacity=capacity+1 ; 若a<d(t)〈0， 步lj断Th(t)多Th ，令capacity=capacity+1，a=a+1，0 0+1 ; 判断Th(t)〈Th(t_rtt)，不变； 若d(t)彡 |3， 判断a> 1 且Th(t)多Th(t_rtt)，令capacity=capacity+1，a=a+1，0 =|3 +1 ； 判断a> 1且Th(t)〈Th(t_rtt)，$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); Th(t)及Th(t-rtt)分别代表路径t时刻及t之前的一个RTT时刻的实际吞吐速率， Th(t)的值是>5. 根据权利要求4所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，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XBaseETT； 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； BaseKTT是路径的最小传输时延， RealKTT是路径的实际传输时延；是期望吞吐速率；是实际吞吐速率。6. 根据权利要求4所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，所述不拥塞 的前提下网络中缓存的数据包数的范围（a，0)的初始值是（1，3);当a〈d(t)〈f3且 Th(t)彡Th(t-rtt)或者d(t)彡0，a> 1且Th(t)彡Th(t-rtt)时自适应的增加a和 0的值，以提高带宽竞争力。7. 根据权利要求4所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，所述数据传输能 力capacity的值由路径数据传输估算模块实现更新。8. 根据权利要求1所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，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〇9. 根据权利要求1所述的MPTCP中的动态数据调度方法，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】H04L12/709, H04L12/875
【公开号】CN104994036
【申请号】CN201510314139
【发明人】范文浩, 刘元安, 段友提, 吴帆, 张洪光
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月9日