CN110166374A - 基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置 - Google Patents

基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110166374A
CN110166374A CN201910423304.1A CN201910423304A CN110166374A CN 110166374 A CN110166374 A CN 110166374A CN 201910423304 A CN201910423304 A CN 201910423304A CN 110166374 A CN110166374 A CN 110166374A
Authority
CN
China
Prior art keywords
congestion window
efficiency
mptcp
value
subflow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910423304.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110166374B (zh
Inventor
王莹
李洪林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN201910423304.1A priority Critical patent/CN110166374B/zh
Publication of CN110166374A publication Critical patent/CN110166374A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110166374B publication Critical patent/CN110166374B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/25—Flow control; Congestion control with rate being modified by the source upon detecting a change of network conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/27—Evaluation or update of window size, e.g. using information derived from acknowledged [ACK] packets
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/28—Flow control; Congestion control in relation to timing considerations
    • H04L47/283—Flow control; Congestion control in relation to timing considerations in response to processing delays, e.g. caused by jitter or round trip time [RTT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种基于能效的MPTCP拥塞控制方法及装置，该方法包括：对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；根据所述拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。该方法使得拥塞机制的调节考虑能效因素，在保证吞吐量性能的基础上，将部分数据流量转移到能耗较少的路径上传输，实现设备的节能目标，进而在保障MPTCP的聚合优势的基础上显著降低能耗。

Description

基于能效的MPTCP拥塞控制方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于能效的MPTCP拥塞控制方法及装置。
背景技术
多路传输控制协议(Multipath TCP，简称MPTCP)中，拥塞控制机制是其核心部分，对拥塞控制的改进是提升协议性能的重要方法。多路径拥塞控制机制旨在提高子流利用率，最大化利用网络资源，同时避免拥塞崩溃的发生。MPTCP提供的多路径传输可以显著提高移动终端的吞吐量，然而多路径传输需要消耗更多能量来维持多个接口，这对于电池供电的移动设备来说是一个巨大的挑战。移动设备电池容量受限的特性决定了MPTCP连接的时长和可靠性。因此，当使用MPTCP进行并发数据传输时，优化移动设备的能量效率进而实现节能目标至关重要。
目前节能的研究主要通过流量整形和流量卸载来降低能耗。流量整形使得流量周期性突发，以此避免接收器始终保持活动模式，该方法可以结合编码进一步降低能耗。流量卸载根据实时信道状态或速率分配方案调度数据包，能够将流量从更高耗能的接口卸载到其他接口，从而使耗较低的路径承担更多的流量甚至是所有流量。
通过流量周期性突发，以及从更高耗能的接口卸载到其他接口的方法，均无法有效利用带宽资源，也未考虑到链路的传输时延，从而无法完全实现MPTCP的聚合优势，极大的降低了吞吐量和传输时间方面的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于能效的MPTCP拥塞控制方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种基于能效的MPTCP拥塞控制方法，包括：对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；根据所述拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA(Linked IncreasesAlgorithm)算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
