移动互联网多径传输协议优化研究

With the rapid development of mobile communication technology and the growing popularity of intelligent terminals, the scale of mobile internet users and mobile data traffic grows explosively, making how to optimize the network transmission performance of mobile internet applications an urgent problem. This project focuses on the optimization of MPTCP (Multipath TCP) protocol and aims to propose the adaptive transport control schemes for mobile networks by fully analyzing the heterogeneous of paths and the dynamics of network. First, a practical and passive shared bottleneck detection scheme will be designed based on the prediction of the summary statistics of multidimensional characteristics of network traffic. Subflows that share a common bottleneck will be grouped to a set accurately with low communication and computation overhead. Second, based on the TCP fluid model and the utility function, a fairness and throughput guaranteed MPTCP congestion control algorithm will be provided for subflows that share a common bottleneck by exploring the relationship between the workload characteristics and the performance of the network for each subflow. Third, a novel scheduling algorithm for multipath transport will be proposed based on the estimation of the link quality and the maximum blocking time to enhance both delay and throughput performance in mobile internet environments. Finally, the effectiveness of the proposals will be validated in the NorNet testbed which provides a real WAN environment. The research results of the project can provide the effective, fair and reliable transport in mobile networks, improving user experience and promoting the development of mobile application industry.

随着移动通信技术快速演进和智能终端的大量普及，用户规模和移动流量呈爆炸性增长，如何优化移动互联网的传输性能是一个亟待解决的问题。本项目通过分析移动互联网复杂多变的网络状态和异构的路径参数，探索一套基于MPTCP的链路自适应多径传输控制机制。首先，估算多维网络特征的统计分布特性，设计一种被动的共享瓶颈链路快速检测算法，以极低的通信和计算开销实现子流分组；其次，探究异构网络特征和拥塞程度的内在关系，构建流体模型和效用函数，提出一种公平高效的链路状态自适应的耦合拥塞控制机制；再次，根据动态预估的链路质量，选择避免缓存阻塞的子流集，设计一种结合效能优化和应用需求的数据包调度算法；最后基于NorNet多径传输测试床，验证算法在实际互联网环境下的性能。本项目将为移动互联网高效的数据传输提供一套有效的传输控制机制，对提升移动互联网用户接入体验，进一步推动以移动互联网为载体的智能应用产业发展具有重要意义。

随着移动通信技术快速演进和智能终端的大量普及，用户规模和移动流量呈爆炸性增长，如何优化移动互联网的传输性能是一个亟待解决的问题。MPTCP能同时利用多个接口，大幅提升移动互联网络性能。国内外学者对于MPTCP的路径调度、拥塞控制等机制的研究众多并且取得了丰硕的成果，但在移动互联网络环境中，已有解决方案仍然面临着接收端乱序、短流完成时间偏高、数据包丢失等问题。. 本项目从充分利用终端多接口资源、有效进行并行传输的目标出发，探讨移动互联网环境下基于MPTCP的传输控制协议、机制和算法。在保证TCP公平的前提下，最大化网络吞吐量，实现多路径负载均衡、数据包智能调度、TCP友好的传输模式，为移动互联网用户提供高效、公平、可靠的数据传输服务。首先基于搭建的测试平台，对比分析现有算法的优势与不足；在此基础上，提出了多种多维感知的路径选择算法，这些算法同时利用了路径的拥塞窗口（cwnd）、往返传输时延（RTT）、丢包率等指标，全面考虑了慢启动阶段、拥塞避免阶段、快速重传、超时重传等过程，估算各路径的传输能力和吞吐量，以此选择合适的路径数目来传输不同大小的数据流，减少了短流的路径时延并提升长流的平均吞吐量；研究了面向多径传输的慢启动算法GSAM，利用瓶颈路由器的带宽时延积、丢包率等指标，控制拥塞窗口的增长速率，减少缓存溢出以及超时现象的发生，提升短流完成时间；研究基于流体模型的MPTCP耦合拥塞控制机制，并提出了DFCSD算法，其联合使用RTT和应用层流大小进行流量控制，提升短流响应速度。实验结果表明，DFCSD在不影响长流吞吐量地前提下，能大幅提升如HTTP网页请求等短流响应速度和网络总吞吐量。. 本课题组的课题选题新颖、背景调研充分、创新角度科学、实验场景丰富全面、数据说服力强，发表的论文在国内外引起了一定的反响。其中，2018年1月份发表在JNCA期刊上的论文受到数据中心网络、异构无线网络以及Ad-hoc网络等领域同行的关注。目前有相关成果正在整理或者在审，发表的论文将继续标注本项目及编号。