一种多路径传输协议中的动态数据调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多路径并行传输中的数据调度技术，特别是指一种多路径传输控制协 议（MPTCP，Multi-path Transmission Control Protocol)中的动态数据调度方法。
【背景技术】
[0002] 随着网络和通信技术的发展普及，越来越多的网络终端设备具备了多网络接入能 力，面对新业务对数据传输要求的提高，同时利用多网络进行多路径并行传输已成为新的 发展趋势。网络终端设备通过接入多种有线和无线网络，利用多路径传输控制协议MPTCP 将数据分发到多条路径中进行并行传输，通过整合各可用路径聚合网络传输带宽，不仅能 够提高数据传输有效性，满足业务需求，同时还将提高网络资源利用率以及数据传输鲁棒 性。然而，由于网络间的差异特性，网络带宽、传输时延以及差错率等都会影响数据传输的 效率和准确性，MPTCP在进行数据分发时需要考虑各路径的传输特点和传输能力，将数据更 多地调度到传输质量好、拥塞情况较优的路径上，传输质量差、拥塞严重的路径少调度甚至 直接摒弃，从而保证发送端发送的数据包按序到达目的接收端，减少接收端数据重组时间 和丢包重传损耗，保证整体数据传输性能。发送端在各路径上分发的数据在接收端需要进 行重组，然后再按序交给应用层，每个子路径接收端都有一个二级缓存进行各路径的数据 重组，同时每个连接有一个一级缓存进行全局数据重组，传输质量差的路径由于时延大差 错率高，会引起丢包重传以及乱序到达等问题，这样虽然其他路径数据包按序到达，但一级 缓存上的重组仍然需要等待质量较差路径上的数据包，造成延迟交付。若等待时间过久，一 级缓存将会被其他较优路径充满，由于迟迟不能交付，发送端连接级得不到确认，将会引发 较优路径的数据包超时重传，导致接收端缓存整体阻塞，严重影响多路径并行传输整体性 能。因此，在MPTCP数据调度中，动态地根据各路径的传输特性变化采取合理的调度策略， 对于保障可靠有效的多路径并行数据传输至关重要。
[0003] 在现有MPTCP协议中，默认的数据调度策略是L〇west-RTT，它是一种简单的动态 调度算法，选取路径的往返时间（RTT，Round-Trip Time)作为路径传输质量的评估指标， 表征了路径的传输时延，RTT越小，表明路径传输质量越高，反之越差。对于每次数据调度， 优先选择传输延迟最小的路径作为最佳路径，当最佳路径的发送窗口（cwnd，congestion window)为零时，再选择传输时延次小的路径作为最佳路径，以此类推。此外，还有一种被动 式的数据调度方法Round Robin，由于不考虑各路径传输质量差别而将数据均等地进行分 发，极易造成接收端数据到达乱序，引起传输阻塞，性能不高，现仅作为研宄测试参考保留 在内核之中。
[0004] 显然Round Robin数据调度策略不能适应路径传输状况多变的实际环境，无法实 现多路径并行传输的目标，而Lowest-RTT数据调度策略虽然在一定程度上实现了动态调 度，但仅选取最小路径传输时延作为唯一评估标准，虽然实现较为简单，但忽略了网络带宽 等其他路径传输特性。此外，MPTCP中调度器与拥塞控制机制是协调工作的，拥塞控制机制 作用会影响调度器的调度性能，而Lowest-RTT数据调度策略没有涉及拥塞状态，当过度调 度发生时将引起拥塞，拥塞控制机制将会乘性的减少发送窗口 cwnd，导致路径数据传输速 率急剧下降，不能充分利用路径带宽，从而对整体性能产生影响，所以不能完全达到MPTCP 多路径传输的预期。
[0005] 传统的基于RTT的数据调度方法和被动的Round Robin数据调度策略均不能充分 发挥MPTCP多路径并行传输的效能，实际传输效率达不到预期期望，从而制约着MPTCP的应 用普及。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种MPTCP中的Smart-RTT动态数据调度方法， 能够将拥塞控制考虑在内，实时估计路径的实际传输能力，有效改善调度器效率和准确性， 保证MPTCP稳定传输，提高整体传输性能。
[0007] 基于上述目的本发明提供的MPTCP中的动态数据调度方法一种多路径并行传输 协议（MPTCP)中的动态数据调度方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：测量各路径的往返时间RTT及往返时间的变化值RTTVAR ;
[0009] 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；
