多径TCP路径管理机制研究及优化
发布时间：2020-11-14 08:54
随着无线通信网络技术的普及,以及AI、VR、物联网、大数据、量子计算机等新型技术的兴起,多种不同标准的网络接入技术(例如Wi-Fi,LTE,蓝牙,2G/3G/4G/5G蜂窝网络)被运用到各种移动终端设备中。泛在多网络接入技术使得多宿主终端设备具有反复高效利用带宽资源和提高带宽聚合的能力,由此更加智能地适应日益复杂的网络环境。互联网工程任务组(IETF)为了缓解带宽资源紧缺问题,提出了多路径传输控制协议(MPTCP)。该协议允许在一个MPTCP链路中建立多条子通道,相比于坚持奉行单一路径的传统传输控制协议(TCP),后者不仅明显造成资源浪费,亦难以满足广大用户日益增长的带宽需求。随着多宿主终端设备的普及和应用的不断深化,网络连接呈现指数级增长。用户对于低延迟等待和良好体验的刚性需求越来越高,就多路径传输服务来说,高带宽、低延迟、优路径仍然是当前需要解决的重要问题。本文就现有多径TCP管理现状的不足,以标准MPTCP协议为基础结合编码技术和跨层辅助的方法提出了两种多径TCP路径管理办法。1.为了消除无差别编码技术带来的额外开销,提出一种基于选择性编码的路径管理方法(MPTCP-SNC)。不同于现存编码方案,MPTCP-SNC充分考虑异构无线网络环境的差异性,通过建立丢包预测模型,分析当前链路质量的好坏,有选择性的执行编码,由此降低编码带来的额外消耗,进一步提高MPTCP的传输性能。2.考虑到接收端智能的跨层活动带来的优势,提出一种基于接收端智能的跨层路径管理方法(MPTCP-RC)。MPTCP-RC由跨层引擎和路径使用管理器两个模块组成:跨层引擎检测每条路径的传输层和MAC层的协议参数,并根据检测参数得到的接收端“第一手知识”计算路径质量;路径使用管理器根据当前状态有效区分路径好坏,自适应的管理和使用MPTCP连接的多条路径。实验结果表明,本文提出的两种方法在多径TCP的路径管理方面优势明显,能够有效提升整个网路的传输性能,并为多径TCP路径管理机制的进一步研发提供有益思路。
【学位单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
多径TCP路径管理机制分析与优化1第1章绪论随着新一代网络技术的不断突破和创新，网络化、数字化、智能化等概念应运而生，社会经济的发展也逐渐向数字化转型。终端设备配置多种不同标准的网络接入技术已经是流行趋势，多路径传输也早已成为学术工作者研究的热点问题，而在其间，路径管理效率、带宽利用率、时延大小依旧是多路径传输性能研究的关键指标。图1-1全球互联网使用增长情况(来源：Wearesocial《2020年全球网络概览报告》-2020.03)1.1研究背景随着自动化和人工智能(AI)等技术快速发展，网络的部署和运营方式发生了根本性的变化。WeAreSocial发布了关于《2020年全球网络概览报告》，该报告指出截至2020年1月全球有超过45亿人使用互联网，而社交媒体用户占比超过84.4%[1]。互联网在世界各地人们的日常生活中占据着重要角色，移动网络、社交媒体、网络购物等时刻提醒着我们移动互联网的重要性。庞大的网络用户群体需求，使得世界上每分每秒都发生着成千上万次的网络连接，而随着互联网的普及和应用的不断深化，其用户群在未来很长一段时间内将继续保持快速增长的趋势。如图1-1所示，移动用户、互联网用户、社交媒体用户对比去年同一
硕士学位论文22(6)若数据发送完毕，则分发结束，否则更新链路丢包率iPLR和传输时延iPRTT，并重新转向步骤(1)。图4-1仿真拓扑图4.3仿真实验A仿真拓扑为了评估本文所提出的MPTCP-SNC的传输性能，我们使用了目前学术界广泛使用的NS2平台进行网络仿真实验[36][37]。具体如图4-1所示。仿真拓扑由MPTCP发送端和接收端组成，接发两端同时连接两条独立的链路（路径1和路径2），每条链路具备相同的配置参数，带宽值设置为10Mbps，并使用了标准的Wi-Fi/IEEE802.11b接口。同时，为了更好的评估网络编码在不同链路丢包率时的性能，我们给MPTCP传输链路的丢包率随机设置为0.1%-10%之间，仿真时间为60s。在异构无线网络中，互联网总流量中UDP流量约为17%-20%，TCP流量约为80%-83%，这些具有突发特性的网络背景流给MPTCP的实际网络应用带来复杂的影响。因此为了更加真实的反映MPTCP-SNC在实际网络中的优势，我们给每个路由器节点添加了1个UDP流量生成器和4个TCP流量生成器，以获得20%的UDP流量和80%的TCP流量。
多径TCP路径管理机制分析与优化23B仿真结果（1）平均吞吐量分析平均吞吐量是网络中传输的数据量总和的平均值，是衡量网络传输性能的重要参数之一。研究者通常使用这个参数来判断所设计算法和协议的传输性能。图4-2显示了三种协议（MPTCP,MPTCP-NC和MPTCP-SNC）的吞吐量性能的变化，从图4-2(a)中我们可以看出使用网络编码的MPTCP-NC和MPTCP-SNC比标准的MPTCP传输性能更好，从图4-2(b)中我们可以明显看出MPTCP-SNC获得的平均吞吐量最高，比MPTCP和MPTCP-NC分别高9.13%和3.49%。这是因为MPTCP-SNC能够根据网络状况选择性的执行网络编码，当链路的丢包率较小甚至无丢包时使用标准的MPTCP数据调度策略，以减少网络编码的额外消耗，提高MPTCP-SNC数据传输的可靠性。（a）平均吞吐量变化（b）总平均吞吐量图4-2三种协议的平均吞吐量对比（2）平均时延分析平均时延是衡量网络传输速率的重要参数之一。如图4-3(b)所示，MPTCP-SNC的平均时延明显低于MPTCP-NC，与标准MPTCP基本相同。原因是在MPTCP中执行编码需要额外的编码解码时间和额外的计算时间，而MPTCP-SNC网络编码的选择性执行又减少了网络编码的执行时间，提高了MPTCP的传输速率。
