[发明专利]一种多路径传输协议中的动态数据调度方法

说明书

技术领域

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

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。

在现有MPTCP协议中，默认的数据调度策略是Lowest-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，现仅作为研究测试参考保留在内核之中。

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。

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

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。

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：

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。