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混合网络中MPTCP传输优化技术的研究与实现

混合网络中MPTCP传输优化技术的研究与实现

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作者：马琛璐西安工业大学

学位级别：硕士

随着工业革命与多种互联网通信技术的深度融合,混合网络的异构流量传输呈指数级增长,多路径传输技术（MPTCP）依靠其多链路、高聚合、低切换时延等巨大优势脱颖而出。基于MPTCP的混合网络传输技术主要依靠其可靠的拥塞控制机制来区分网... 详细信息

随着工业革命与多种互联网通信技术的深度融合,混合网络的异构流量传输呈指数级增长,多路径传输技术（MPTCP）依靠其多链路、高聚合、低切换时延等巨大优势脱颖而出。基于MPTCP的混合网络传输技术主要依靠其可靠的拥塞控制机制来区分网络拥塞以保障高性能网络传输及负载均衡。然而,在实际混合异构网络中,这些现有机制可能因低估网络拥塞状况而导致发送端盲目地发送数据,从而引发接收端缓冲区阻塞（Buffer blocking）这一严重后果。同时,异构网络的多路径非对称异质性使得MPTCP数据调度机制因无法获取与拥塞程度相关的精确信息而导致数据包乱序,从而引发HOL阻塞问题。因此,本文将针对异构网络实际拥塞状况,构建拥塞控制算法缓存模型,通过优化拥塞控制策略,来解决现有混合网络中MPTCP拥塞机制所暴露的Buffer问题,同时,辅以设计精确的数据分发调度策略,解决因数据包乱序而导致的HOL阻塞问题,进而带给混合网络超低时延和超高速率,并进一步改善网络的拥塞和负载失衡的状况,从而实现优化混合网络中MPTCP传输技术的目的。论文围绕此重点展开,主要研究内容如下。首先,对混合网络中MPTCP技术进行探究,通过理论研究和实验分析,主要从拥塞控制、数据调度两个方面深入分析了造成混合网络中缓冲区膨胀和HOL阻塞的形成原因,同时根据MPTCP技术的设计原则,详细分析了现有拥塞控制机制和数据调度器暴露出的不足给混合网络中MPTCP传输技术带来的挑战,并在此基础上总结探讨本文的解决方案。其次,通过HMM算法对现有异构网络中拥塞算法的分析,提出MPTCP拥塞机制对造成接收端缓存阻塞现象的潜在问题,结合MPTCP拥塞算法的缓存规律,将接收端缓存过程进行具体抽象,构建改进的缓存阻塞模型,定义了实时吞吐量和缓存区之间的对数函数关系,能够动态的根据网络传输性能求解缓存值。并结合bpmf方案构建改进的MPTCP拥塞算法,结合动态感知的缓存值以及实时时间序列预测,区分异构网络真实网络拥塞状态,通过NS-3仿真实验验证其有效性,保障网络高效运行。最后,结合拥塞窗口变化的状态相关性,通过对多路径非对称的链路实时分析,结合最佳路径选择和缓冲区管理,构建MPTCP数据调度策略来实现对拥塞控制的补充,针对不同的数据序列给出具体调度措施,解决了因数据包乱序而加深的HOL阻塞问题,从而提升了网络的实时传输特性,实现了减少乱序的数据包传递并最大化吞吐量以及最小化时延的目的,并通过NS-3仿真实验验证多路径调度策略的有效性及合理性。

关键词：混合网络 MPTCP 缓存阻塞 bpmf HOL

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