第二方面，本发明实施例提供一种基于能效的MPTCP拥塞控制装置，包括：第一处理模块，用于对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；第二处理模块，用于根据所述拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明第一方面基于能效的MPTCP拥塞控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面基于能效的MPTCP拥塞控制方法的步骤。
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法及装置，根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例，并将结果作为多路径拥塞控制的依据，使得拥塞机制的调节考虑能效因素。根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，以及对当前拥塞窗口值进行更新，从而在保证吞吐量性能的基础上，将部分数据流量转移到能耗较少的路径上传输，实现设备的节能目标，进而在保障MPTCP的聚合优势的基础上显著降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法流程图；
图2为本发明实施例提供的吞吐量性能对比效果图；
图3为本发明实施例提供的能量消耗速率对比效果图；
图4为本发明实施例提供的能量效率对比效果图；
图5为本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制装置结构图；
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
MPTCP传输时，接收器在接收过程中至少包括两种操作模式，即接收数据流量和等待数据流量，不同的模式分别对应不同的电源状态。通常，若一段时间之后没有更多的流量等待接收，则设备转为较低功耗模式，这也是通过流量整形来降低能耗的原因。对于流媒体服务或整形服务，通常固定重复的突发传输数据。若突发的时间间隔小于某个固定时间，则接收器不会在时间间隔内切换到空闲状态。基于此，假设接收器的无线网络接口始终保持接收模式，以便在连接期间接收连续的数据流量。
通过主动控制设备的吞吐量测量实时的能量消耗，继而得到Wi-Fi、LTE和3G接口的能耗-吞吐量曲线。基于此测量结果，提出移动设备的线性能耗模型，该模型适用于大多数无线接口，能够准确表征无线环境下设备的能量消耗。多路径数据传输的能耗模型如下述公式所示，子流路径r上的能耗表示为Pr(xr)，与传输速率xr成正比：
Pr(xr)＝μrxr+ηr
其中，μr为数据接收过程中每比特的能量消耗；ηr为无线网络接口始终保持数据接收模式下的固定能量消耗。如果路径r上数据传输的时间为Tr，则总的能量消耗表示为Pr(xr)和Tr的乘积，如下式所示：
Er(xr)＝μrxrTr+ηrTr
图1为本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种基于能效的MPTCP拥塞控制方法，包括：
101，对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例。
在101之前，还包括获取最大化能效的子流速率分配结果，子流r的传输速率为xr，本发明实施例预先对子流的传输速率进行分配，以使得MPTCP的传输链路能效最大化，即满足：
其中，μr为数据接收过程中每比特的能量消耗，ηr为子流的网络接口始终保持数据接收模式下的固定能量消耗，为子流集合。确定的最大化能效的子流速率分配结果为子流r的速率分配比例为传输速率xr与总传输速率的比值，定义为
在101中，MPTCP的传输链路由多个子流构成，每一子流的初始的拥塞窗口可为1。对于任意子流，若收到本次传输的确认信息，如收到对应的ACK包，则进行拥塞窗口的更新，增大拥塞窗口。子流的拥塞窗口分配比例为当前该子流分配的拥塞窗口值与子流集合分配的总拥塞窗口的比值。先获取子流r的历史最小往返时间rttr，结合上述子流速率分配结果，通过每一子流的速率分配和时间的乘积，确定期望的子流分配比例。本发明实施例对确定拥塞窗口期望分配比例的方法不作具体限定，包括但不限于：拥塞窗口期望分配比例为
102，根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA(Linked Increases Algorithm)算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
在102中，本发明实施例在现有的LIA算法基础上，确定后续拥塞窗口值。现有的LIA算法，将作为拥塞窗口的增量，即第一拥塞窗口增量，则更新后的拥塞窗口值为：
其中，wtotal为所有子流的总拥塞窗口大小，α为调整拥塞窗口的侵略因子，wr为拥塞窗口。
拥塞窗口的实际分配比例可以描述为本发明实施例中确定第二拥塞窗口增量为其中修正因子为拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例的差值。则更新后的拥塞窗口值为：
根据更新后的拥塞窗口进行下一阶段的数据传输。修正因子ψr用以实现路径间最佳的速率分配，实现移动设备节能目标。如果窗口期望的分配比例值大于当前窗口的实际分配比例，即ψr为正值，则增加子流r的拥塞窗口值。反之，即ψr＜0，则减小拥塞窗口值。通过ψr，该方法实现子流间的负载均衡，实现高吞吐量的同时节约能量消耗。
