一種多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及一種多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序分析方法。
【背景技術】
[0002] 隨著移動通信技術的發(fā)展，無線接入網(wǎng)絡日益多樣化，裝備了多個網(wǎng)絡接口的終 端設備也越來越多，為多路徑并行傳輸技術的研宄和應用提供了基礎。多路徑并行傳輸技 術將數(shù)據(jù)包分配到多條鏈路上并行傳輸，通過并行傳輸下的帶寬積聚來增加吞吐量。然而， 異構網(wǎng)絡中不同鏈路之間在帶寬、時延等方面的不對稱性，會導致通過不同鏈路傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)包無法按照發(fā)送的順序到達接收端，出現(xiàn)數(shù)據(jù)包亂序的現(xiàn)象。
[0003]數(shù)據(jù)包亂序（packetreordering)問題是由于不同路徑上的傳輸時延差異，數(shù)據(jù) 包到達接收端的順序與發(fā)送順序并不相同，后發(fā)送的數(shù)據(jù)包可能會比之前發(fā)送的數(shù)據(jù)包更 早地到達接收端。然而，SCTP協(xié)議中規(guī)定，只有按序到達的數(shù)據(jù)包才能往上遞交應用層進 行處理。當數(shù)據(jù)包亂序現(xiàn)象比較嚴重時，這就使得亂序的數(shù)據(jù)包會滯留在接收端緩存中，無 法及時遞交上層應用進行處理，增大了分組的傳輸時延，降低了多路徑并行傳輸?shù)挠行?吐性能。
[0004]在異構網(wǎng)絡環(huán)境下，多路徑并行傳輸中所使用的路徑可能屬于不同的接入網(wǎng)絡， 比如^、通15、1^、衛(wèi)星網(wǎng)等，各種網(wǎng)絡特性的不同導致不同路徑在傳輸時延和帶寬上存 在差異；而即便是在同一種網(wǎng)絡中，不同的路由路徑也會導致各條路徑上的傳輸時延不同。 由于各條路徑的傳輸時延存在差異，時延較小的路徑上的分組將會比其他路徑上的分組更 早地到達接收端。如果先到達接收端的分組傳輸序列號較大，而此時傳輸序列號較小的分 組仍在網(wǎng)絡中傳輸尚未到達，則提前到達的分組無法按序提交給上層應用進行處理，這部 分分組將被存儲在接收端的緩存區(qū)內(nèi)，等待傳輸序列號較小的分組到達后一起向上層應用 按序遞交。
[0005]現(xiàn)有的多路徑并行傳輸技術沒有充分考慮網(wǎng)絡的異構性，在異構網(wǎng)絡環(huán)境下使用 時難以達到預期的效果。
[0006]數(shù)據(jù)亂序現(xiàn)象可以分為由路徑差異性引發(fā)的亂序和丟包引發(fā)的亂序。
[0007]當前，因路徑差異性引發(fā)亂序的多徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序性能分析模型主要利用 路徑端到端時延的累積概率分布函數(shù)，給出了數(shù)據(jù)包亂序概率的計算公式。然而，該分析模 型在建模時假設數(shù)據(jù)包由應用層到達發(fā)送端后就立即被發(fā)送出去，只考慮了路徑傳播時延 對于數(shù)據(jù)亂序現(xiàn)象的影響，忽略了數(shù)據(jù)包的傳輸時延、隊列時延、處理時延等影響因素，從 而導致模型輸出的數(shù)值結果與仿真結果存在一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序分析方法，該 方法能夠計算數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生亂序的概率，并通過合理控制減少數(shù)據(jù)亂序現(xiàn)象，改 善異構網(wǎng)絡中多路徑并行傳輸?shù)男阅堋?br>[0009] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0010] 一種多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序分析方法，多路徑并行傳輸系統(tǒng)在發(fā)送端與接收 端之間存在N條相互獨立的傳輸路徑，分別為LpL2,...，Lk，...LN，N彡2 ;各條路徑上端到 端的路徑傳播時延滿足diSd ...dk... <dN;該方法包括以下步驟：
[0011] 步驟1)在多路徑并行傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)包由應用層傳遞至發(fā)送端后，發(fā)送端立即 將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，數(shù)據(jù)包經(jīng)歷路徑傳播時延dk后到達接收端；
[0012] 步驟2)對多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序進行分析，計算數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生亂 序的概率。
[0013] 進一步，數(shù)據(jù)包i-1與數(shù)據(jù)包i離開發(fā)送端的時間間隔為AT(i)，AT(i)= T(i)-T(i-1)，T(i)為數(shù)據(jù)包i-1離開發(fā)送端的時刻，T(i-l)為數(shù)據(jù)包i-1離開發(fā)送端的時 刻。
[0014] 進一步，所述數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生亂序的概率為哉 其中，Pk為數(shù)據(jù)包選擇傳輸路徑Lk進行傳輸?shù)母怕剩?br>[0015] D(d)為數(shù)據(jù)包的傳輸時延累積概率分布函數(shù)，
