CN104702527B - 多路径tcp中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法 - Google Patents

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Abstract

多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法，属于网络通信技术领域。该方法应用在终端设备上具有多核处理器、同时具有多个独立物理网络接口，并存在多个任务利用MPTCP建立多TCP路径进行网络通信的过程中。当高优先级任务的TCP拥塞时间窗需要增加时，该方法时刻保证它的拥塞时间窗为当前所有任务的TCP拥塞时间窗最大值；当高优先级任务的TCP通道发生数据包丢失时，该方法会将同一网络接口上的各个任务的TCP拥塞时间窗都减小一半。多任务利用MPTCP协议进行网络通信时，该方法在保证各任务都能选择性能较优的传输路径的情况下，高优先级任务能获得更多的网络资源，使得高优先级任务即使在当前TCP路径的收发请求过多甚至拥塞时都能保障其通信服务质量。

Description

多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法
技术领域
本发明涉及多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法，其属于网络拥塞控制技术领域。
背景技术
随着网络技术、计算机技术的不断发展，网络中终端设备通常同时具有多种类、多个网络接入端口，例如手机同时具备3G/4G/Wifi网络接口、笔记本电脑同时具有Wifi/RJ45/3G网络接口。为了实现在这些异构的通信介质融合，实现网络间无缝切换，多路径TCP已成为关键技术。多路径TCP(Multipath Transmission Control Protocol ， MPTCP)是在TCPIP协议基础上进行改进，利用同时共存的多路径进行数据传输。MPTCP已被InternetSociety（ISOC）组织纳入RFC文件中。相关研究中，用于MPTCP的拥塞时间窗控制是MPTCP在实际应用中，避免网络拥塞，提高网络QoS的核心问题。专利CN201310261581.X中提出了一种基于时间预测的MPTCP数据调度方法。专利CN201410159442.0中提出了一种适用于多路径传输的连接管理与控制方法。然而，上述研究主要用于对无优先级的数据报文在多路径传输过程中的管理与控制。针对多优先级数据报文在传输过程中，如何结合其优先级特性对MPTCP的拥塞控制方法，目前尚无人进行研究。
发明内容
本发明目的是在于克服现存技术的不足，提供多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法，克服现有MPTCP中无法针对不同优先级的TCP链路进行拥塞窗口大小的调整，以至于在网络资源紧张情况下优先级级别高的TCP连接无法获得更多的网络资源而造成网络延时大的缺点。
本发明所述的多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法，本发明方法是在利用MPTCP进行网络通信过程中， TCP拥塞时间窗的调整时需要考虑该TCP路径所属任务的优先级，也就是根据不同任务优先级，分配不同的拥塞时间窗窗口调整值，从而使得优先级越高的任务在TCP传输过程中获得越大的拥塞时间窗，达到在TCP发送请求过多、甚至TCP路径拥塞情况下高优先级任务在TCP通信时获得更多的网络资源，保障其网络QoS的目的。
本发明的技术方案是：该方法在终端设备上具有多核处理器、同时具有多个独立物理网络接口的应用场景下,并存在多个任务利用MPTCP建立多TCP路径进行网络通信的过程中，任何任务进行TCP拥塞时间窗口调整过程中都需要考虑其任务的优先级，当高优先级任务的TCP拥塞时间窗需要增加时，该方法时刻保证它的拥塞时间窗为当前所有任务的TCP拥塞时间窗最大值；当高优先级任务的TCP通道发生数据包丢失并需要降低拥塞时间窗大小时，该方法会将同一网络接口上的各个任务的TCP拥塞时间窗都减小一半；
该方法具体步骤如下:
（1）当有任务建立新的TCP传输路径时, 提取该任务的优先级,分配拥塞时间窗初始值，然后进入等待态，等待发送数据包;
（2）当任意TCP路径接收到ACK包时,提取该ACK包中rtt数据值，计算拥塞时间窗的增加值，公式（1）所示；
（1）
其中，，P表示需要利用TCP协议进行通信的任务的优先级，wij表示拥塞时间窗；
即(i)如果该TCP路径所属任务的优先级是当前所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，也就是其优先级数值最大，同时它的拥塞时间窗数据值也是目前最大值，则根据优先级、当前拥塞时间窗数据值和rtt数据值三个参数，计算该路径的拥塞时间窗的增加值；(ii)如果该TCP路径所属任务的优先级是所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，但拥塞时间窗不是其对应的物理接口中所有TCP路径中拥塞时间窗数据值最大值，则将当前拥塞时间窗数据值与该最大值互换；(iii)如果该TCP路径所属任务的优先级不是所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则根据优先级、当前拥塞时间窗数据值和rtt数据值三个参数，计算该路径的拥塞时间窗的增加值。
（3）当TCP路径上有数据包丢失时，相应的拥塞时间窗降低，降低公式如公式（2）所示，
（2）
其中，p表示需要利用TCP协议进行通信的任务的优先级，l表示任务与网络接口之间的传输通道，wij表示拥塞时间窗。
即(i)如果该路径所属任务的优先级是当前所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则把相应网络接口上所有TCP路径的拥塞时间窗都减半；(ii)如果该路径所属任务的优先级别不是当前所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则只将自己的拥塞时间窗减半。
本发明的有益效果是：利用本发明方法可以使多任务利用MPTCP协议进行网络通信时，在保证各任务都能选择性能较优的传输路径的同时，高优先级任务能够获得更多的网络资源，从而使得高优先级任务即使在当前TCP路径的收发请求过多甚至拥塞时都能保障其QoS。
附图说明
图1是多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法的应用场景示意图。
图2是多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法的具体操作步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1中介绍了多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法的应用场景，即在多核处理器、同时具有多个独立的物理网络接口的终端设备上运行MPTCP进行TCP通信：终端设备中具有p1、… 、pi、…、pn，n个需用利用TCP协议进行通信的任务的优先级，c1、…、cj、…cm为m个独立的物理网络接口。上述任务利用MPTCP协议即可建立l11、l12、…lij…lnm等通道，进行传输。当优先级分别为p1…pn的任务同时利用MPTCP固有机制选择当前通信状态最好的路径进行TCP通信，势必会造成该路径通信资源被快速分配，特别是当上述任务具有不同优先级时，高优先级任务无法获得充足的网络资源，从而导致高优先级任务网络通信性能下，影响该任务的服务质量。本发明方法的思路是在多个任务并发利用MPTCP进行网络通信时，针对任务进行TCP通信时调整网络拥塞时间窗口过程中考虑任务的优先级，让优先级高的任务的TCP拥塞时间窗增长得更快。
结合图2对多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法的进行各个具体操作步骤的描述：
步骤1，当有任务建立新的TCP，首先通过系统函数获得该任务的优先级，然后根据MPTCP的正常建立流程，建立对终端中各端口建立TCP路径。
步骤2，根据TCP通信原理，当任意一个任务优先级为pi的任务的MPTCP中任意一条TCP路径lij接收到ACK包以后，相应的拥塞时间窗需要增加，增加值如公式（1）所示。
（1）
其中。
即： (i)如果该任务优先级别是当前建立TCP路径所属任务中优先级别最高的，也就是其优先级数值最大，同时它的拥塞时间窗数据值也是当前最大值，则根据优先级、当前拥塞时间窗数据值和rtt数据值三个参数，计算该路径的拥塞时间窗的增加值；(ii)如果该任务优先级别是当前建立TCP路径所属任务中优先级别最高的，但拥塞时间窗不是所有TCP路径中拥塞时间窗数据值最大的，则将当前拥塞时间窗数据值与该最大值互换；(iii)如果该任务TCP路径所属任务的优先级不是所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则根据优先级、当前拥塞时间窗数据值和rtt数据值三个参数，计算该路径的拥塞时间窗的增加值。
步骤3，当任意一个任务优先级为pi的任务的MPTCP中任意一条TCP路径lij上丢包，相应的拥塞时间窗需要降低，降低公式如公式（2）所示，即：(i)如果该任务优先级别是当前建立TCP路径所属任务中优先级别最高的，则把相应网络接口上所有TCP路径的拥塞时间窗都减半；(ii)如果该任务TCP路径所属任务的优先级不是所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则将自己的拥塞时间窗减半。
（2）。

