基于MPTCP的网络传输技术研究

摘要

在新的移动互联网环境中，不同的无线接入技术相互融合，通信终端通常具有多种网络接口（例如Wi-Fi和3G），两个互相通信的端主机之间存在多条可用路径。MPTCP是由IETF MPTCP(MultiPath TCP)工作组设计的一种新传输协议，通过合并传输连接中的多条路径，实现对应用程序透明的并发多路径传输，从而增强连接恢复力，提高资源利用率，提升网络容量。
　　 作为新协议，MPTCP需要充分考虑如何增进部署;探求在不破坏与TCP友好性的基础上提升吞吐量;同时完善数据传输的可靠性，让MPTCP更健壮。针对这三个方面，本文提出了一种新型代理TMPP(Transparent MPTCP Proxy)，一种基于公平加权耦合的多路径拥塞控制算法(FWC-MPTCP)，以及一种接收缓冲区比例分配方法(RSpl)。论文主要贡献如下:
　　 1)为了增进初期部署，使两个不支持MPTCP的主机使用多路径进行通信，本文在MPTCP框架下，提出了一种新型代理TMPP。本文给出了TMPP的定义，讨论了TMPP的部署场景，设计了使用TMPP时连接建立、子流管理和数据传输的信令流程，并提供了位置信息及各级序列号的映射方式。
　　 2)为了让MPTCP子流获取的吞吐量既满足公平性要求，又实现子流拥塞窗口半耦合，本文设计出一种基于公平加权耦合的MPTCP拥塞控制算法。在分析网络公平性和瓶颈公平性的冲突后，首先给出了通用的拥塞窗口增大量和减小量之间的关系表达式，使拥塞控制算法满足网络公平性;然后结合满足瓶颈公平性要求的拥塞控制算法，设计出在保证网络公平性要求的前提下，倾向于瓶颈公平性的公平加权耦合算法(FWC-MPTCP)。仿真表明，在网络中存在大量竞争流时，FWC-MPTCP算法可以实现网络公平性，同时可以有效提升较差路径上子流的瓶颈公平性。
　　 3)在接收缓冲区使用方面，本文提出了一种接收缓冲区比例分配方法(RSpl)。首先分析了如何避免接收缓冲区发生阻塞，考虑到各子流上未确认数据量的大小可以反映该子流对接收缓冲区的需求，所以根据各子流未确认数据量的大小，为每条子流按比例预留一定份额的接收缓冲区空间。仿真表明，RSpl方法可以在保证小延迟路径的吞吐量前提下，提升大延迟路径的吞吐量，从而使MPTCP连接总吞吐量得到提升。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 MPTCP技术研究背景

1．2 MPTCP技术概述

1．2．1 多路径TCP的架构基础

1．2．2 MPTCP功能分解

1．2．3 MPTCP基本协议简介

1．3 MPTCP技术面临的挑战

1．4 论文主要内容及结构

第二章 多路径传输技术相关研究

2．1 MPTCP代理研究

2．1．1 MPTCP-capable单穴主机

2．1．2 MPTCP-uncapable主机与MPTCP代理和锚定点

2．1．3 MFTCP-uncapable主机与透明的性能增强代理

2．2 多路径拥塞控制技术研究

2．2．1 基于等加权的多路径拥塞控制算法

2．2．2 基于窗口耦合的多路径拥塞控制算法

2．2．3 基于窗口半耦合的RTT补偿MPTCP拥塞控制算法

2．3 非对称并发多路径缓冲区阻塞问题

2．3．1 基于缓冲区大小的缓冲区分割方案

2．3．2 基于在传数据量的缓冲区分割方案

2．4 本章小结

第三章 新型代理TMPP

3．1 TMPP定义

3．2 适用场景

3．2．1 TMPP位于接入网

3．2．2 TMPP位于接入网和运营商网络内部

3．3 TMPP操作

3．3．1 TMPP连接建立过程

3．3．2 TMPP子流管理方法

3．3．3 数据传输

3．3．4 地址维护

3．4 本章小结

第四章 基于公平加权耦合的MPTCP拥塞控制算法

4．1 公平性定义与问题描述

4．1．1 网络公平性

4．1．2 瓶颈公平性

4．1．3 问题描述

4．2 FWC-MPTCP算法设计

4．2．1 网络公平性

4．2．2 瓶颈公平性

4．2．3 网络公平性和瓶颈公平性的结合

4．2．4 拥塞窗口分析

4．3 算法性能评估

4．3．1 仿真需求分析及场景设置

4．3．2 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第五章 非对称多路径的接收缓冲区比例分配

5．1 问题描述

5．1．1 MPTCP连接级别乱序问题

5．1．2 乱序原因分析

5．1．3 接收能力通告考虑

5．2 接收缓冲区比例分配

5．2．1 RSpl分配方法

5．2．1 RSpl分配效果讨论

5．3 仿真验证

5．3．1 仿真场景设置

5．3．2 仿真结果分析

5．4 本章小结

第六章 结束语

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果