[0016]
>
[0017] 進一步，所述步驟1)在多路徑并行傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)包由應用層傳遞至發(fā)送端 后，通過業(yè)務分流模塊根據(jù)分流算法分配到某一傳輸路徑的發(fā)送隊列中等待發(fā)送，經(jīng)過發(fā) 送時延S后由發(fā)送端發(fā)送到網(wǎng)絡當中，經(jīng)歷路徑傳播時延dk后到達接收端。
[0018] 進一步，AT⑴為數(shù)據(jù)包i-1與數(shù)據(jù)包i離開發(fā)送端的時間間隔，AT(i)= T(i)-T(i-1)，T(i)為數(shù)據(jù)包i離開發(fā)送端的時刻，T(i-l)為數(shù)據(jù)包i-1離開發(fā)送端的時 亥lj，T(i) =R(i)+S(i)，R(i)為數(shù)據(jù)包i到達發(fā)送端的時刻，S(i)為數(shù)據(jù)包i經(jīng)歷的發(fā)送 時延。
[0019] 進一步，所述數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生亂序的概率為
「n (/))
[0020]
[0021] pk為數(shù)據(jù)包選擇傳輸路徑Lk進行傳輸?shù)母怕蕿椋?br>[0022] D(d)為數(shù)據(jù)包的傳輸時延累積概率分布函數(shù)，
[0023]
[0024] 進一步，所述發(fā)送端數(shù)據(jù)包的到達過程滿足泊松分布，數(shù)據(jù)包到達率為X，數(shù)據(jù)包 的大小服從負指數(shù)分布，第k條并發(fā)路徑上的發(fā)送速率為yk，分配到第k條路徑上的數(shù)據(jù) 子流到達率為
。
[0025] 進一步，所述數(shù)據(jù)包i經(jīng)歷的發(fā)送時延
[0026] 數(shù)據(jù)包i_l經(jīng)歷的發(fā)送時迎
T_，
[0027] 其中，Q(i-l)代表數(shù)據(jù)包i_l的發(fā)送路徑上的隊列長度，B(i-l)代表數(shù)據(jù)包i_l 所選擇發(fā)送路徑的帶寬，MTU是一個最大傳輸單元的長度。
[0028] 進一步，數(shù)據(jù)包i在傳輸過程中發(fā)生亂序的概率為
[0029]
[0030] 進一步，減少數(shù)據(jù)亂序現(xiàn)象，需要滿足約束條件d(i)彡d(i-l)-AT(i)。
[0031] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的一種多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序分析方 法，該方法能夠計算數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生亂序的概率，并通過合理控制減少數(shù)據(jù)亂序現(xiàn) 象，改善異構網(wǎng)絡中多路徑并行傳輸?shù)男阅堋?br>【附圖說明】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進 一步的詳細描述，其中：
[0033] 圖1為多路徑并行傳輸數(shù)據(jù)亂序產(chǎn)生原因示意圖；
[0034] 圖2為忽略傳輸時延和隊列時延發(fā)送時延對多路徑并行傳輸數(shù)據(jù)亂序的影響示 意圖；
[0035] 圖3為考慮傳輸時延和隊列時延發(fā)送時延對多路徑并行傳輸數(shù)據(jù)亂序的影響示 意圖；
[0036] 圖4為多路徑并行傳輸亂序性能分析模型示意圖；
[0037] 圖5為發(fā)送端數(shù)據(jù)包分流模型示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0039] 本發(fā)明提供了一種多路徑并行傳輸系統(tǒng)的亂序分析方法，該方法能夠計算數(shù)據(jù)包 傳輸過程中發(fā)生亂序的概率，并通過合理控制減少數(shù)據(jù)亂序現(xiàn)象，改善異構網(wǎng)絡中多路徑 并行傳輸?shù)男阅堋?br>[0040] 一個在異構網(wǎng)絡環(huán)境下有效的多路徑并行傳輸方案，必須包含能夠盡可能減小數(shù) 據(jù)亂序現(xiàn)象不利影響的相關機制，而對多路徑傳輸系統(tǒng)的亂序狀況進行全面且精確的計算 是設計相關機制的前提。
[0041] 圖1為多路徑并行傳輸數(shù)據(jù)亂序產(chǎn)生原因示意圖。
[0042] 假設發(fā)送端和接收端之間建立了三條并發(fā)傳輸路徑，數(shù)據(jù)包在三條路徑之間采用 輪循方式進行分配，三條路徑上的傳輸時延滿足屯<<d2<<d3，則通過路徑1傳輸?shù)膫?輸序列號為1、4和7的數(shù)據(jù)包將優(yōu)先到達接收端。
[0043]由于此時數(shù)據(jù)包2仍在網(wǎng)絡中傳輸尚未到達，4和7只能暫存于接收端緩存中，等 待傳輸序列號較小的數(shù)據(jù)包到達后進行重排序。
[0044] 接下來到達的是路徑2上傳輸?shù)膫鬏斝蛄刑枮?、5和8的數(shù)據(jù)包，由于3未能到 達，5和8也只能在緩存中等待。
[0045] 隨著存放在接收端緩存中的數(shù)據(jù)包的增加，當緩存中的數(shù)據(jù)包累積達到緩存空間 上限時，將造成接收端緩存阻塞，接收端會丟棄接下來到達的所有數(shù)據(jù)包，并通知發(fā)送端執(zhí) 行快速重傳操作，直達接收端緩存阻塞結束。
[0046] 數(shù)據(jù)包傳輸過程中的端到端時延由