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例，并将结果作为多路径拥塞控制的依据，使得拥塞机制的调节考虑能效因素。根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，以及对当前拥塞窗口值进行更新，从而在保证吞吐量性能的基础上，将部分数据流量转移到能耗较少的路径上传输，实现设备的节能目标，进而在保障MPTCP的聚合优势的基础上显著降低能耗。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述方法还包括，若子流检测到本次传输的丢包信息，则根据子流的当前可用带宽估计值、子流的历史最小往返时间以及丢包的报文长度，获得更新后的拥塞窗口值，根据更新后的拥塞窗口值进行下次数据传输。
目前的拥塞控制，通过慢启动阈值(ssthresh)作为慢启动阶段和拥塞避免阶段的分界点，其实就是对链路可用带宽的近似估计，目的是为了使得TCP连接以链路所能承受的最大速率传输数据，同时不需要经过任何排队等待，提升资源的利用率。目前拥塞控制机制的ssthresh设置多采用固定的模式，即遭遇丢包时将窗口减半处理，此种阈值设置方式没有考虑当前网络的实际拥塞情况，极大的浪费了带宽资源。
本发明实施例中，确定丢包后的拥塞窗口根据子流的当前可用带宽估计值、子流的历史最小往返时间、以及丢包的报文长度确定。本发明实施例不对获得更新后的拥塞窗口的方法作具体限定，包括但不限于：
wr←bwer×rttr_min/packet_size
其中，bwer为子流r的当前可用带宽估计值，rttr_min为子流r的历史最小往返时间，packet_size为丢包的报文长度。
将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，当子流r发生丢包时，基于当前带宽估计值以及历史最小往返时间减小拥塞窗口值，从而有利于提高带宽利用率，并提升***吞吐量。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例之前，还包括：对每一子流设置最大能耗阈值，根据每一子流链路的每比特的能量消耗，链路固定能量消耗，基于最大化能量效率的优化问题，采用遗传算法，确定最大化能效的子流速率分配结果。
每一子流链路的每比特的能量消耗为μr，链路固定能量消耗为子流的网络接口始终保持数据接收模式下的固定能量消耗ηr，子流r的传输速率为xr。本发明实施例中通过遗传算法获取满足如下条件的子流速率分配结果的目标函数：
限制条件如下：
subject to：
限制条件(1)为了满足MPTCP的吞吐量目标，体现多路径传输的优势，所有子流的传输速率之和应该不小于R，其中R定义为R＝max(Ci)，Ci为子流i的链路容量。限制条件(2)保证子流r的传输速率xr小于链路容量Cr。限制条件(3)是为了确保每个子流满足一定的能耗限制，避免追求能量效率最大化而使得平均速率过大而消耗过多的能量，即对每一子流设置的最大能耗阈值。
能效优化问题是为了获得最大化能效的子流速率分配结果子流r的速率分配比例为传输速率xr与总传输速率的比值，定义为进一步将子流速率分配结果表示为向量形式则优化问题的输出结果为所有子流的速率比例组成的速率分配向量。
当MPTCP通过两个路径传输数据时，可以获得上述时化问题的最优解。然而随着多路径子流数量的增加，优化问题的凸性难以保证，因此很难获得能效优化问题的最优解。基于此问题，本发明实施例中采用遗传算法(Genetic Algorithm，简称GA)来获得优化问题的近似最优解。
具体地，通过目标函数计算种群中个体的适合度值，根据适应度值的大小选择基因池中存活的个体。由于MPTCP多路径连接包括n个TCP子流，每个子流分别控制自己的拥塞窗口，因此基因池中的单个个体由n个传输速率xr组成。
优化问题的输入为:M,Cr,μr,ηr,gmax,Pc,Pm；其中，M为种群个体数量，Pc、Pm为GA中所用的预设概率，gmax为预设迭代次数。
优化问题的输出为:速率分配向量
首先，随机产生M个体作为初代种群，当前迭代次数g＜gmax时，重复执行：
采用轮盘赌机制进行个体选择；
以概率Pc进行交叉；
以概率Pm进行变异；
保留满足上述限制条件(1)、(2)、(3)的个体；
根据上述目标函数计算目标值并记录最优个体；
直至达到预设迭代次数gmax。
选择最优个体作为近优解，计算并输出速率分配向量
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，通过对每一子流设置最大能耗阈值，根据每一子流链路的每比特的能量消耗，链路固定能量消耗，基于最大化能量效率的优化问题，采用遗传算法，从而确定最大化能效的子流速率分配结果，能够得到准确的子流速率分配结果。将结果作为多路径拥塞控制的依据，使得拥塞机制的调节考虑能效因素。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一拥塞窗口增量为基于LIA算法得到的拥塞窗口增量和带宽比例因子相乘得到，相应地，对当前拥塞窗口值进行更新之前，还包括：根据每一子流的当前可用带宽估计值、统计时间内的可用带宽最大值以及可用带宽平均值，确定带宽比例因子。
带宽指的是数据传输过程中链路所能提供的最大传输速率，其单位为比特率。带宽作为表征链路传输能力的非常重要的参数，决定着网络资源的合理使用。在MPTCP多路径传输过程中，带宽估计的采用可以帮助拥塞控制机制实现更加精准的窗口调节，提升协议的性能表现。通过估计链路的可用带宽可以合理的预测负载状况，继而更加高效的利用网络资源。
基于带宽估计的拥塞控制机制主要通过估计当前链路的可用带宽评判网络的拥塞情况，进而调节多路径传输的发送速率。具体来说，就是根据实时估计的可用带宽值自适应的调整多路径子流的拥塞窗口和慢启动阈值，使得拥塞窗口的变化更加契合网络状况，提升带宽利用率同时避免拥塞崩溃的发生。
网络拥塞使得链路连续时间内处在过载的状态，此状态下的网络性能受到极大的影响，相应的各项网络参数也会发生改变。网络拥塞发生时，链路的时延增大，数据包频繁丢失，网络吞吐量急剧下降，此时可用带宽的估计值会比正常情况下的估计值小。而如果无线链路随机误码引起数据包丢失，此种情况下，由于随机误码的瞬时突发性，并不会对往返时间RTT等参数造成影响，基于此得到的带宽估计值相比于正常情况不会产生太大的变化。因此通过带宽估计评估网络的拥塞等级可以区分拥塞丢包和随机噪声丢包，指导拥塞控制机制的调节。基于以上分析，通过计算带宽比率因子评估网络的拥塞情况，进而调节多路径子流的拥塞窗口。带宽比例因子δ计算为：
