无线网络中MPTCP拥塞控制算法性能评估

作者:孙雪冬;王家满;王建新;董苹苹; 刊名:计算机工程 上传者:留建伟

【摘要】目前针对多路径传输控制协议(MPTCP)算法的评估多基于仿真环境,无法有效验证其在实际环境中的性能.为此,根据MPTCP的约束原则建立基于真实环境的实验平台,实现机会相关增长算法(OLIA)、平衡连接适应算法(Balia)、多路径TCP Veno算法(MPVeno)和加权Vegas算法(wVegas),并设计多种实验场景验证这4种拥塞控制算法在吞吐量、负载均衡和公平性方面的性能.实验结果表明,MPVeno的吞吐量性能最优,在子流链路拥塞状况不同时能更有效地利用网络资源,而Balia和wVegas则比MPVeno和OLIA表现出更好的公平性.

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中文引用格式:孙雪冬,王家满,王建新,等.无线网络中MPTCP拥塞控制算法性能评估[J].计算机工程,2017,43(7):129-135.英文引用格式:SunXuedong,WangJiaman,WangJianxin,etal.PerformanceEvaluationofMPTCPCongestionControlAlgorithmsinWirelessNetworks[J].ComputerEngineering,2017,43(7):129-135.0概述移动端互联网应用的多种多样和越来越普遍的云应用都需要稳定高速的网络连接,同时现在大多数移动设备例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等都同时配有多种接入网络的接口(如3G、4G网络、WiFi、IP网络)。传统的传输控制协议(TransmissionControlProtocol,TCP)只支持基于一个网络接口的网络地址建立连接,其他可能的链路被闲置无法利用,无法有效利用多个网络接口。同时,网络中存在大量的冗余路径,传统协议只是把这些冗余路径当作备份使用,并没有在当前路径失效时快速启动备份路径而不让应用有所察觉。为此,国际互联网工程任务组(TheInternetEngineeringTaskForce,IETF)提出了多路径传输控制协议(MultipathTransmissionControlProtocol,MPTCP)[1]。在对传统TCP完全兼容的基础上,MPTCP能同时利用多个网络接口,提升网络吞吐率,降低由于链路失效、网络切换等造成的无线网络性能下降。目前MPTCP已经引起了学术界和工业界的重视并广泛应用于iPhoneiOS7的SiRi应用和三星GalaxyS6、Nexus5等移动设备。此外,Citrix也已经在Netscaler负载均衡方案上实现了MPTCP。MPTCP协议设计需遵循如下3个原则:1)提高吞吐量:一个MPTCP流在所有路径上获得的吞吐量必须不小于一个单路径TCP流在最好路径上传输的吞吐量,来保证实施多路径TCP的必要性。2)保证公平性:一个多路径TCP流必须保证在任何一条路径或者所有路径的链路容量占有率不高于单路径TCP流在最好路径上的占有率,来保证多路径协议对传统TCP的公平性。3)子流间的负载均衡:MPTCP各个子流承载的数据传输量之间应该有一个平衡,减少出现一条流很忙,而另一条流空闲的状态。目前普遍使用的WiFi和LTE链路,在往返时延(Round-TripTime,RTT)、丢包率等参数上差异较大。WIFI链路的高丢包和LTE链路的大延迟,使得MPTCP协议在WIFI和LTE共存的无线链路中暴露出Bufferbloat问题、接收端数据包乱序、随机丢包导致负载失衡和性能下降等问题,为了解决这些问题研究人员主要从拥塞控制、流量控制、调度算法3个方面寻找优化方法。此外笔者发现现有研究对MPTCP算法性能的验证大多数基于仿真。虽然仿真实验可以在一定程度上说明算法的性能,但从实际应用的角度考虑,在实际环境中验证更具说服力。本文基于真实环境,针对MPTCP拥塞控制的3个约束条件设计实验平台,并基于该平台对4种MPTCP拥塞控制算法:OLIA(OpportunisticLinkedIncreasesAlgorithm)算法[2],Balia(BalancedLinkedAdaptationAlgorithm)算法[3],MPVeno(MultipathTCPVeno)算法[4],加权Vegas(wVegas)算法[5]进行一系列实验评估算法性能,为算法进一步的研究和应用

参考文献

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