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多路径并行传输的思想是:以资源共享的方式,把数据流分发到多条链路上来提高网络带宽利用率,从而降低网络接入设备成本,实现接入技术多样化,使利用多网络接口实现数据的多路径并行传输成为可能。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是传统TCP的扩展,允许在一个连接中创建多个子路径并行传输数据,提供多路的TCP服务。MPTCP能够兼容传统TCP和现有中间件,具有广阔的应用前景。
目前,尽管多路径并行传输有很多相关的研究和成果,但由于这些相关协议不支持现有的中间件,商用成本高,并没有大范围的使用,而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多路径并行传输技术和MPTCP相关的协议标准,分析了MPTCP为实现多路径并行传输而面临的问题,结合现有的研究成果,考虑到由于路径拥塞引发的超时或重传等问题,将出现乱序而降低传输效益,研究并给出了基于两级队列及发送窗口数的数据调度算法(DQS),将发送端的数据包队列分为两级,利用发送窗口数并结合该子路径的性能参数,合理分配各条子路径需要传输的数据包个数,减少乱序包的出现,降低接收端因数据包乱序导致的缓存阻塞,提高传输吞吐量;研究并给出了一种接收端流量控制策略(FCR),将乱序的数据包暂存在子路径的接收缓存中,利用TCP的窗口通告机制降低子路径发送速率,避免路径拥塞,在子路径接收缓存耗尽时采用队头传输机制,避免子路径传输停滞,合理分配接收端缓存资源。本文重点研究了MPTCP协议的特性及当中存在的问题,为解决乱序和缓存阻塞问题,给出DQS和FCR策略,同时给出了关键的策略思路及算法描述和详细的流程图。
在现有的NS-3仿真软件中,还没有加入MPTCP协议模块,本文在NS-3上加入由Google维护和更新的MPTCP协议模块。根据DQS算法和FCR策略,修改相应的协议模块,并与传统MPTCP机制进行仿真和分析对比。仿真结果表明,DQS算法和FCR策略应用在MPTCP中,能够有效地减少数据包乱序和缓存阻塞,提高可用带宽资源的利用率,进而提高传输的吞吐量,研究表明DQS算法和FCR策略是有效的。