其中，bwe为当前估计的可用带宽，bwemax为统计时间内估计得到的最大可用带宽即链路被充分利用时的可用带宽；bweavg为链路平均可用带宽，即链路稳定时的可用带宽。
带宽比率因子δ的变化范围为δ∈[-1,1]。δ通过将当前实时估计的链路可用带宽与历史可用带宽作比较，评估可用带宽的相对变化程度，间接的反映了当前链路的拥塞状态。当δ趋近于1时，意味着当前可用带宽趋近于历史最大可用带宽，表明网络状况较好，拥塞窗口可以继续增加；当δ趋近于0时，意味着当前可用带宽趋于稳定时的带宽值，拥塞窗口应该保持此值不变使链路处于高速稳定状态；而当δ趋近于-1时，意味着当前可用带宽较小链路处于拥塞状态，此时的拥塞窗口应该适当减小以防止拥塞崩溃的发生。
相应地，基于LIA算法得到的拥塞窗口增量和带宽比例因子确定的第一拥塞窗口增量为：
更新后的拥塞窗口为：
其中，δr为子流r的带宽比例因子。
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，通过带宽比例因子对基于LIA算法得到的拥塞窗口增量进行调节，从而一定程度上可以区分拥塞丢包和随机噪声丢包，指导拥塞控制机制的调节，有利于提高链路的带宽利用率。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据每一子流的当前可用带宽估计值、统计时间内的可用带宽最大值以及可用带宽平均值，确定带宽比例因子之前，还包括：对历史传输带宽进行平滑处理，获得可用带宽平均值。
本发明实施例中，根据数据传输过程中的历史传输带宽，通过平滑处理得到的链路平均可用带宽，即链路稳定时的可用带宽。包括：
bweavg＝(1-λ)·bweavg+λ·bwe
其中，λ为常数，可取值为1/8。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，当前可用带宽估计值根据任意ACK报文的发出时间、ACK报文的收到时间以及ACK报文确认的报文长度得到。
可用带宽的估计是源端通过采集到的信息，评估一段时间内成功传输的数据量。随着数据传输的进行，源端获取信息量增多，带宽估计的准确度也会随之提升，更加接近网络的真实情况。本发明实施例中，根据网络状况估计网络可用带宽，假设收到的第i个ACK的时间为ti，ACK报文的发出时间为ti-1，所确认的报文段长度为acked×packet_size。可以认为，在Δti＝(ti-ti-1)的时间内，网络完成了acked×packet_size数据的传输，即可用带宽估计值为：
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，根据任意ACK报文的发出时间、ACK报文的收到时间以及ACK报文确认的报文长度，能够快速确定当前可用带宽估计值。
基于上述各实施例，在一个具体的实例中，通过仿真实施本发明实施例。本发明实施例采用的方法记为基于能效的多路径拥塞控制算法(Energy Efficient CongestionControl Algorithm，简称EECCA)。设置异构网络由Wi-Fi、LTE和3G组成，每个移动终端配备多个无线接口。发送端和接收端同时通过两条不相交的路径进行通信，通过部署MPTCP，可以实现并发多路径数据传输，每个路径都是MPTCP连接的子流。为了便于表示，将Wi-Fi、LTE和3G路径分别命名为Path1、Path2和Path3。Path1的能量消耗参数设置为137.01mW/Mbps和132.86mW；Path2的能量消耗参数设置为51.97mW/Mbps和1288.04mW；Path3的能量消耗参数设置为122.12mW/Mbps和817.88mW。Path1、Path2和Path3的延迟分别设置为70ms、100ms和120ms，路径损失率分别设置为0.002、0.001和0.001，***带宽分别设置为20Mbps、10Mbps和10Mbps。其他仿真参数为MPTCP默认值，仿真时间持续120秒。
选择以下参考机制进行吞吐量和重传的性能比较：
OLIA，为基于窗口的MPTCP方案，通过联合考虑丢失率和RTT实现多路径子流间的负载均衡，同时确保算法响应性，满足MPTCP的三个设计目标。
MPTCP，为MPTCP默认的拥塞控制算法，LIA权衡最佳资源使用和TCP友好性之间的关系。
分析仿真结果。首先，通过Matlab获得目标函数的近似最优速率分配向量。然后，将获得的速率分配向量作为多径拥塞控制算法仿真的输入。最后，通过比较吞吐量和能耗性能验证本发明方法的性能表现。
为了观察算法的吞吐量和能耗变化，分析算法性能，对三种算法实时的性能指标进行对比。图2为本发明实施例提供的吞吐量性能对比效果图，如图2所示，仿真时间内三种MPTCP方案的吞吐量平均值分别为2976.96Kbps，2026.48Kbps和1950.82Kbps。相比于MPTCP，EECCA算法的吞吐量提升了52.6％，有较好的吞吐量性能表现。原因在于该算法采用带宽估计实时监控当前网络状况，使得拥塞窗口的增长和慢启动阈值的设定具有自适应特性，提升了***的带宽利用率。在连接开始时，由于进入慢启动阶段因此曲线快速上升，随后进入拥塞避免阶段，吞吐量的变化趋于稳定。
图3为本发明实施例提供的能量消耗速率对比效果图。可以看出，图中曲线的趋势和图2中吞吐量的曲线近似，这是因为能量消耗速率和吞吐量成正比关系。相比于MPTCP，EECCA算法在120秒内的平均能耗增加了3.62％，这是由其较高的吞吐量增益导致的。图4为本发明实施例提供的能量效率对比效果图。能量效率是吞吐量和能量消耗速率的比值，代表着算法在相同能耗下传输数据量的能力。由于能量消耗速率的变化较小，因此能量效率的变化主要受吞吐量影响，图中曲线的变化趋势和图2中吞吐量的曲线近似。可以看出，EECCA算法相比于参考方案保持了较高的能量效率。仿真时间内三种算法的能量效率分别为1.1813Mbits/J、0.8311Mbits/J和0.8021Mbits/J，EECCA的能量效率相比于MPTCP提升了47.3％，相同能耗下可以传输更多的数据，实现了节能的目标。
