基于多路徑傳輸協(xié)議mptcp的路徑管理方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于多路徑傳輸協(xié)議MPTCP的 路徑管理方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，并行多路傳輸因其在聚合帶寬、平衡負(fù)載和提高網(wǎng)絡(luò)健壯性上的獨(dú)特優(yōu)勢 而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。CMT技術(shù)的研究集中在應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。然而， 作為擁有端到端路徑信息的最底層，傳輸層是最適合部署CMT的一層，在傳輸層，終端系統(tǒng) 可依據(jù)和個(gè)路徑的狀態(tài)信息：帶寬、擁塞狀態(tài)、延遲等，運(yùn)些信息可W被用于將數(shù)據(jù)流從擁 塞的路徑轉(zhuǎn)移至非擁塞路徑。隨著多種接入技術(shù)的發(fā)展，近年來智能移動(dòng)終端越來越普及， 它們往往都擁有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。運(yùn)種具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的多宿主特性使設(shè)備具有了更好的 可移動(dòng)性、快速恢復(fù)能力、安全性和負(fù)載共享功能。負(fù)載共享是其中一個(gè)很重要的特性，它 能夠聚合不同鏈路的帶寬，使得設(shè)備能獲得更大的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。目前，已經(jīng)有多種用于多路 徑或并行多路的協(xié)議，例如，A化B、PATT肥L、R-MTP、cTCP、CMT-SCTP等，但幾乎每一種協(xié)議都 有其固有的弱點(diǎn)，導(dǎo)致并未大規(guī)模應(yīng)用，因此，需要一種新的路徑管理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種基于多路徑傳輸協(xié)議MPTCP 的路徑管理方法及裝置，能夠解決上述的問題。
[0004] -種基于多路徑傳輸協(xié)議MPTCP的路徑管理方法，包括:獲取MPTCP連接中的每條 TCP子路徑的傳輸狀態(tài)信息;基于傳輸狀態(tài)信息計(jì)算出MPTCP連接中各條TCP子路徑的Q0S 值;根據(jù)所述Q0S值確定出傳輸質(zhì)量發(fā)生惡化的TCP子路徑，并則將此TCP子路徑設(shè)置為備用 狀態(tài)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述傳輸狀態(tài)信息包括:帶寬、丟包率和傳 輸時(shí)延。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述基于所述傳輸狀態(tài)信息計(jì)算出所述 MPTCP連接中各條TCP子路徑的Q0S值包括:根據(jù)TCP子路徑的帶寬、丟包率和傳輸時(shí)延計(jì)算 出此TCP子路徑的的Q0S值；其中，QoSsc〇re = Ql*Th；T〇ughputsc〇re+Q2*LossRatesc〇re+Q3* RTTscore ; QoSscore為TCP子路徑的QOS值，Q1，Q2，Q3為系統(tǒng)參數(shù)，Throu曲putscore是TCP子路徑 的帶寬，LoSsRatesenre是TCP子路徑的丟包率，RTTsenre是TCP子路徑的傳輸時(shí)延。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述Q0S值確定出傳輸質(zhì)量發(fā)生惡 化的TCP子路徑包括:設(shè)置一個(gè)檢測時(shí)間窗的長度;假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有N條TCP傳輸?shù)穆窂剑谒?述檢測時(shí)間窗內(nèi)，所述MPTCP連接中的每條TCP子路徑傳輸L個(gè)TCP報(bào)文段;根據(jù)所述TCP報(bào)文 段的ACK消息獲取當(dāng)前TCP子路徑的傳輸狀態(tài)信息，包括帶寬，丟包率W及傳輸時(shí)延;計(jì)算出 每條TCP子路徑在所述檢測時(shí)間窗內(nèi)的多個(gè)Q0S值，并由所述每條TCP子路徑在所述檢測時(shí) 間窗內(nèi)的多個(gè)Q0S值生成與其對(duì)應(yīng)的通信質(zhì)量序列;基于所述通信質(zhì)量序列判斷所述MPTCP 連接中通信質(zhì)量下降的TCP子路徑。
