[发明专利]一种自适应MPTCP的数据调度方法

说明书

本发明公开了一种自适应MPTCP的数据调度方法，包括：根据各子流的拥塞窗口建立马尔可夫模型；根据马尔可夫模型计算得到各子流的平均拥塞窗口大小；根据时间戳字段计算得到各子流当前的往返时间值；根据各子流平均拥塞窗口大小和往返时间值预测得到各子流上的平均有效吞吐率；根据各子流上的平均有效吞吐率动态调整最小子流的拥塞窗口大小，使最小子流避免发生拥塞；根据调整后的拥塞窗口大小调整慢启动阈值的大小，使得调整后的子流仍处于拥塞避免阶段。所述的自适应MPTCP的数据调度方法克服了现有MPTCP数据调度和拥塞控制技术的不足，使得MPTCP能够自适应地针对网络波动和网络异构化的情况进行更合理的调度，最终能够提高多路径数据传输的效率和可靠性。

技术领域

本发明涉及数据调度和拥塞控制技术领域，特别是指一种自适应MPTCP的数据调度方法。

背景技术

近年来，随着智能终端的应用越来越广泛，以及互联网通信的不断发展，网络应用对业务量的需求也越来越大；以大数据应用、手机电视、视频通话等为代表的网络应用亟需高可靠性的快速数据传输技术作为支撑。现有的因特网采用TCP/IP协议族，其中传输层以TCP协议为代表得到最为广泛的研究和使用。然而，传统的TCP协议无法同时利用智能终端的多个通信接口(如以太网接口和WIFI接口)，端对端连接时只能用一个接口建立一条传输路径，无法满足吞吐量日益增大的需求，更重要的是单路径传输可靠性差，如果发生干扰或传输拥塞时会导致传输性能急剧下降，严重时导致传输中止。多路径传输控制协议(Multipath-TCP，简称MPTCP)就是为了弥补TCP的不足而诞生的。该协议是基于传统TCP的多路径并行传输协议，可兼容现有中间件，并具有高可靠性、高容错性、高吞吐量、高安全性、兼容TCP等特点。

端对端设备通过MPTCP将数据放置在多条路径上并行传输，借助对多个接口的联合利用，可以提高数据传输的吞吐量和鲁棒性。在进行多条路径之间的数据分配时，MPTCP需要在多个可用的链路中预先进行路径选择，需要弃用链路质量较差的传输路径，而选取链路质量较优的传输路径，降低路径间传输质量的差异性。一方面，若在多径传输过程中发送端未弃用较差的传输路径，在该路径上的数据传输易引起数据包的超时、错误、丢包、重传等问题，接收端将各路径上接收到的数据包进行排序和组合，即便其它路径上的数据传输正常，也将因该路径上数据包的延迟到达导致数据的不完整，造成向上层应用的推迟交付，进而会影响MPTCP在发送端和接收端之间的整体传输性能。另一方面，若各路径间传输质量差异过大，由于较差路径所承载的数据包缺失，较优路径上接收的数据包会快速充满接收端的数据缓冲区，从而导致较优路径上数据传输暂停及大量数据的超时重传问题。因此，在MPTCP数据传输中，将数据调度到合理的路径上以及针对可能出现的拥塞进行处理，是非常重要的。

在现有的MPTCP协议中，路径质量的评估指标主要利用数据在该路径上的传输延迟，传输延迟是表征路径质量的直观指标之一，对于该指标的评测方法为测量路径的往返时间(RTT，Round-Trip Time)值。某路径上的RTT表示从发送端在该路径上发送数据包开始，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越小，表明路径传输质量越高，反之越差。

发明人在实现本发明的过程中发现，采用RTT评估路径质量，进而进行路径选择尽管测量方法相对简单，准确度相对较高，但也至少存在如下缺点：1)RTT测量时需要发送冗余数据包或启动实际数据传输，前者通过发送专用数据包测量RTT，会占用路径的带宽资源，后者等价于实际使用该路径进行数据传输，通过传输过程中发送的数据包测量RTT，如果路径质量较差，则会直接引发接收端的数据缺失等问题；2)RTT测量涉及到数据包的发送过程，接收端的接收数据包和处理过程，接收端发送确认包过程，以及发送端接收确认包和处理过程，测量时间至少包含数据包的往返时间，因此，测量存在一定的时间延迟。路径质量越差，相应的测量延迟也就越长，这将降低MPTCP路径选择的效率。

发明内容