CN101515840A

CN101515840A - 一种多路径并行传输发送的选路方法

Info

Publication number: CN101515840A
Application number: CNA2009100793500A
Authority: CN
Inventors: 杨冬; 刘畅; 张宏科; 董平; 罗洪斌; 孙亮; 宋飞
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: CN101515840B

Abstract

一种多路径并行传输发送的选路方法，为每个对端地址添加发送数据量、丢失数据量、和路径丢包率，具体计算步骤如下：1)路径的初始化；2)每次使用路径发送数据后，都增长该路径的发送数据量；3)每次发现数据丢失后，都增长该路径的丢失数据量；4)每次更新参数发送数据量或丢失数据量后，都对路径丢包率进行更新；5)对每个数据块，计算每条路径的标志值tag；选择tag值最小的路径作为该数据的发送路径；然后，发送数据，并增长该路径的发送计数器，计算路径丢包率。本发明可在路径异常时，利用选路机制暂时避开异常路径，从而减少重传次数提高传输的整体效率；并在路径异常排除后能够逐渐恢复正常选路。

Description

一种多路径并行传输发送的选路方法

技术领域

本发明涉及一种多路径并行传输方法，尤其涉及一种引入路径可信度的多路径并行传输发送的选路方法，属于计算机网络技术领域。

背景技术

在现有技术中，已出现了多种多路径并行传输(CMT)的实现方案，如Westwood SCTP(W-SCTP)等，其中，使用的发送选路机制都是基于优先最快路径原则，选择计算标志位最小的路径传输该数据块。

然而，现有的发送选路机制并没有考虑数据的丢失，即没有加入路径的可靠性因子，这使得发送路径的选择对丢包率不同的路径都具有相同的优先级。

在路径性能较好时，路径的丢包率很低，路径的丢包只对传输时间产生微小影响，可以忽略其作用。

但当路径性能较差时，由于任何数据的丢失都会引起所有后续信息无法递交，数据的丢失尤其是连续的数据丢失会大幅度增加传输时间，甚至影响到其它路径的正常传输。

发明内容

本发明的目的是提供一种引入路径可信度的多路径并行传输发送的选路方法，其可尽量避免使用高丢包率路径，使令丢包率高的路径具有较低的选路优先级。

为此，本发明提供了一种多路径并行传输发送的选路方法，其特征在于，在发送端为每个对端地址添加如下参数：发送数据量，从该路径发送的总数据块数量；丢失数据量，在该路径触发重传的次数；和路径丢包率，丢失数据量与发送数据量的比值，该方法的具体计算步骤如下：1)路径的初始发送数据量、丢失数据量、路径丢包率都设为0；2)每次使用路径发送数据后，无论是首次发送或重发数据，都增长该路径的发送数据量；3)每次发现数据丢失后，无论是快速重传或发送超时，都增长该路径的丢失数据量；4)每次更新参数发送数据量或丢失数据量后，都对路径丢包率进行更新；5)对每个数据块，计算每条路径的标志值tag；选择tag值最小的路径作为该数据的发送路径；然后，发送数据，并增长该路径的发送计数器，计算路径丢包率。

优选地，发送数据量的默认最大值为10000，当发送数据量每次超过10000时，令发送数据量和丢失数据量同时乘以75％，保证路径丢包率不变，继续计数，直到下次溢出。

优选地，利用选路公式计算每条路径的标志值tag，该选路公式为：

R_{i} = (1 - r_{i}) \cdot \frac{O_{i} + C}{B_{i}} + r_{i} \cdot (RTO + \frac{{RTT}_{i}}{2})

其中，O为该路径未确认的数据量；C为将要发送数据的数据量；B为路径的带宽估计值；脚标i为路径序号；r为可信度参数，数值上等于路径的统计丢包率；RTO为发送超时时间；RTT为平均往返时间；RTO+RTT/2为丢包后该数据包传输时间的均值；R为该数据包传输时间的均值。

优选地，基于SCTP协议的支持多家乡特性，在多家乡终端间建立多条路径。

优选地，根据历史的丢包记录和近期的丢包计数综合确定路径丢包率。

优选地，通过设定计数上限并定期进行同比下降，估算近期的路径丢包率。

优选地，将丢包率以权值形式引入选路标志值的计算。

根据本发明，在多路径并行传输时，由于路径间的相互影响，存在丢包的情况发生。在发送路径选择机制中加入可信度因子，通过降低高丢包率路径的发送优先级，减小丢包情况的发生，从而增加整个传输系统在高丢包环境中的传输效率。