[000引根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，還包括:所述通信質(zhì)量序列可W表示為一個(gè) QoS矩陣，即QoS={QoS[l]，…9〇5[?>··905陽]}，QoS[i]表示第i條TCP路徑的QoS序列，表示 為 9〇5[1] = {9〇5[。[1>.'，905[。。']，...9〇5[。比]}，其中9〇5[。。']是一個(gè)數(shù)，表示第1條 TCP路徑在j次傳輸時(shí)的通信質(zhì)量;隨機(jī)構(gòu)建所述MPTCP連接的抗體種群，并采用人工免疫算 法訓(xùn)練抗體;使用訓(xùn)練好的抗體對(duì)所述MPTCP連接中的每條TCP子路徑的性能檢測，將檢測 結(jié)果為異常的TCP子路徑設(shè)置為備用狀態(tài)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述隨機(jī)構(gòu)建MPTCP連接的抗體種群、并采 用人工免疫算法訓(xùn)練抗體包括:隨機(jī)初始化種群中抗體編碼序列，隨機(jī)初始化種群即根據(jù) 所述的QoS矩陣序列的最大值maxVal與最小值min化1，然后從minVal與maxVal中間選取均 勻分布的隨機(jī)數(shù)，賦值給種群中的抗體，直到生成Να個(gè)抗體為止;種群的個(gè)體數(shù)量為Να,其中 每個(gè)個(gè)體都是一個(gè)序列，然后從Να個(gè)個(gè)體中隨機(jī)選出化個(gè)容限條件，Ντ?Να ;計(jì)算化個(gè)容限條 件群體的適應(yīng)度fitness，其中，Ντ個(gè)容限條件的適應(yīng)度fi化ess為：
[OOU]其中，Ντ代表容限條件序列的數(shù)量，0徒示第j個(gè)正常序列（ly。31)，即在相應(yīng) 時(shí)間窗口中取得的通信質(zhì)量序列Q〇S[i]，Ti表示第i個(gè)容限條件序列（1<1<化），即種群中 抗體的編碼序列；function(Ti，Tj)是一個(gè)非參數(shù)檢驗(yàn)的函數(shù)，能夠比較Ti和Tj之間是否有 顯著差異，所述function包括：signrank、ranksum、anoval函數(shù)；重復(fù)計(jì)算Ντ個(gè)容限條件群 體的適應(yīng)度fitness W及每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度fk，直到fitness取最大值;通過人工免疫算法 中的交叉，選擇和變異操作，使種群中的抗體性能達(dá)到最優(yōu)。
[0014] -種基于多路徑傳輸協(xié)議MPTCP的路徑管理裝置，包括:狀態(tài)獲取單元，用于獲取 MPTCP連接中的每條TCP子路徑的傳輸狀態(tài)信息;Q0S值計(jì)算單元，用于基于所述傳輸狀態(tài)信 息計(jì)算出所述MPTCP連接中各條TCP子路徑的Q0S值;健康檢測單元，用于根據(jù)所述Q0S值確 定出傳輸質(zhì)量發(fā)生惡化的TCP子路徑，并則將此TCP子路徑設(shè)置為備用狀態(tài)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述傳輸狀態(tài)信息包括:帶寬、丟包率和傳 輸時(shí)延。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述Q0S值計(jì)算單元，還用于根據(jù)TCP子路徑 的帶寬、丟包率和傳輸時(shí)延計(jì)算出此TCP子路徑的的Q0S值；其中，Q〇SscDre = Ql* HirOUghpUtscore+QS 禮 OSsRatesG〇re+Q3*RTTscore;
