MPTCP拥塞控制算法的设计与实现

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Multipath TCP(MPTCP)是新兴的传输层协议,旨在通过修改TCP来同时使用多个IP地址或者接口。对于上层应用,MPTCP并不改变原有的常规的TCP接口,对于下层网络,MPTCP使用了TCP协议栈确保其网络兼容性,因此MPTCP可以完全的兼容TCP协议。MPTCP使传统的TCP可以通过多条链路传输数据,不仅提高了网络链路的利用率,而且提高了网络整体的吞吐量。影响MPTCP协议的实际带宽表现的关键是MPTCP的拥塞控制算法,该算法直接影响了各个MPTCP子流的发送窗口,也就直接影响了MPTCP协议的总带宽。现有的MPTCP拥塞控制算法在竞争力,带宽抖动等方面存在不足,并没有很好地满足MPTCP拥塞控制算法的设计原则。本文基于MPTCP拥塞控制算法的三原则,提出了基于BBR的MPTCP拥塞控制算法,在原有的拥塞控制算法的基础上提升了有效带宽,减少了带宽抖动,并且平衡了其算法的TCP友好性。本文的主要内容包括:  1.设计并实现了基于BBR的MPTCP拥塞控制算法,实现了其整个算法的核心模块和负载均衡的架构。对于算法的核心模块,在BBR的状态机的基础上,通过对BBR状态机的各个状态下的参数的微调,达到了控制该链路下的拥塞控制算法的实际带宽的目的。为了正确的衡量MPTCP的各个子流的实际拥塞和带宽,该算法通过建立网络利用率最大化模型来对整个网络的负载和带宽进行建模,并且将模型应用于负载均衡模块。负载均衡模块通过网络的反馈的时延,带宽等数据,判断各个链路的拥塞状态,并根据这些状态,调节各个状态机的参数,控制各个MPTCP子流的带宽。对于参数的修改会改变现有网络的状态,并反馈给负载均衡模块,形成反馈循环。  2.对基于BBR的MPTCP拥塞控制算法wBBR,设计了一些实验去验证该算法的实际性能。首先,通过wBBR和BBR算法在各个链路状态下的竞争表现,对比其他MPTCP算法(wVegas,Lia,OLia,BaLia),实验结果表明,wBBR的算法竞争力最为适中。在测试负载均衡能力的实验中,wBBR与wVegas一样,对网络变化比较敏感,Lia,OLia和BaLia这些算法则对网络变化的反应较慢。wBBR算法在评估算法竞争力的实验中与CUBIC算法竞争时,也表现出了其较为适中的竞争力,综合表现在所有现有的MPTCP拥塞控制算法中达到了最好。
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