[0010] 步骤三：估计各路径的数据传输能力；
[0011] 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；
[0012] 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。
[0013] 在一些实施方式中，所述步骤二包括：将RTTVAR与阈值RTTVART作比较，
[0014] 若RTTVAR彡RTTVART，判断RTT的变换趋势，
[0015] 若RTT值增大，判断该路径为拥塞路径，直接摒弃，
[0016] 若RTT值减小，保留该路径；
[0017] 若 RITVAR < RITVART，保留该路径。
[0018] 在一些实施方式中，所述RTTVART根据传输网络的参数特性及传输特性灵活设 定。
[0019] 在一些实施方式中，所述步骤三的数据传输能力capacity的更新方式为：
[0020] 判断Th(t)与Th(t-rtt)及d(t)与a的大小关系，
[0021] 若 d(t)彡 a，
[0022] 判断 a > 1 且 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1 ;
[0024] 判断 a = 1，令 capacity = capacity+1 ;
[0025] 若 a <d (t)〈 0，
[0026] 判断 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1，a = a+1，0 = 0+1 ;
[0027] 判断 Th (t)〈Th (t_rtt)，不变；
[0028] 若 d(t)彡 0，
[0029] 判断 a > I 且 Th (t) ^ Th (t_rtt)，令 capacity = capacity+1，a = a+1，0 =0 +1 ；
[0031]其中，
[0032] capacity是路径的数据传输能力，与发送窗口是同一量纲；
[0033] d(t)是t时亥Ij传输网络路径队列中缓存的数据包个数；
[0034] (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);
[0035] 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
[0036] 在一些实施方式中，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：
[0037] d(t) = 〇 XBasem;
[0038] 〇是t时刻路径的期望吞吐速率与实际吞吐速率的差值，
[0040] 其中，
[0041] cwnd(t)为t时刻路径的发送窗口；
[0042] Basem是路径的最小传输时延，
[0043] Realm是路径的实际传输时延；
[0046] 在一些实施方式中，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，
[0047] 若capacity<cwnd，则调度器给该路径的配额为capacity ;
[0048] 若capacity彡cwnd，则调度器给该路径的配额为cwnd。
[0049] 在一些实施方式中，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。
[0050] 从上面所述可以看出，本发明提供的MPTCP中的Smart-RTT动态数据调度方法克 服了传统的Round Robin及L〇west_RTT数据调度策略的不能适应路径传输状况多变的实 际环境及在未涉及拥塞情况的缺点，具有以下几方面的优点：（1)考虑了拥塞对传输性能 的影响，根据RTT值变化对拥塞情况进行初步判断，丢弃拥塞严重且传输不稳定的路径不 仅减少了路径差异带来的性能下降，同时降低了后续功能模块的计算复杂度；（2)增加了 路径传输能力估算模块对路径的数据传输能力进行实时动态估计，准确，高效，具备自适应 特性，准确反映路径的拥塞状况。（3)调度器通过准确估计各路径的实时传输能力，在路径 发生丢包之前（即拥塞机制起作用之前）就减少数据分发配额，解决了调度器调度盲目性 问题，合理控制传输包数，避免发生拥塞带来的性能剧降，提高了调度器的调度效率和准 确性，保持MPTCP稳定传输，对于提高MPTCP的整体传输性能具有较深远的意义。
【附图说明】
[0051] 图1为本发明提供的MPTCP中的Smart-RTT动态数据调度方法的流程图；
[0052] 图2为本发明提供的MPTCP中的Smart-RTT动态数据调度方法实现框图。<