为了进一步分析EECCA算法在数据传输过程中对每个子流的影响，计算多路径传输中子流的归一化吞吐量，归一化吞吐量为子流吞吐量与总吞吐量的比值。得到Wi-Fi、LTE和3G路径的归一化吞吐量值分别为0.1717、0.4301和0.3982(EECCA)，0.2510、0.3819和0.3671(MPTCP)。可以看出，EECCA算法相较于MPTCP算法将更多的流量转移到了LTE路径，少部分流量转移到了3G路径传输，原因在于LTE路径相比于3G和Wi-Fi更加节约能耗。EECCA算法考虑节能目标，权衡吞吐量与能耗之间的关系，在保证吞吐量的前提下，将部分流量从高能耗路径转移到低能耗路径，以节能为目标实现子流之间的负载均衡。
图5为本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制装置结构图，如图5所示，该基于能效的MPTCP拥塞控制装置包括：第一处理模块501和第二处理模块502。其中，第一处理模块501用于对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；第二处理模块502用于根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
对于任意子流，若收到本次传输的确认信息，如收到对应的ACK包，第一处理模块501先获取子流r的历史最小往返时间rttr，结合已确定的能效最大化的子流速率分配结果，通过每一子流的速率分配和时间rttr的乘积，确定期望的拥塞窗口分配比例。例如，拥塞窗口期望分配比例为
基于此，处理模块502确定后续拥塞窗口值。现有的LIA算法，将作为拥塞窗口的增量，即第一拥塞窗口增量，则更新后的拥塞窗口值为：
其中，wtotal为所有子流的总拥塞窗口大小，α为调整拥塞窗口的侵略因子，wr为拥塞窗口。
拥塞窗口的实际分配比例可以描述为处理模块502确定第二拥塞窗口增量为其中修正因子为拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例的差值。则更新后的拥塞窗口值为：
处理模块502发送更新后的拥塞窗口，以使得根据更新后的拥塞窗口进行下一阶段的数据传输。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的基于能效的MPTCP拥塞控制装置，第一处理模块根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例，并将结果作为多路径拥塞控制的依据，使得拥塞机制的调节考虑能效因素。第二处理模块根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，以及对当前拥塞窗口值进行更新，从而在保证吞吐量性能的基础上，将部分数据流量转移到能耗较少的路径上传输，实现设备的节能目标，进而在保障MPTCP的聚合优势的基础上显著降低能耗。
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过总线604完成相互间的通信。通信接口602可以用于电子设备的信息传输。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行包括如下的方法：对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明上述各方法实施例的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法，例如包括：对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；根据拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于能效的MPTCP拥塞控制方法，其特征在于，包括：
对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；
根据所述拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
若子流检测到本次传输的丢包信息，则根据所述子流的当前可用带宽估计值、所述子流的历史最小往返时间以及丢包的报文长度，获得更新后的拥塞窗口值，根据更新后的拥塞窗口值进行下次数据传输。
3.根据权利要求1所述的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，其特征在于，所述根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例之前，还包括：
对每一子流设置最大能耗阈值，根据每一子流链路的每比特的能量消耗，链路固定能量消耗，基于最大化能量效率的优化问题，采用遗传算法，确定最大化能效的子流速率分配结果。
4.根据权利要求1所述的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，其特征在于，所述第一拥塞窗口增量为基于LIA算法得到的拥塞窗口增量和带宽比例因子相乘得到，相应地，所述对当前拥塞窗口值进行更新之前，还包括：
根据每一子流的当前可用带宽估计值、统计时间内的可用带宽最大值以及可用带宽平均值，确定所述带宽比例因子。
5.根据权利要求2或4所述的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，其特征在于，所述当前可用带宽估计值根据本次ACK报文的发出时间、所述ACK报文的收到时间以及所述ACK报文确认的报文长度得到。
6.根据权利要求4所述的基于能效的MPTCP拥塞控制方法，其特征在于，所述根据每一子流的当前可用带宽估计值、统计时间内的可用带宽最大值以及可用带宽平均值，确定所述带宽比例因子之前，还包括：
对历史传输带宽值进行平滑处理，获得所述可用带宽平均值。
7.一种基于能效的MPTCP拥塞控制装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于对于每一子流，若收到本次传输的确认信息，则根据本次传输的往返时间，和已确定的最大化能效的子流速率分配结果，确定拥塞窗口期望分配比例；
