端到端多路径传输关键技术研究

摘要

随着Internet的快速发展、新兴接入技术的不断涌现以及异构网络的重叠覆盖，当前网络的终端正在呈现多宿化的趋势。终端多宿为用户提供了随时、随地及以任意一种或多种方式接入网络的可能。但是由于Internet对多宿使用的原始设计缺陷，终端的多宿特性难以被有效利用。现有技术在使用多宿特性的同时又带来网络路由与传输性能等方面的问题。因此，如何在不为网络带来额外负担的情况下有效利用终端的多宿特征进行数据传输，成为近年来研究人员关注的热点。本文在深入分析现有网络多宿技术和多路径传输的基础上，设计了一种基于端到端的多路径传输方法，以提高多宿终端的聚合带宽、网络资源利用率、服务可靠性、数据隐私性及实施网络边缘处的流量工程。本文按照自顶向下的顺序，主要从数据传输、路径选择和路径发现三个方面对端到端多路径传输相关关键技术进行深入研究。
　　本研究主要内容包括：⑴对现有端到端多路径传输方案进行比较，归纳了端到端多路径传输的设计原则，在SCTP的基础上提出了一种新的端到端多路径传输方案-E2EMPT。E2EMPT采用双层序列空间映射机制、发送调度和接收缓冲区管理等措施来减少数据包乱序引发的不必要的快速重传，提高多宿终端应对数据包乱序的健壮性，从而有效提高了终端的聚合带宽。⑵建模分析E2EMPT的稳态吞吐量和数据隐私性。结合SCTP拥塞控制算法的特点，建立基于弃尾队列的E2EMPT传输模型;通过分析传输过程中拥塞避免和超时重传两个阶段的平均吞吐量，建立E2EMPT稳态吞吐量模型，并推导得出E2EMPT稳态吞吐量关于路径丢包率和路径时延的函数关系;建立E2EMPT数据隐私性与所使用端到端路径数目的数学模型;在折衷考虑保证E2EMPT的吞吐量性能的内存资源需求和数据隐私性的基础上，启发性的建议了在E2EMPT中使用的最优的路径数目。⑶建模分析E2EMPT产生接收缓冲区阻塞的原因，提出了一种路径选择算法。建模分析在E2EMPT使用差异化路径的情况下，需要缓存的最大量的乱序数据与路径丢包率及路径时延的函数关系;根据建立的模型，设计了路径选择算法，以得到具有相近路径时延及较小路径丢包率的路径集合，进而消除路径特性差异对E2EMPT总体性能的影响;通过仿真实验，选择合适的路径选择参数，并验证路径选择算法带来的性能提升。⑷提出了一种源端参与的域间路径多样性方案，从而为E2EMPT提供最大化的链路分离的端到端路径。对采用路由反射结构的iBGP中的路径隐藏问题进行分析;改进路由反射器为支持多路径通告的路由中继，恢复iBGP中的路径冗余;设计基于源端提示的路径选择算法，使得源端通过在数据包中携带路径索引来向BGP路由器表达源端的路径偏好及标识使用路径，而BGP路由器可以根据源端提供的路径选择提示尽可能的利用链路分离的路径;测量源端参与选择的路径的路径伸展度和路径相似度。⑸本研究的基于端到端的多路径传输，对多宿终端的使用具有较好的实用意义。此外，本文尝试从源端视角出发解决Internet存在的相关问题，有助于拓展当前网络研究的思路，为Internet演进及下一代信息网络设计提供有益的参考。

目录

声明

致谢

摘要

简略符号注释表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 论文研究背景

1．2．1 多宿技术发展现状

1．2．2 多路径传输发展现状

1．3 论文选题依据

1．3．1 多宿技术使用面临挑战

1．3．2 标识网络与源端参与的差异化路径选择

1．3．3 端到端多路径传输优势分析

1．4 论文主要工作与创新

1．5 论文组织结构

第二章 基于端到端的多路径传输技术研究

2．1 引言

2．1．1 问题提出

2．1．2 研究现状

2．2 E2EMPT研究与设计

2．2．1 双层序列空间映射机制

2．2．2 发送调度

2．2．3 接收缓冲区管理

2．3 仿真实验与性能评估

2．3．1 仿真环境设置

2．3．2 性能评估

2．4 本章小结

第三章 端到端多路径传输的建模研究

3．1 E2EMPT的吞吐量建模

3．1．1 相关工作

3．1．2 模型建立预备

3．1．3 E2EMPT吞吐量模型

3．1．4 仿真实验与评估

3．2 E2EMPT的数据隐私性建模

3．2．1 研究背景

3．2．2 E2EMPT的数据隐私性模型

3．2．3 E2EMPT的数据隐私性分析

3．2．4 仿真实验与评估

3．3 本章小结

第四章 端到端多路径传输路径选择机制研究

4．1 引言

4．1．1 问题提出

4．1．2 研究现状

4．2 接收缓冲区阻塞问题建模

4．2．1 接收缓冲区阻塞问题分析

4．2．2 E2EMPT使用时延不同路径的情况

4．2．3 E2EMPT使用丢包率不同路径的情况

4．2．4 E2EMPT使用时延和丢包率不同的路径的情况

4．3 E2EMPT路径选择机制

4．3．1 路径时延偏差在线测量

4．3．2 路径丢包率在线测量

4．3．3 E2EMPT路径选择算法

4．4 仿真实验与性能评估

4．4．1 仿真环境设置

4．4．2 时延相似路径选择

4．4．3 E2EMPT使用时延差异路径的性能评估

4．4．4 具有较小丢包率的路径选择

4．4．5 PS-E2EMPT的性能评估

4．5 本章小结

第五章 源端参与的域间路径多样性研究

5．1 引言

5．1．1 问题提出

5．1．2 研究现状

5．2 多路径BGP设计

5．2．1 路由反射器的路径隐藏

5．2．2 RR多路径通告设计

5．2．3 RR多路径通告的路径选择

5．3 源端参与的域间路径选择

5．3．1 SDT生成及使用

5．3．2 SDPD转发原则

5．3．3 无环的多路径转发

5．3．4 路径多样性度量

5．4 仿真实验与性能评估

5．4．1 仿真设置

5．4．2 控制平面载荷与收敛时间评估

5．4．3 RIB中的路径冗余测量

5．4．4 FIB中的路径冗余测量

5．4．5 SDPD的路径相似度和路径伸展度评估

5．5 应用分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 问题与展望

参考文献

作者简历

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