Claims (1)

1.多路径TCP中面向多优先级连接的拥塞时间窗控制方法，该方法应用在终端设备上同时具有多核处理器和多个独立物理网络,并存在多个任务利用MPTCP建立多TCP路径进行网络通信的过程中；其特征在于，任务在进行TCP拥塞时间窗口调整过程中需要考虑其任务的优先级，当高优先级任务的TCP拥塞时间窗需要增加时，该方法时刻保证它的拥塞时间窗为当前所有任务的TCP拥塞时间窗最大值；当高优先级任务的TCP通道发生数据包丢失并需要降低拥塞时间窗大小时，该方法会将同一网络接口上的各个任务的TCP拥塞时间窗都减小一半；该方法包括以下步骤：
（1）有任务建立新的TCP传输路径，提取该任务的优先级，分配拥塞时间窗初始值，然后进入等待态，等待发送数据包；
（2）当任意TCP路径接收到ACK包时，提取该ACK包中rtt数据值，计算拥塞时间窗的增加值：(i) 如果该任务优先级别是当前建立 TCP 路径所属任务中优先级别最高的也就是其优先级数值最大，同时它的拥塞时间窗数据值也是当前最大值，则根据优先级、当前拥塞时间窗数据值和 rtt 数据值三个参数，计算该路径的拥塞时间窗的增加值 ；(ii) 如果该任务优先级别是当前建立 TCP 路径所属任务中优先级别最高的，但拥塞时间窗不是所有TCP 路径中拥塞时间窗数据值最大的，则将当前拥塞时间窗数据值与该最大值互换 ；(iii)如果该任务TCP路径所属任务的优先级不是所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则根据优先级、当前拥塞时间窗数据值和 rtt 数据值三个参数，计算该路径的拥塞时间窗的增加值，计算公式如下：
（1）
其中，，P表示需要利用TCP协议进行通信的任务的优先级，wij表示拥塞时间窗；p i 是第i个利用TCP协议进行通信的任务的优先级、p j 是当前链路j中所有利用TCP协议进行通信任务的优先级集合；
（3）当TCP路径上有数据包丢失时，相应的拥塞时间窗降低：(i)如果该路径所属任务的优先级是当前所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则把相应网络接口上所有TCP路径的拥塞时间窗都减半；(ii)如果该路径所属任务的优先级别不是当前所有TCP路径所属的任务中优先级别最高的，则只将自己的拥塞时间窗减半。
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