第二处理模块，用于根据所述拥塞窗口期望分配比例与拥塞窗口实际分配比例差值，确定第二拥塞窗口增量，结合基于LIA算法得到的第一拥塞窗口增量，对当前拥塞窗口值进行更新，将更新后的拥塞窗口值用于下次数据传输。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述基于能效的MPTCP拥塞控制方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述基于能效的MPTCP拥塞控制方法的步骤。
CN201910423304.1A 2019-05-21 2019-05-21 基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置 Expired - Fee Related CN110166374B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910423304.1A CN110166374B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910423304.1A CN110166374B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110166374A true CN110166374A (zh) 2019-08-23
CN110166374B CN110166374B (zh) 2021-01-22

Family

ID=67631581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910423304.1A Expired - Fee Related CN110166374B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110166374B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108965150A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 广东电网有限责任公司 具有直接加速框架的数据传输***
CN110662256A (zh) * 2019-09-18 2020-01-07 北京交通大学 多路径跨协议传输的数据包调度方法及***
CN111200557A (zh) * 2019-11-22 2020-05-26 华为技术有限公司 一种连接建立方法及终端设备
CN114039922A (zh) * 2021-11-22 2022-02-11 中国通信建设集团有限公司河南省通信服务分公司 基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法及***
CN115037672A (zh) * 2022-04-28 2022-09-09 北京邮电大学 多路径拥塞控制方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102970716A (zh) * 2012-12-17 2013-03-13 中国科学技术大学 一种实际功耗模型下能量效率最优的传输方法
CN106160953A (zh) * 2016-07-06 2016-11-23 四川大学 一种基于学习型能效模型的传输方法
US20170127325A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-04 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Method and apparatus for controlling selection of the solution for wlan and unlicensed spectrum usage

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102970716A (zh) * 2012-12-17 2013-03-13 中国科学技术大学 一种实际功耗模型下能量效率最优的传输方法
US20170127325A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-04 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Method and apparatus for controlling selection of the solution for wlan and unlicensed spectrum usage
CN106160953A (zh) * 2016-07-06 2016-11-23 四川大学 一种基于学习型能效模型的传输方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGLIN LI ET AL.: ""Delay-Based Congestion Control for Multipath TCP in Heterogeneous Wireless Networks"", 《2019 IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS AND NETWORKING CONFERENCE WORKSHOP (WCNCW)》 *
WEI WANG ET AL.: ""Energy Efficient Congestion Control for Multipath TCP in Heterogeneous Networks"", 《IEEE》 *
YEON-SUP LIM ET AL.: ""Improving Energy Efficiency of MPTCP for Mobile Device"", 《HTTP://CITESEERX.IST.PSU.EDU/VIEWDOC/DOWNLOAD?DOI=10.1.1.748.254&REP=REP1&TYPE=PDF》 *