附图说明

图1是根据本发明的将路径可信度引入了多路径的选路机制的算法流程图。

图2是本发明的一个应用实例的示意图。

具体实施方式

根据本发明，加入路径历史丢包率统计参数，即在发送端为每个对端地址添加参数，以记录该路径的丢包率。具体地，在软件的结构体中添加参数，用于计算路径丢包率。

新增的参数包括：

发送数据量，在同一次连接中，从该路径发送的总数据块数量，为32位无符号整数；

丢失数据量，在同一次连接中，在该路径丢失的数据块数量，即该路径触发重传的次数，为32位无符号整数；

路径丢包率，在同一次连接中，该路径的丢包率，为无符号浮点数。

具体计算步骤如下：

(1)路径的初始发送数据量、丢失数据量、路径丢包率都为0；

(2)每次使用路径发送数据后，无论是首次发送或重发数据，都增长该路径的发送数据量；

(3)每次发现数据丢失后，无论是快速重传或发送超时，都增长该路径的丢失数据量；

(4)每次更新参数发送数据量或丢失数据量后，都对路径丢包率进行更新；

(5)发送数据量的默认最大值为10000，当发送数据量每次超过10000时，令发送数据量和丢失数据量同时乘以75％保证路径丢包率不变，继续计数到下次溢出。

现有技术原有的路径选择公式为：

R_{i} = \frac{O_{i} + C}{B_{i}}

其中，O为该路径未确认的数据量，C为将要发送数据的数据量，B为路径的带宽估计值，脚标i为路径序号。R的物理意义为，该信息通过路径i能成功到达对端所需的时间。

根据本发明，在选路计算公式中加入可信度参数r，使得高可信度路径具有高优先级。可信度参数r数值上等于路径的统计丢包率p_lost。选路公式修改为：

R_{i} = (1 - r_{i}) \cdot \frac{O_{i} + C}{B_{i}} + r_{i} \cdot (RTO + \frac{{RTT}_{i}}{2})

其中，r为该路径的历史丢包率；RTO为发送超时时间；RTT为平均往返时间；RTO+RTT/2为丢包后该数据包传输时间的均值；R的物理意义为该数据包传输时间的均值，即期望值。同样选择R最小的路径传输该数据包。

总算法流程图如图1。

根据本发明，将路径的可信度引入了多路径的选路机制，降低了高丢包路径被选中的概率。

若路径出现异常，路径的丢包率将会迅速上升，此时由于选路机制中引入了可信度因子，在分配路径时异常路径由于丢包率的上升，计算的标志值tag将随之迅速上升，分配的数据量就将随之下降。因此，数据的选路机制将能够智能的避开异常路径，从而减少重传数据量提高整体传输性能。

如图2所示，两个网络终端A、B都分别具有2块网卡：有线网卡、无线网卡，并且两个终端都使用SCTP以支持多家乡特性。用户A拥有无线网卡对应地址IP1和有线网卡对应地址IP2，同样，用户B拥有无线网卡对应地址IP3和有线网卡对应地址IP4。

步骤1：用户A、B通过4次握手建立一个SCTP关联；

步骤2：选择使用无线地址组IP1、IP3，建立无线路径1，并初始化路径1；

步骤3：选择使用有线地址组IP2、IP4，建立有线路径2，并初始化路径2；

步骤4：根据发送窗口rwnd和路径拥塞窗口cwnd确定可发送数据量；

步骤5：对每个数据块，利用带选路公式计算每条路径的标志值tag；

步骤6：根据Fastest-Path-First(FPF)原则，选择tag值最小的路径作为该数据的发送路径；

步骤7：发送数据，并增长该路径的发送计数器send_n，计算丢包率p_lost；

步骤8：若路径的send_n超过10000，则send_n和lost_n同乘以75％；

步骤9：返回步骤4继续发送数据；

步骤10：若触发重传，增长该丢失数据对应发送路径的丢失计数器lost_n；

步骤11：切换路径进行数据重传，并增长该发送路径的发送计数器send_n，计算丢包率p_lost；

步骤12：若路径的send_n超过10000，则send_n和lost_n同乘以75％；

步骤13：返回步骤10等待接收新的返回ACK。

在使用路径1、路径2并行传输时，有线路径2的性能明显优于无线路径1。无线路径1易受到干扰，稳定性差。

在两条都正常时，丢包都较小，则加入的可靠性因子对选路标志tag计算的影响很小。此时数据的路径选择主要基于路径的带宽和路径的未确认信息量。若路径1突然受到了干扰，导致大量数据丢失或错误。则针对路径1数据的重传量将急剧增长，从而使丢包率统计参数迅速上升。此时，可靠性因子将较大的影响选路标志tag的计算结果，使分配给路径1的数据量下降。

因此，引入路径可信度后，选路机制能够智能的暂时避开异常路径，只给异常路径分配少量数据。当异常排除后，通过仍然发送的少量数据，丢包率又能够逐渐恢复正常值，选路也随之恢复正常。

而在原有的选路机制中，丢包不影响数据的选路，只要路径不完全断裂，将仍然基于带宽估计为数据分配路径。

Claims

1、一种多路径并行传输发送的选路方法，其特征在于，在发送端为每个对端地址添加如下参数：发送数据量，从该路径发送的总数据块数量；丢失数据量，在该路径触发重传的次数；和路径丢包率，丢失数据量与发送数据量的比值，该方法的具体计算步骤如下：

1)路径的初始发送数据量、丢失数据量、路径丢包率都设为0；

2)每次使用路径发送数据后，无论是首次发送或重发数据，都增长该路径的发送数据量；

3)每次发现数据丢失后，无论是快速重传或发送超时，都增长该路径的丢失数据量；

4)每次更新参数发送数据量或丢失数据量后，都对路径丢包率进行更新；

5)对每个数据块，计算每条路径的标志值tag；选择tag值最小的路径作为该数据的发送路径；然后，发送数据，并增长该路径的发送计数器，计算路径丢包率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送数据量的默认最大值为10000，当发送数据量每次超过10000时，令发送数据量和丢失数据量同时乘以75％，保证路径丢包率不变，继续计数，直到下次溢出。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用选路公式计算每条路径的标志值tag，该选路公式为：

R_{i} = (1 - r_{i}) \cdot \frac{O_{i} + C}{B_{i}} + r_{i} \cdot (RTO + \frac{{RTT}_{i}}{2})

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于SCTP协议的支持多家乡特性，在多家乡终端间建立多条路径。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据历史的丢包记录和近期的丢包计数综合确定路径丢包率。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过设定计数上限并定期进行同比下降，估算近期的路径丢包率。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，将丢包率以权值形式引入选路标志值的计算。