Multipath TCP

MPTCP的定义

 

所谓MPTCP，即MultipaTH TCP（多路径TCP），是指与传统单路径TCP相比，在传输数据时使用多条链接路径去传输数据，以此来提高最大化资源利用率和增加冗余度。MP TCP是IETF（因特网工程项目组）正在标准化的一个工作。它作为传统TCP的一个扩展，是由IETF在2013年1月发布的一个规范。具体可以参考rfc 6824.

MP tcp 的优势

•1.明显提高了吞吐量。与传统TCP相比，由于mP tcp可以在两个端点之间同步的发送数据，因此明显提高了吞吐量。

•2.明显提高了网络垂直切换的速度。对于移动用户来说，由于用户可能移入或移出Wi-fi以及移动网络，而mP tcp保持多种连接，因此 可以再多个网络中快速垂直切换。

•3.在数据中心环境下，mP tcp也带来了效益。与传统Ethernet相比，它可以通过多个接口来平衡一个单tcp.

•4.mP tcp 是一个传输层协议。与sctp(流控制传输协议)相比，SCTp需要应用程序支持，并且在一些实事事件中，可能会被中间件阻塞。相反，mpTCP是一个传输层协议，不需要应用层修改。而且使用的传统TCP数据包，现在大量的中间件都可以友好的支持。

•5.失败连接时，更快速的反应。

 

MP TCP存在的问题

•1.MP TCP比传统TCP耗能。这对移动用户来说至关重要。

•2.ISPs(互联网服务提供商)还没有对终端用户提供多播服务。

•3.协议部署上海存在许多挑战。

•4.MP TCp是一种贪婪式传播，这种贪婪方式对用户来说，可能会带来更大的消费。

•5.mp TCP 因为没有考虑网络延迟与网络拥塞，可能不能充分利用带宽，并且不能保证按序到达，可能导致需要提高接收缓冲区。

•6.MP TCp的拥塞控制，仍需改进。

•7.多播仍不能保证负载平衡。

Mp tcp中的关键词

•1.路径 ：发送者与接受者之间的一个连接序列

•2.子流 ：一个独自的TCp连接，这些连接构成一个MP TCp连接，子流的开始与终止与一个常规的TCp连接相同。

•3.mp tcp :一个或者多个子流集合，通过它，两个主机可以通讯。

•4.令牌 ：一个主机中的一个路径中的一个独一无二的局部标示符。实际上，就是一个连接ID。

MP TCP协议栈结构

MP TCp虽然与传统TCP相比有许多优势，然而却比较耗能。基于此，论文<An Energy-aware Multipath-TCP-based Content Delivery Scheme in Heterogeneous Wireless Networks>提出了一种eMTCp算法，这种算法是在MP TCP上层的，因此无需修改基本MPTCP。实验通过LTE和wifi来研究的。实验结果，与单纯使用MPTCP，减少了14%的能耗，与传统TCP相比，增加了66%的吞吐量。

1.子流状态检测器(SISD)：不断检测wifi与LTE的状态，状态有两种，接收状态与空闲状态。

2.卸载控制器：准备从LTE卸载到Wifi的流量。卸载量是根据LTE子流的拥塞窗口值和SISD的状态决定的

 

基本的mp tcp是简单的把数据分成多个快，然后随机的选择路径进行数据传输。然而这种机制不能充分的利用带宽，原因是：1.传输数据时没有考虑网络拥塞。例如，如果path 1存在拥塞，则就算2，4已经到达，接受者依然需要等待1,3,5的到来，这一定程度上降低了网络的吞吐量，如果path2足够通常，这反而降低了吞吐量；2.而且不能保证数据的按序到达，排序问题也成为了接收缓冲区的一个瓶颈问题 3.假如发送者数据足够大，导致接收buffer满，然而前面的数据块还是没有到达，这就要不得不扩大接收缓冲区

基于以上分析，《Improved Data Distribution for Multipath TCP Communication 》提出了一种ATLB方案：方案的核心思想是这样的，在每个数据块分发之前，通过评估队列延迟与网络路径延迟，来选择数据分发的路径。由于每次都选择最好的路径分发数据，因此可以保证数据到达时基本有序。计算公式如下：

 

 

Score是路径i的评估分数，q是发送者的传送缓冲区的数据长度，srtt是平滑后的rtt，g是平滑后的吞吐量。

问题：

现实问题是，路径质量是不可预测的，如果变化比较大，评估将会十分的困难。

 

α
(0 < α < 1 )是一个常量，TPUTj是TCP的吞吐量，它是每β毫秒不断测量的。在ATLB中α与β的决定是由最近的每个路径的吞吐量决定的。从长期来看，如果吞吐量是稳定的，应该选择一个大一点的α，要不然应该小一点。
β应该为两倍的RTT,以防快重传的发生

•算法描述

   1.在LTE子流中检测TBX

   2.如果检测到，且stWiFi为空闲，则判断SWiFiW是否大于0，是的话就从LTE子流中卸载一部分数据到WiFi中

   3.如果stWiFi不是空闲，则判断SLTEW是否大于0，是的话，通过LTE发送数据

  4.否则，执行拥塞算法

 

参数含义：

1.SB-传输端缓冲区中没被发出的数据

2.SWiFiW：WiFi的拥塞窗口大小

3.SLTEW：LTE拥塞窗口大小

4.S-从TCP接收缓冲区获得的数据大小

5.stWiFi-当前WiFi状态

6.Tbx-当LTE接口打算接收数据时的固定时间戳