多路径TCP的流量分配与数据调度算法研究

摘要

移动通信技术的演进，推动了智能终端设备与无线业务的发展。如何利用多模终端多个网络接口的并发传输能力，为用户提供更大带宽，更优质服务，更完美体验，已成为学术界与工业界共同关注的课题。多路径传输控制协议(Multipath Transmission Control Protocol, MPTCP)作为一种并行多路径传输协议，自提出以来，因其与传输控制协议(Transmission Control Protocol, TCP)的良好兼容性，受到研究者们的广泛关注。然而，在终端设备资源受限的条件下，MPTCP的网络资源利用率降低，性能下降。提升MPTCP在异构无线网络环境下的传输性能成为一个研究热点问题。围绕该问题，论文主要研究MPTCP的流量分配与数据调度算法以提升其传输性能。
　　针对异构无线网络环境下子流差异性使接收缓冲区阻塞问题，论文分析子流差异性、传输过程分组丢失与有限接收缓冲区对MPTCP聚合吞吐量的影响，将MPTCP流量分配问题建模成最优化问题，并提出一种MPTCP吞吐量感知的流量分配与数据调度(MPTCP Goodput-Aware Flow Assignment and Data Scheduling, MPTCP-GA)算法，其中流量分配算法通过合理的流量分配使MPTCP聚合吞吐量最大化，数据调度算法根据流量分配的结果进行合理的数据分发，尽量使数据分组按序到达接收缓冲区。仿真结果表明，论文提出的MPTCP-GA算法能有效对付子流差异性对传输性能的恶化，获得较高的吞吐量与较低的平均分组传输延时。
　　针对无线链路的不稳定性导致传输过程数据分组丢失问题，论文基于 MPTCP网络编码协议(MPTCP with Network Coding，MPTCP/NC)，分析网络编码、子流差异性与有限接收缓冲区对 MPTCP/NC聚合吞吐量的影响，将 MPTCP/NC流量分配及冗余度确定问题建模成最优化问题，并提出一种MPTCP/NC吞吐量感知的流量分配及冗余度确定与数据调度(MPTCP/NC Goodput-Aware Flow Assignment with Redundancy Determination and Data Scheduling, MPTCP/NC-GA)算法，其中流量分配及冗余度确定算法的设计目标是使MPTCP/NC聚合吞吐量最大化，数据调度算法是根据流量分配的结果进行合理的数据分发。仿真结果表明，论文提出的MPTCP/NC-GA算法能有效提升MPTCP在异构无线网络环境下的传输性能，进一步提升系统吞吐量，减小平均分组传输延时。
　　论文提出的MPTCP-GA与MPTCP/NC-GA算法可应用到网络协议栈中，对提升MPTCP的传输效率具有实际的应用价值。

目录

声明

致谢

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 论文主要工作

1.4 论文组织结构

第2章 多路径传输控制协议

2.1 MPTCP体系结构

2.2 MPTCP流量分配与数据调度

2.3 TCP网络编码

2.4 MPTCP网络编码

2.5 本章小结

第3章 MPTCP流量分配与数据调度算法

3.1 系统模型

3.2 MPTCP-GA流量分配算法

3.3 MPTCP-GA数据调度算法

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第4章 MPTCP/NC流量分配与数据调度算法

4.1 系统模型

4.2 MPTCP/NC-GA流量分配及冗余度确定算法

4.3 MPTCP/NC-GA数据调度算法

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果