【参考文献】
本文编号：2883294
【学位单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
多径TCP路径管理机制分析与优化1第1章绪论随着新一代网络技术的不断突破和创新，网络化、数字化、智能化等概念应运而生，社会经济的发展也逐渐向数字化转型。终端设备配置多种不同标准的网络接入技术已经是流行趋势，多路径传输也早已成为学术工作者研究的热点问题，而在其间，路径管理效率、带宽利用率、时延大小依旧是多路径传输性能研究的关键指标。图1-1全球互联网使用增长情况(来源：Wearesocial《2020年全球网络概览报告》-2020.03)1.1研究背景随着自动化和人工智能(AI)等技术快速发展，网络的部署和运营方式发生了根本性的变化。WeAreSocial发布了关于《2020年全球网络概览报告》，该报告指出截至2020年1月全球有超过45亿人使用互联网，而社交媒体用户占比超过84.4%[1]。互联网在世界各地人们的日常生活中占据着重要角色，移动网络、社交媒体、网络购物等时刻提醒着我们移动互联网的重要性。庞大的网络用户群体需求，使得世界上每分每秒都发生着成千上万次的网络连接，而随着互联网的普及和应用的不断深化，其用户群在未来很长一段时间内将继续保持快速增长的趋势。如图1-1所示，移动用户、互联网用户、社交媒体用户对比去年同一
硕士学位论文22(6)若数据发送完毕，则分发结束，否则更新链路丢包率iPLR和传输时延iPRTT，并重新转向步骤(1)。图4-1仿真拓扑图4.3仿真实验A仿真拓扑为了评估本文所提出的MPTCP-SNC的传输性能，我们使用了目前学术界广泛使用的NS2平台进行网络仿真实验[36][37]。具体如图4-1所示。仿真拓扑由MPTCP发送端和接收端组成，接发两端同时连接两条独立的链路（路径1和路径2），每条链路具备相同的配置参数，带宽值设置为10Mbps，并使用了标准的Wi-Fi/IEEE802.11b接口。同时，为了更好的评估网络编码在不同链路丢包率时的性能，我们给MPTCP传输链路的丢包率随机设置为0.1%-10%之间，仿真时间为60s。在异构无线网络中，互联网总流量中UDP流量约为17%-20%，TCP流量约为80%-83%，这些具有突发特性的网络背景流给MPTCP的实际网络应用带来复杂的影响。因此为了更加真实的反映MPTCP-SNC在实际网络中的优势，我们给每个路由器节点添加了1个UDP流量生成器和4个TCP流量生成器，以获得20%的UDP流量和80%的TCP流量。
多径TCP路径管理机制分析与优化23B仿真结果（1）平均吞吐量分析平均吞吐量是网络中传输的数据量总和的平均值，是衡量网络传输性能的重要参数之一。研究者通常使用这个参数来判断所设计算法和协议的传输性能。图4-2显示了三种协议（MPTCP,MPTCP-NC和MPTCP-SNC）的吞吐量性能的变化，从图4-2(a)中我们可以看出使用网络编码的MPTCP-NC和MPTCP-SNC比标准的MPTCP传输性能更好，从图4-2(b)中我们可以明显看出MPTCP-SNC获得的平均吞吐量最高，比MPTCP和MPTCP-NC分别高9.13%和3.49%。这是因为MPTCP-SNC能够根据网络状况选择性的执行网络编码，当链路的丢包率较小甚至无丢包时使用标准的MPTCP数据调度策略，以减少网络编码的额外消耗，提高MPTCP-SNC数据传输的可靠性。（a）平均吞吐量变化（b）总平均吞吐量图4-2三种协议的平均吞吐量对比（2）平均时延分析平均时延是衡量网络传输速率的重要参数之一。如图4-3(b)所示，MPTCP-SNC的平均时延明显低于MPTCP-NC，与标准MPTCP基本相同。原因是在MPTCP中执行编码需要额外的编码解码时间和额外的计算时间，而MPTCP-SNC网络编码的选择性执行又减少了网络编码的执行时间，提高了MPTCP的传输速率。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 田波;杨宜民;蔡述庭;;基于丢包率预测的视频传输纠错算法[J];计算机应用研究;2014年04期
2 夏卓群;陈志刚;赵明;刘佳琦;;无线网状网中自适应网络编码的MPTCP研究与设计[J];计算机科学;2010年04期
3 伍俊洪,杨洋,李惠杰,林孝康;网络仿真方法和OPNET仿真技术[J];计算机工程;2004年05期
相关硕士学位论文 前1条
1 卢伟;面向未来异构多路径流媒体传输性能的分析及优化研究[D];江西师范大学;2019年
本文编号：2883294
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