基于SCTP的多路同时传输负载均衡和重传策略研究

论文摘要

随着Internet的发展,传输层单穴的端到端通信协议如TCP、UDP在传输性能、容错性和安全性等方面皆受到了极大的挑战。传输层多穴的端到端通信协议如基于SCTP的多路同时传输CMT （Concurrent Multipath Transfer）的出现大大提高了端到端吞吐量和网络资源利用率。随着CMT的广泛应用,如何构建高性能、高可伸缩和高可用的基于SCTP的CMT负载均衡机制,以满足不断出现的大型SCTP应用的需求正成为当前的研究热点。此外,由于数据重传的不可回避性及接收端缓存存在上限的事实,多路同时传输重传策略的优劣将直接影响到接收端缓存拥塞的程度,因此多路同时传输重传策略对于保障多路传输的性能具有重要的作用,对其研究也已成为该领域的重点课题。目前,对多路同时传输负载均衡和重传策略的研究存在如下问题：（1）标准SCTP基于关联的拥塞控制机制在支持多路同时传输负载均衡应用方面存在很大的局限性。此外,多路同时传输负载均衡必然面临数据包乱序和TCP友好性的问题；（2）现存的多路同时传输重传策略缺乏对网络参数的综合考虑,未能很好的处理“接收缓存拥塞”问题,该问题制约着多路同时传输端到端吞吐量的提高。本文对上述两个问题进行了深入的剖析,并提出了相应的解决方案：（1）针对多路同时传输负载均衡的问题,对SCTP协议进行了三个方面的扩展,即子路径拥塞控制机制、具有带宽意识的数据调度算法和共享瓶颈检测与恢复机制,提出了SCTP扩展协议子路径拥塞控制SCTP （SPCC-SCTP）,并通过仿真实验验证了所提出负载均衡机制的合理性和有效性,该机制提高了多路径传输的负载均衡能力；（2）针对现存的多路同时传输重传策略所存在的问题,通过对多路同时传输CMT重传机制进行修改,提出了基于综合参数的多路同时传输重传策略RTX-CSL （Retransmission-Congestion window and Slow start threshold and Lossrate）,并对该策略合理性和有效性进行了仿真实验验证,结果证明该策略一定程度地避免了接收端缓存拥塞问题。最后,对课题工作进行了总结,并对未来研究工作给予了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 SCTP研究动态
• 1.2.3 SCTP应用
• 1.3 本文研究内容和方法
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 基于SCTP的端到端多路同时传输
• 2.1 SCTP及其多穴特性
• 2.1.1 SCTP关联的概念
• 2.1.2 SCTP分组格式
• 2.1.3 多穴特性
• 2.1.4 SCTP与TCP及UDP的区别
• 2.2 SCTP拥塞控制机制
• 2.3 多路同时传输及其关键技术
• 2.3.1 多路同时传输
• 2.3.2 关键技术
• 2.4 小结
• 第3章 基于SCTP的端到端多路同时传输负载均衡
• 3.1 引言
• 3.2 相关工作
• 3.3 问题的提出
• 3.3.1 标准SCTP拥塞控制的限制
• 3.3.2 基于SCTP的负载均衡机制面临的问题
• 3.4 SPCC-SCTP方案的设计
• 3.4.1 方案的提出
• 3.4.2 方案的实现
• 3.5 仿真实验及结果分析
• 3.5.1 仿真拓扑和模拟场景
• 3.5.2 结果分析和性能评价
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于SCTP的端到端多路同时传输重传策略
• 4.1 引言
• 4.2 相关工作
• 4.3 问题的提出
• 4.4 基于综合参数的CMT重传策略RTX-CSL
• 4.4.1 方案的提出
• 4.4.2 方案的实现
• 4.5 仿真实验及结果分析
• 4.5.1 仿真拓扑结构
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的文章及科研情况