多路径传输建模研究及优化设计

摘要

随着网络技术的不断发展，服务的种类越发多样化，服务对网络资源的要求也随之不断增长，这使得当前的网络已逐渐难以满足迅速增长的服务需求，因而多路径传输的思想逐渐浮现，人们开始考虑利用多条路径来为服务提供传输支持，从而满足服务的高质量需求。另外，网络技术的发展还使得终端设备的接入方式变得多样化，网络中多接入终端设备的数量不断增长，这为多路径传输提供了物理支持，使得多路径传输的实现逐渐成为可能。多路径传输就是指服务能够同时利用多条路径而非单一路径进行数据传输，从而获得更好的传输性能。
　　本文在分析现有多路径传输技术的基础上，从多路径传输的性能分析与优化、多路径传输与网络、多路径传输与服务需求、以及多路径传输与一体化网络的结合这四个方面展开了深入研究，具体工作如下:
　　(1)首先，本文对多路径传输的传输性能进行了建模分析，随后设计了具体的优化实现方案。多路径传输在理想状态下的吞吐量估算模型，利用数据包在路径中的延时来推算接收缓存的释放时间，进而推导接收缓存大小与吞吐量之间的关系。并通过比较单路径传输与多路径传输的吞吐量，最终给出了多路径传输对缓存大小的要求。随后，针对多条路径中的数据分配问题，提出了基于自学习选路策略的多路径传输具体优化实现方案。其基于自主学习思想设计了一套闭环学习体系，通过不断的尝试数据分配比例，并以各种分配比例与最终传输效果的对应关系为知识空间，逐渐根据学习策略进行参数优化，从而最终达到最佳传输效果。
　　(2)在研究了多路径传输端到端应用场景之后，本文进一步针对多路径传输的全网规模应用，提出了网络拓扑生成模型和网络传输模拟模型，对多路径传输与网络之间的关系进行了研究。网络拓扑生成模型能够随机构建基于层级结构的网络拓扑以用于仿真测试，并可以对生成过程中的具体环境参数进行调节。而网络传输模拟模型则能够通过设定的服务到达率和服务传输数据量，向网络中输入随机的服务流，并对网络中的数据传输进行模拟，从而得到网络中各个时刻的传输状态和性能。利用这两个模型，本文对多路径传输被全网规模应用后的传输效果进行了详细分析，并研究了不同性质的网络拓扑结构对多路径传输性能产生的影响。
　　(3)在研究了多路径传输的传输问题之后，本文进而提出将应用层中的具体服务需求带入到多路径传输之中，实现针对具体的服务选择最佳的多路径传输策略，从而更好的满足服务需求。首先，通过建模分析提出了传输几何的思想。其将传输问题转化到几何空间中进行分析，通过定义的服务体验等价线，对最佳多路径传输方案进行理论求解。其次，在应用层与传输层之间建立层次分析模型。其以具体需求作为目标层，以各种多路径传输策略作为方案层，以传输性能指标作为中间的准则层，从而将多路径传输与上层服务需求有机的联系起来，使得多路径传输能够根据具体服务需求动态的调节传输策略，为上层提供最合理的传输层多路径支持。
　　(4)最后，本文结合一体化标识网络体系，提出了基于连接标识的映射通信方案，使得多路径传输能够在该体系中得以具体实现。其利用一体化标识网络中连接标识的概念，提出使用连接标识来标记一次服务的获取过程，并针对连接发送数据，从而取代原本针对网络地址的发包方式。这使得连接成为了逻辑层面的概念，其能够同时包括多条物理路径，因而能够很好的利用连接标识来支持多路径传输。此外，映射通信通过连接标识到网络地址的映射，将通信过程分割成为了从接入网到核心网再到接入网的三部分，从而实现了接入网与核心网的分离。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 技术背景与研究意义

1．1．1 基于SCTP的多路径传输

1．1．2 基于TCP的多路TCP

1．1．3 多路径传输中面临的主要问题

1．2 论文研究内容与目标

1．3 论文组织结构

2 多路径传输中的性能分析与优化

2．1 引言

2．2 多路径传输吞吐量建模与临界缓存研究

2．2．1 多路径传输中的路径相关性

2．2．2 多路径和单路径的理想传输速率计算

2．2．3 具体计算

2．2．4 测试结果

2．2．5 结论

2．3 自学习选路算法的设计与实现

2．3．1 自学习选路算法总体框架

2．3．2 选路策略部分

2．3．3 实际传输部分

2．3．4 自主学习部分

2．3．5 测试结果

2．3．6 结论

2．4 本章小结

3 多路径传输与网络

3．1 引言

3．2 多路径传输与单路径传输

3．2．1 单路径传输

3．2．2 多路径传输

3．2．3 多路径传输中的负载均衡

3．2．4 多路径传输的友好性

3．3 网络拓扑生成模型

3．3．1 节点等级

3．3．2 域

3．3．3 节点的多父特性

3．3．4 网络结构中的参数

3．3．5 网络拓扑构建过程

3．3．6 真实的网络环境

3．4 网络传输模拟模型

3．4．1 网络服务

3．4．2 服务路径

3．4．3 节点的传输能力

3．4．4 服务的传输吞吐量

3．4．5 服务大小

3．4．6 网络传输的最终模型

3．4．7 网络传输模拟模型的操作

3．5 仿真测试结果

3．5．1 构建网络拓扑

3．5．2 单路径传输和多路径传输的仿真测试

3．5．3 网络拓扑参数对传输的影响

3．6 结论

4 多路径传输与服务

4．1 引言

4．2 多路径传输与传输几何

4．2．1 传输几何

4．2．2 服务体验等价线

4．2．3 服务体验等价线与多路径传输

4．2．4 结论

4．3 基于层次分析法的动态多路径传输

4．3．1 传输层协议概述

4．3．2 层次分析法概述

4．3．3 应用层与传输层之间的层次分析模型

4．3．4 仿真结果

4．3．5 结论

4．4 本章小结

5 基于连接标识的映射通信与多路径传输

5．1 引言

5．2 一体化标识网络简介

5．3 基于连接标识的映射通信

5．4 连接标识的工作原理

5．4．1 连接标识的生成

5．4．2 连接标识的交互

5．4．3 连接标识的映射与多路径传输的实现

5．5 连接标识的作用

5．5．1 标识一次服务获取过程

5．5．2 管理连接

5．5．3 减少网络攻击

5．5．4 CMS攻击

5．5．5 屏蔽主机

5．5．6 减少核心网路由条目

5．5．7 CID冲突

5．6 实现验证与测试结果

5．6．1 原型实现

5．6．2 新增CID延时测试

5．6．3 数据包映射延时测试

5．6．4 攻击包丢弃延时测试

5．6．5 删除CID延时测试

5．6．6 CID冲突概率测试

5．7 结论

6 结论

参考文献

作者简历

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