[0017] QoSscore為TCP子路徑的QOS值，Q1，Q2，Q3為系統(tǒng)參數(shù)，Throu組putscore是TCP子路徑 的帶寬，LoSsRatesenre是TCP子路徑的丟包率，RTTsenre是TCP子路徑的傳輸時(shí)延。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述健康檢測單元設(shè)置一個(gè)檢測時(shí)間窗的 長度;假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有N條TCP傳輸?shù)穆窂?，在所述檢測時(shí)間窗內(nèi)，所述MPTCP連接中的每條TCP 子路徑傳輸L個(gè)TCP報(bào)文段;所述狀態(tài)獲取單元根據(jù)所述TCP報(bào)文段的ACK消息獲取當(dāng)前TCP 子路徑的傳輸狀態(tài)信息，包括帶寬，丟包率W及傳輸時(shí)延;所述QOS值計(jì)算單元計(jì)算出每條 TCP子路徑在所述檢測時(shí)間窗內(nèi)的多個(gè)Q0S值;所述健康檢測單元由所述每條TCP子路徑在 所述檢測時(shí)間窗內(nèi)的多個(gè)Q0S值生成與其對(duì)應(yīng)的通信質(zhì)量序列，基于所述通信質(zhì)量序列判 斷所述MPTCP連接中通信質(zhì)量下降的TCP子路徑。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述健康檢測單元生成的通信質(zhì)量序列表 示為一個(gè)QoS矩陣，QoS={QoS[l]，…9〇5[?>··905陽]}，QoS[i]表示第i條TCP路徑的QoS序 列，9〇5[。= {905[。[1>..，905[。。']，...9〇5[?；痌}，其中9〇5[。。']是一個(gè)數(shù)，表示第1 條TCP路徑在j次傳輸時(shí)的通信質(zhì)量;所述健康檢測單元隨機(jī)構(gòu)建所述MPTCP連接的抗體種 群，并采用人工免疫算法訓(xùn)練抗體，使用訓(xùn)練好的抗體對(duì)所述MPTCP連接中的每條TCP子路 徑的性能檢測，將檢測結(jié)果為異常的TCP子路徑設(shè)置為備用狀態(tài)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述健康檢測單元隨機(jī)初始化種群中抗體 編碼序列，隨機(jī)初始化種群即根據(jù)所述的QoS矩陣序列的最大值maxVal與最小值min化1，然 后從minVal與maxVal中間選取均勻分布的隨機(jī)數(shù)，賦值給種群中的抗體，直到生成Να個(gè)抗 體為止;種群個(gè)體的數(shù)量為Να,其中每個(gè)個(gè)體都是一個(gè)序列，然后從Να個(gè)個(gè)體中隨機(jī)選出Ντ 個(gè)容限條件，Ντ?Να;計(jì)算Ντ個(gè)容限條件群體的適應(yīng)度fitness,其中，Ντ個(gè)容限條件的適應(yīng) 度 fitness 為：
[0024] 其中，化代表容限條件序列的數(shù)量，oj表示第j個(gè)正常序列（1 y y si)，，即在相應(yīng) 時(shí)間窗口中取得的通信質(zhì)量序列Q〇S[i]，Ti表示第i個(gè)容限條件序列（1<1<化），即種群中 抗體的編碼序列；function!； Ti,Tj)是一個(gè)非參數(shù)檢驗(yàn)的函數(shù)，能夠比較Ti和Tj之間是否有 顯著差異，所述function包括：31旨11拘]14^日證311111、日]1〇￥日1函數(shù)；所述健康檢測單元重復(fù)計(jì) 算化個(gè)容限條件群體的適應(yīng)度fitnessW及每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度fk，直到fitness取最大值;通 過人工免疫算法中的交叉，選擇和變異操作，使種群中的抗體性能達(dá)到最優(yōu)。
[0025] 本發(fā)明的基于多路徑傳輸協(xié)議MPTCP的路徑管理方法及裝置，能夠根據(jù)每條路徑 的性能比較，根據(jù)子路徑中帶寬，丟包率和傳輸時(shí)延Ξ個(gè)參數(shù)進(jìn)行了綜合考慮，將每條路徑 的通信質(zhì)量量化為QoS,通過QoS的值，檢測出在通信過程中通信質(zhì)量出現(xiàn)變化的路徑，可W 實(shí)現(xiàn)在線的動(dòng)態(tài)檢測，實(shí)時(shí)分析每條MPTCP的路徑參數(shù)，并且根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)最優(yōu)的檢測算 法，確保網(wǎng)絡(luò)中使用的傳輸路徑能實(shí)現(xiàn)最大的吞吐量和帶寬利用率，使網(wǎng)絡(luò)吞吐量變化更 平滑，提高了 MPTCP的鏈路利用率、吞吐量和健壯性。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲 得其他的附圖。
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明的基于多路徑傳輸協(xié)議M