Multipath TCP

MPTCP的定義

 

所謂MPTCP，即MultipaTH TCP（多路徑TCP），是指與傳統單路徑TCP相比，在傳輸數據時使用多條鏈接路徑去傳輸數據，以此來提高最大化資源利用率和增加冗余度。MP TCP是IETF（因特網工程項目組）正在標准化的一個工作。它作為傳統TCP的一個擴展，是由IETF在2013年1月發布的一個規范。具體可以參考rfc 6824.

MP tcp 的優勢

•1.明顯提高了吞吐量。與傳統TCP相比，由於mP tcp可以在兩個端點之間同步的發送數據，因此明顯提高了吞吐量。

•2.明顯提高了網絡垂直切換的速度。對於移動用戶來說，由於用戶可能移入或移出Wi-fi以及移動網絡，而mP tcp保持多種連接，因此 可以再多個網絡中快速垂直切換。

•3.在數據中心環境下，mP tcp也帶來了效益。與傳統Ethernet相比，它可以通過多個接口來平衡一個單tcp.

•4.mP tcp 是一個傳輸層協議。與sctp(流控制傳輸協議)相比，SCTp需要應用程序支持，並且在一些實事事件中，可能會被中間件阻塞。相反，mpTCP是一個傳輸層協議，不需要應用層修改。而且使用的傳統TCP數據包，現在大量的中間件都可以友好的支持。

•5.失敗連接時，更快速的反應。

 

MP TCP存在的問題

•1.MP TCP比傳統TCP耗能。這對移動用戶來說至關重要。

•2.ISPs(互聯網服務提供商)還沒有對終端用戶提供多播服務。

•3.協議部署上海存在許多挑戰。

•4.MP TCp是一種貪婪式傳播，這種貪婪方式對用戶來說，可能會帶來更大的消費。

•5.mp TCP 因為沒有考慮網絡延遲與網絡擁塞，可能不能充分利用帶寬，並且不能保證按序到達，可能導致需要提高接收緩沖區。

•6.MP TCp的擁塞控制，仍需改進。

•7.多播仍不能保證負載平衡。

Mp tcp中的關鍵詞

•1.路徑 ：發送者與接受者之間的一個連接序列

•2.子流 ：一個獨自的TCp連接，這些連接構成一個MP TCp連接，子流的開始與終止與一個常規的TCp連接相同。

•3.mp tcp :一個或者多個子流集合，通過它，兩個主機可以通訊。

•4.令牌 ：一個主機中的一個路徑中的一個獨一無二的局部標示符。實際上，就是一個連接ID。

MP TCP協議棧結構

MP TCp雖然與傳統TCP相比有許多優勢，然而卻比較耗能。基於此，論文<An Energy-aware Multipath-TCP-based Content Delivery Scheme in Heterogeneous Wireless Networks>提出了一種eMTCp算法，這種算法是在MP TCP上層的，因此無需修改基本MPTCP。實驗通過LTE和wifi來研究的。實驗結果，與單純使用MPTCP，減少了14%的能耗，與傳統TCP相比，增加了66%的吞吐量。

1.子流狀態檢測器(SISD)：不斷檢測wifi與LTE的狀態，狀態有兩種，接收狀態與空閑狀態。

2.卸載控制器：准備從LTE卸載到Wifi的流量。卸載量是根據LTE子流的擁塞窗口值和SISD的狀態決定的

 

基本的mp tcp是簡單的把數據分成多個快，然后隨機的選擇路徑進行數據傳輸。然而這種機制不能充分的利用帶寬，原因是：1.傳輸數據時沒有考慮網絡擁塞。例如，如果path 1存在擁塞，則就算2，4已經到達，接受者依然需要等待1,3,5的到來，這一定程度上降低了網絡的吞吐量，如果path2足夠通常，這反而降低了吞吐量；2.而且不能保證數據的按序到達，排序問題也成為了接收緩沖區的一個瓶頸問題 3.假如發送者數據足夠大，導致接收buffer滿，然而前面的數據塊還是沒有到達，這就要不得不擴大接收緩沖區

基於以上分析，《Improved Data Distribution for Multipath TCP Communication 》提出了一種ATLB方案：方案的核心思想是這樣的，在每個數據塊分發之前，通過評估隊列延遲與網絡路徑延遲，來選擇數據分發的路徑。由於每次都選擇最好的路徑分發數據，因此可以保證數據到達時基本有序。計算公式如下：

 

 

Score是路徑i的評估分數，q是發送者的傳送緩沖區的數據長度，srtt是平滑后的rtt，g是平滑后的吞吐量。

問題：

現實問題是，路徑質量是不可預測的，如果變化比較大，評估將會十分的困難。

 

α
(0 < α < 1 )是一個常量，TPUTj是TCP的吞吐量，它是每β毫秒不斷測量的。在ATLB中α與β的決定是由最近的每個路徑的吞吐量決定的。從長期來看，如果吞吐量是穩定的，應該選擇一個大一點的α，要不然應該小一點。
β應該為兩倍的RTT,以防快重傳的發生

•算法描述

   1.在LTE子流中檢測TBX

   2.如果檢測到，且stWiFi為空閑，則判斷SWiFiW是否大於0，是的話就從LTE子流中卸載一部分數據到WiFi中

   3.如果stWiFi不是空閑，則判斷SLTEW是否大於0，是的話，通過LTE發送數據

  4.否則，執行擁塞算法

 

參數含義：

1.SB-傳輸端緩沖區中沒被發出的數據

2.SWiFiW：WiFi的擁塞窗口大小

3.SLTEW：LTE擁塞窗口大小

4.S-從TCP接收緩沖區獲得的數據大小

5.stWiFi-當前WiFi狀態

6.Tbx-當LTE接口打算接收數據時的固定時間戳