王莹 等: ""5G多接入网络TCP研究与展望"", 《北京邮电大学学报》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108965150A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 广东电网有限责任公司 具有直接加速框架的数据传输***
CN108965150B (zh) * 2018-07-27 2021-11-16 广东电网有限责任公司 具有直接加速框架的数据传输***
CN110662256A (zh) * 2019-09-18 2020-01-07 北京交通大学 多路径跨协议传输的数据包调度方法及***
CN111200557A (zh) * 2019-11-22 2020-05-26 华为技术有限公司 一种连接建立方法及终端设备
WO2021098533A1 (zh) * 2019-11-22 2021-05-27 荣耀终端有限公司 一种连接建立方法及终端设备
CN111200557B (zh) * 2019-11-22 2021-08-10 荣耀终端有限公司 一种连接建立方法及终端设备
CN114039922A (zh) * 2021-11-22 2022-02-11 中国通信建设集团有限公司河南省通信服务分公司 基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法及***
CN114039922B (zh) * 2021-11-22 2024-03-12 中国通信建设集团有限公司河南省通信服务分公司 基于路径拥塞度灰色预测的拥塞控制方法及***
CN115037672A (zh) * 2022-04-28 2022-09-09 北京邮电大学 多路径拥塞控制方法及装置
CN115037672B (zh) * 2022-04-28 2023-07-18 北京邮电大学 多路径拥塞控制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110166374B (zh) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110166374A (zh) 基于能效的mptcp拥塞控制方法及装置
US7336608B2 (en) Method for adjusting a transmission rate to obtain the optimum transmission rate in a mobile ad hoc network environment
CN106160953B (zh) 一种基于学习型能效模型的传输方法
CN102468941B (zh) 网络丢包处理方法及装置
CN104994036B (zh) 一种多路径传输协议中的动态数据调度方法
US8811379B2 (en) Control apparatus and control method
US8559358B2 (en) Methods and devices for balancing the load on access points in wireless local area networks
Li et al. Buffer sizing for 802.11-based networks
CN107171969A (zh) 一种数据传输方法、装置及***
CN110572333B (zh) 一种带宽探测阶段的发送速率调整方法及拥塞控制算法的实现方法
US20030063564A1 (en) Quality of service management for multiple connections within a network communication system
US8369216B2 (en) System and method of monitoring packets in flight for optimizing packet traffic in a network
KR20120089467A (ko) 네트워크 통신 품질 및 트래픽의 실시간 분석에 기반한 개선된 데이터 전달
CN109660376A (zh) 一种虚拟网络映射方法、设备和存储介质
CN105897506A (zh) 一种带宽估计方法及装置
Karmakar et al. SmartLA: Reinforcement learning-based link adaptation for high throughput wireless access networks
CN105376157A (zh) 一种路由路径选择的方法和装置
CN104320809A (zh) 基于rtt的无线多跳网络拥塞控制方法及***
CN110351771A (zh) 提高网络吞吐率的方法、装置、***、设备和介质
US7733777B1 (en) Adaptive rate allocation for multiple TCP sources in wireless networks
CN112148482A (zh) 一种基于结合负载均衡的边缘计算任务调度方法
CN104936224B (zh) Wlan中具有双频段ap的能效分流方法
CN102202344B (zh) 无线Mesh网中基于博弈论的跨层拥塞控制方法
Li et al. Delay-based congestion control for multipath TCP in heterogeneous wireless networks
WO2014187126A1 (zh) 基于不同QoS的业务卸载方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210122

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee