多路径并行传输

多路径并行传输（精选三篇）

多路径并行传输 篇1

移动自组织网络 (MANET) [1]是由多个具有收发功能的移动终端组成的一个多跳的网络, 它不需要传统的无线网络需要固定的基础通信设施, 也没有控制节点, 抗毁灭性非常强, 适合于许多网络布线困难的环境。随着该类网络的发展, 像多媒体实时业务以及大流量的视频业务也开始在该类网络上应用, 然而移动自组织网络自身带宽以及延时方面的局限性也成为了也类业务发展的瓶颈, 本文将从多路径并发路由协议着手解决业务瓶颈。

2 AOMDV协议

A O M D V[2]是按需多路径距离矢量路由协议是在AODV单路径路由协议的基础上扩展的多路径路由协议, 因此保留了AODV的许多特性, 两者最主要的区别在于AOMDV在路由发现过程中是发现建立了多条可用的路径。因此AOMDV在移动自组织网络中有较强的适应性, 可扩展性好。

按需路由协议的主要特点是由源节点启动路由发现, 当源节点需要发送数据到另一节点时, 源节点就发送到目的节点的路由请求启动路由发现过程, 然后等待由目的节点发出的路由回复, 与单路径路由协议相比, 多路径路由协议在保持了较低的路由发现频率方面做的比较好, 可以有效的降低端到端的延迟和降低整个网络的开销, 按需多路径路由算法每次的路由发现过程都可以建立多条从源节点到目的节点的路径, 当这些路径都失效的时候才进行新的路由发现过程。AOMDV和别的多路径相比, 它不需要过高的节点协作机制, 从而降低了路由开销, 没有使用源路由策略, 而是通过分布式计算来确保多条可替换路径的不交叉。AOMDV尽可能的利用已经存在的可替换路径信息, 以AODV基础上的最小额外开销来寻找多条路径。基于AOMDV的特点和优势, 本文选定AOMDV作为改进的对象。

2 AOMDV路由改进及实现

2.1 改进思路

目前AOMDV路由协议仍有不足之处:第一, AOMDV路由协议中使用最短路径作为路径选择的依据, 但是在移动自组织网络中节点运动频繁, 网络拓扑变化快, 链路断链的可能性大大增加, 显然最短路径的稳定度不足, 路径断链的肯定性也增加了。第二, AOMDV使用一条路径作为主路径, 其他路径作为备用路径, 然而当主路径失效的时候, 才使用备用的路径, 但是在移动自组织网络的拓扑变化快, 可能当主路径失效后切换到备用路径时, 备用路径已经失效, 从而增加了端到端的时延。第三, AOMDV只使用一条主路径进行数据传输, 不能满足大数据量业务的需求。本文针对以上不足之处, 提出了AOMDV-SPC路由协议进行了以下两点改进:

(1) 在路径选择时, 选择路径稳定性高的路径进行数据传输, 可以降低数据转发期间路径中断的概率, 减小网络重建和修复开销、提高网络的性能。

(2) 提出了多条路径并行传输的数据传输机制, 充分利用网络资源, 并使用基于稳定度权值数据分组的流量分配机制, 提高传输效率和稳定度。

2.2 改进协议描述

2.2.1 算法模型

如图2.1所示, 图中两个节点A、B, RA、RB代表节点的无线覆盖范围, d代表节点间的距离, 根据图中的模型, 给出链路稳定因子LSF (Link Stability Factor) 的的定义,

假设两个节点的无线覆盖范围一样:

根据Two Ray Ground Reflection传播模型[3], 节点的接收功率与节点之间的距离成4次方衰减:

式中Pr为接收功率, Pt为发送功率, GtGr分别为发送方天线增益以及接收方的天线增益, hthr分别为发送和接收天线的高度, d为双方的距离。由于Gt、Gr、ht和hr是常量, 公式 (2.2) 则可以写为:

将上述公式代人公式2.1中可得:

则路径的稳定因子为PSF为路径中各条链路的稳定因子的最小值:

由式 (2.5) 可以知道PSF越大, 路径就越稳定。PSF是一个小于1大于0的小数。因此在路由发现过程中选择PSF大的几条路径作为数据传输的路径。

2.2.2 协议实现

AOMDV-SPC的路由发现过程是在AOMDV路由协议的基础上扩展的, 在RREQ、RREP分组以及路由表结构在加入路径稳定因子, 具体更改如表1~3。

加入当源节点需要发送数据给目的节点时:源节点查看自己的路由表中是否包含到达目的节点的路由, 如果有就根据路径稳定因子选择一组路径进行传输, 没有的话就启动路由发现过程, 在全网洪泛改进后的RREQ分组, 当某个节点i接收到RREQ分组时, 就根据分组来创建或更新到源节点的反向路由, 特别是会根据RREQ分组更新反向路由中的稳定因子, 节点i判断是否有道目的节点的有效路由, 如果存在就回复源节点RREP分组, 若不存在就判断节点是否收到过相同的RREQ分组, 若收到则不转发, 若未收到则继续广播稳定因子更新后的RREQ分组。当目的节点或还有到目的节点路径的中间节点收到RREQ分组时, 目的节点回复RREQ时, 路径稳定因子初始化为1, 如果是中间节点回复RREQ分组, 则分组的路径稳定因子为中间节点到目的节点路径的路径稳定因子。当节点收到RREP, 确定节点i时候是否有到目的节点的前向路由表项, 如果有这根据路由更新规则创建和更新前向路径并更新前向路径的路径稳定因子, 如果没有就创建路由表项并添加和更新前向路径并更新路径稳定因子。

3 数据发送及流量分配

在多路径并行传送数据时应该考虑如何将数据分组以合理的方式分配到不同的路径中去, 充分利用网络资源, 选择合理的数据颗粒度能够提高网络数据分组分发效率。本文采用基于每分组分配粒度方式[4]。

与AOMDV协议中采用的备用路由的数据发送方式不同, AOMDV-SPC协议采用的是不同路径上同时发送数据, 在AOMDV-SPC路由协议中主要分两种情况进行数据的发送:

当发送的是多种不同类型业务的时, AOMDV-SPC协议采用的是不同的传输路径发送不同的业务流量。

当发送的某一种业务流量很大时, 某一条链路不能够满足其业务需求时, AOMDV-SPC协议则使用不用路径同时发送该业务的流量。

当情况一时, 当数据分组从源节点的应用层传到路由层时, 协议根据分组中的IP头的ToS (type of service) 字段对分组进行分类, 我们可以把流量类型分为两类, 一类是尽力而为的数据业务, 另一类是对流量需求较大的实时业务。根据相关的多路径路由的文献[5,6], 多路径的数目不是越多越好, 因为随着路径的增加, 路由开销增加较大。本文中选取的是最大路径数目是3条。因此, 当源节点有分组需要发送时, 如果是实时业务分组, 则从路由列表中选择路径稳定因子较高的路径进行发送, 而尽力而为的数据业务则用路径稳定因子较小的路径进行发送。数据发送示意图如图1所示。

每条路径上需要分配多少数据流量, 主要根据数据流量的实际大小和业务类型。像数据量小的业务如果采用多路径传输就显得不合适了, 可以选择一条路径稳定度高的路径进行传输, 这样降低整个网络的路由开销, 提高路径的使用效率。由于小的数据流只使用一条路径传输而其他的链路就可以更多的传输其它的数据流, 从而提高网络利用率。

针对数据流量较大的业务, 将一个很大的数据流量分成小块, 然后再分配到多条路径上进行传输, 可以明显的降低端到端的延时, 增加网络的吞吐量。我们需要确定每条路径需要分配多少的流量。

本文采用路径稳定度权值分配流量, 同时需要避免稳定度大的路径分配流量过大, 稳定度小的路径分配流量过小, 下面给出了每条路径流量分配的公式, fk为路径k上的流量, F为总流量:

4 仿真结果及分析

4.1 仿真模型

本文模拟环境采用自由空间移动模型, 网络节点随机分布在1000*1000的矩形范围内。所有节点的无线传输半径为250m, 网络中的路由请求和相应的目的节点随机产生, 各节点发送缓存长度为50个分组, 每个分组是512字节的长度, 实验使用CBR (Constants Bit Rate) 流作为数据源, 使用IEEE802.11的DCF作为媒体接入控制协议, 通过暂停时间 (pause time) 来设定网络的移动性, 节点的移动速度为2-20 m/s。点的移动性模型采用无序的waypoint模型, 这个移动性模型中, 节点从物理位置中随机地选择一个节点作为目的地。以一个介于最大速度和最小速度之间的均匀速度向目标节点移动, 到达目的节点后, 暂停一定时间后继续运动。以此来观察不同的移动性对于协议性能的影响。在模拟中, 业务流量模式采用公认的固定比特流 (CBR) 模式。

4.2 仿真结果

图2~4中分别给出了改进后协议AOMDV-SPC在不同数据发送速率时吞吐量、端到端延时以及分组到达率, 从图中可以看出改进后协议AOMDV-SPC在CBR不断增加过程中, 吞吐量一直高于AOMDV、AODV, 端到端延时一直低于AOMDV、AODV, 分组到达率一直高于AOMDV、AODV, 这是由于AOMDV-SPC协议中源节点到目的节点采用的是3条路径并行传输方式, 在带宽方面充分保证了数据传输, 充分利用了网络传输资源, 降低了某些路径的拥塞程度, 提高了吞吐量, 降低了端到端延时, 而AODV和AOMDV协议都是使用一条路径进行数据传输, 限制了数据传输速度, 而且AOMDV-SPC在路由选择上使用的路径是稳定因子较高的路径, 降低了链路断裂的几率, 因此就提高吞吐量, 及分组到达率, 降低了延时。

5 结语

仿真结果显示, AOMDV-SPC在一定程度上增加了路由控制包数量, 来提高网络的吞吐量, 时延以及分组到达率的性能, 使得AOMDV-SPC能够在一定程度上满足移动Ad hoc网络的多媒体实时业务以及大流量传输要求。

参考文献

[1]郑少仁, 王海涛, 赵志峰等.Ad hoc网络技术[M].北京:人民邮电出版社, 2005:1-13.

[2]毛靖添.Ad Hoc网络按需多径路由协议的研究[D].哈尔滨工程大学.2007.

[3]Illya Stepanov, Kurt Rothermel.On the impact of a more realistic physical layer on MANET simulations results.Ad Hoc Networks.2006.6 (1) .61-78.

[4]杨俊丽, 刘明等.基于相关因子的节点不相交的ad hoc多路径路由算法[J].小型微型计算机系统, 2006, 27 (9) :1669-1672

[5]Li Li, Ramjee, R., Buddhikot M., Miller, S..Network Coding-Based Broadcast in Mobile Ad-hoc Networks.IEEE.INFOCOM 2007.26th IEEE International Conference on Computer Communications.2007.1739-1747.

多接入无线公网并行传输方法研究 篇2

1 无线公网的概况

1.1 无线公网的通信特征

我国无线网络通信技术的不断成熟, 使得GPRS (General Packet Radio Service) 成为无线公网的主要形式。由于GPRS具有成本费用较低且安装简单、效率高、功能强等优点, 因此采用GPRS无线公网的形式不仅能够极大地提高通信网络设备的覆盖面积和信息传输效率, 而且还具有良好的信息传输稳定性和较低的信息传输成本。可见, GPRS无线公网通信在技术和经济方面都具有很大的优势, 因此特别是在我国的一些偏远地区, GPRS无线公网的应用都能给当地的通信带来极大地便利。

1.2 无线公网的安全问题

公网的通信安全是整个电力信息事业发展的重心和关键, 只有做好相关的安全工作, 才能使无线公网事业得以健康可持续发展。但目前由于我国网络技术的限制, 因此使得无线公网存在以下三个方面的质量安全问题:

(1) 由于无线公网的主站和子站系统之间缺乏身份验证和数据密码加密等操作步骤, 因此导致无线公网在数据传输过程中, 难免会存在外部网络对子站的攻击现象。

(2) 由于子站是以IP或是TCP方式直接连入公网系统中, 使外网极容易通过进入主站后访问调度数据网, 从而获取子站的相关信息资料。

(3) 在获取不同主站的网络信息资料时, 由于无线公网的防护措施不够, 因此使主站系统的信息资料没有做好相关的安全保护工作。

2 多接入无线公网并行传输的方法

2.1 多接入无线公网并行传输的主要方式

GPRS作为一种新型的网络技术, 在无线公网的传输中最主要的传输方式。GPRS无线公网的广泛应用, 使得我国当前的无线分组包换工程项目得以实现, 从而既满足了用户在多种状态下对网络信息数据资料的要求, 又可以使各个企业能够有效利用GPRS的多接入无线公网传输功能, 从而实现数据资料的采集和分析功能。GPRS无线公网并行传输的方式, 在很大程度上有效实现偏远地区或是电力信号异常的地区, 能够通过电话网络和网络技术, 如卫星电话等, 从而获取相关的信息资料。

此外, 我国目前的无线接入的选择算法中, 基本上是根据无线链路的质量状况来选择不同的接入流。因此, 为了获取更多的无线路径, 进而提高信息获取的效率和质量。在无线公网传输项目建设中, 应综合考虑整个无线接入时的拥塞程度, 从而有效避免整个网络通信的拥堵现象, 促使我国网络通信事业的顺利发展。

2.2 多接入无线公网并行传输安全网关

针对我国电力二次系统安全防护的总体要求, 安全网关使整个信息服务处于安全防护的系统装备中。它主要通过防火墙、信息数据密码加密等一些安全技术方法, 使远程接入设备的用户需要进行身份认证, 从而可以极大地提高整个无线公网的信息安全防护管理。

目前, 我国使用较普遍的GPRS安全网关在各个系统中都得到了广泛地应用。GPRS安全网关可以满足厂站电力调度远东通信发生异常时, 通过应急通道系统从而使整个电网设备系统处于正常运行状态。此外, 它还可以使厂站基建中的通信网络设备不充分时, 通过临时通道, 从而可以加快相应设备的调试速度和效率。可见, GPRS安全网关在很大程度上, 可以实现信息数据传输的安全运行。

3 加快无线公网并行传输的建议

通信技术的不断快速发展, 使得我国无线公网的应用越来越普遍。但在无线公网建设并行传输事业的不断发展中, 还应不断完善和健全整个系统的有效性。加快无线公网并行传输发展中还应注意以下两个方面的内容:

3.1 信息资料的安全保密性

安全保密性是整个无线公网发展的关键, 但由于我国网络通信一般都是要进入计算机网络设备, 因此其安全问题更是不容忽视。在具体安全防护措施中, 可以通过加密或是进行一系列的身份验证, 从而可以确保整个信息资料的安全保密工作有效完成。

3.2 资料传输的稳定、时效性

在无线公网并行传输的发展中, 应特别注重信息传输的畅通无阻, 尽量减少因其他因素造成的信息道路堵塞现象, 从而使整个无线公网的信息处于稳定和高校传输状态。

4 结束语

社会科技的不断发展, 使得通信技术在我国社会主义建设中具有相当重要的地位和作用。GPRS无线公网的并行传输模式因具有时效性、稳定性和覆盖面积广等优点, 因此成为我国无线公网的主要发展模式。但无线公网的发展还需相关人员不断提高无线公网传输的技术, 使其具有良好的安全保密性、稳定性和时效性, 才能不断适应社会的发展。

参考文献

[1]蔡国炎.基于无线公网广播级视音频传输系统的设计[J].电视技术, 2012 (16) .

[2]蔡国炎.基于负载均衡的多接入无线公网并行传输方法[J].浙江传媒学院学报, 2012 (4) .

基于覆盖网络的多路径数据传输系统 篇3

随着Internet使用的日益频繁, 大量与互联网相关的应用对网络中数据传输的质量提出了更高的要求。在其中, 数据传输的可靠性及传输效率尤为重要。然而, 由于Internet的核心设计理念是“尽力而为”的转发数据包策略, 因此造成了Internet中现存的众多不可靠因素, 如网络拥塞, 链路故障等。另一方面, 网络中虽然存在大量的冗余路径, 但是当前的路由协议仅仅将这些冗余的路径当做备份, 并不能在当前传输路径失效时对其快速启用。文献[1]通过收集大量真实网络中的数据, 从延时、丢包率、带宽等传输性能参数出发, 对比了默认路径和经过中间节点转发的替代路径, 得出结论:

( 1) 对于当前默认路径, 在30% ~ 80% 的情况下, 存在至少一条替代路径能够显著提高传输性能。因此, 如何有效地利用网络中路径的多样性[2], 以提高服务的效率及可靠性, 也是网络终端多宿化[3]趋势下需要研究的问题。

( 2) RON[4]网络架构周期性检测覆盖网络节点之间的链路状况和性能, 在底层网络链路遭遇网络故障的时候, 通过中间节点, 绕开故障路径。RON的测量结果表明, 在大多数情况下, 只需要至多一跳中间节点表明能够恢复60% ~100% 的Internet链路故障, 平均恢复时间是18s, 而互联网所需要的恢复时间一般长达几分钟。

( 3) Detour[5]从路由和传输两个层面分析了互联网存在的一些性能问题, 认为可以通过建立共享延时、丢包率、可用带宽等信息的路由节点覆盖网络来改善这些问题。

( 4) 在MON[6]体系中, 中转节点被部署于网络的关键位置; 每一个节点与多个网络服务提供商 ( Internet Service Provider, ISP) 互联; 在数据包到达的时候, 可以根据预设的策略选择为数据包选择最优的转发路径。

( 5) 通过Qo S感知的覆盖路由网络QRON[7]在每一个域部署多个代理节点, 并修改协议栈在传输层和应用层之间增加一个覆盖网服务层, 为上层网络应用提供Qo S支持。QRON在一条路径发生异常时, 使用MSDP ( Modified Shortest - Distance Path) 或者PBSP ( Proportional Bandwidth Shortest Path) 算法选择备用路径。

另外一些研究也改进了TCP传输协议。比如, p TCP[8]允许同时使用多条固定的路径传输数据以提高端到端吞吐量率; m TCP[9]使用RON作为底层网络, 通过多条路径并发传输数据, 实现拥塞控制机制[10]以增加协议友好性。

为解决这一问题, 本文设计并实现了一种基于覆盖网络的多路径数据传输系统。通过在Internet的不同位置部署用于转发数据的中转服务器, 形成分布式的中转服务器覆盖网络。对于使用该方法的每一个连接, 该方法在传输数据的双方之间建立多条并发的传输通道, 每一个传输通道通过覆盖网中的路由形成一条覆盖网路径。每一个连接可以包含唯一一个特殊的传输通道, 该通道直接在发送端和接收端之间传输数据。当其中某条链路出现故障时, 则迅速将其替换为经过另一中转服务器的相应路径, 从而达到规避链路故障, 提高文件传输速率的目的。而为了进一步提高大文件传输的效率, 本文提出了一种基于可用带宽测量的中转服务器选择策略, 通过选择与发送端间具有较大可用带宽值的服务器作为该次传输的中转服务器, 使得大文件获得更高的传输速率。

2 系统模型

对基于覆盖网络的多路径数据传输系统进行数学建模研究。

如图1所示, 定义数据发送端为源节点, 数据的接收端为汇节点, 正在进行数据传输的这对发送端及接收端为一个连接, 数据传输为单向传输。一个连接包含多路网络流, 每一路网络流利用一条不同的覆盖网络路径进行数据传输, 所需要传输的数据是无限的。前人的研究表明, 覆盖网传输路径只使用一个中转节点就能明显提升传输效果, 而使用多于一跳的中转节点对进一步提高路径的传输性能作用有限[11], 因此, 模型假设每一路网络流至多包含一跳中转节点。

设V为覆盖网络的节点集合, S为源节点集合, D为汇节点集合, R为中转节点集合, E为单向逻辑链路集合, c为定义在E上的非负链路容量函数。因此, 覆盖网络N可表示为N = ( V, S, D, R, E, c) 。而V, S, D, R满足条件:

实际网络中, 一个节点可能身兼多种身份 ( 源节点、汇节点、中转节点) , 但是, 在模型中, 每一个节点只有一个身份, 实际网络多重身份的节点的每一个身份都对应一个节点。故S, D, R满足:

设V'为物理网络的节点集合, E'为单向物理链路的集合, c'为定义在E'上的非负链路容量函数。那么, 物理网络可以表示为M = ( V', S, D, R, E', c') 。覆盖网络上的每一个逻辑链路e = ( a, b) ∈E都对应了物理网络上的一条物理路径。

网络中所有连接的集合为A。一个连接a = ( s, d) ∈A, s∈S, d∈D, 其网络流集合为T ( a) , 期望获得的应用层传输速率为ma, 实际传输速率为xa。网络中所有数据流的集合为F, f∈F的实际传输速率为xf, 其中每一路网络流用效益函数U ( xf) 进行评估。那么, 多路径数据传输系统的总效益可以描述为:

其中, G ( e) 表示经过E'的网络流的集合。而xf则表示每条物理链路中网络流需满足的容量限制。

在经过覆盖网络的直接传输模式下, 特定路径的实际传输速率为xd, 其网络效益函数描述为U ( xd) 。因此, 本多路径数据传输系统所带来的效益增幅Vx为:

3 系统结构及实现

基于覆盖网络的多路径数据传输系统的架构如图2所示:

该系统架构由2个平面组成, 分别为控制平面和数据平面。其中, 控制平面负责维护中转服务器信息, 向客户端提供中转服务器信息等功能; 数据平面则负责为客户端中的发送端及接收端通过覆盖网络中的中转服务器并行地建立多个连接并完成数据的发送。

在该系统中共有3种角色, 分别为: 索引服务器, 中转服务器和客户端。其功能分别为:

索引服务器: 维护系统内中转服务器信息, 当收到客户端请求时, 向其返回所需的中转服务器列表。

中转服务器: 网络流的中转节点。在控制平面上, 向索引服务器注册, 并定期更新状态信息; 在数据平面上, 中转客户端的数据。其位于互联网的关键路径上。

客户端: 即实际数据传输的发送端和接受端, 负责发送和接受文件数据。

一个典型的数据传输流程为

( 1) 接收端向索引服务器发出接收文件请求。

( 2) 索引服务器响应接收端的请求, 并返回给其所需的中转服务器列表, 同时将中转服务器列表发送至发送端。

( 3) 发送端与接收端通过所得的中转服务器列表与通过覆盖网络建立多个并行的数据传输连接。

( 4) 发送端通过覆盖网中的中转服务器向接收端传输文件数据。

( 5) 接收端接收文件成功并通过中转服务器向发送端返回接收完毕的确认信息。

( 6) 关闭发送端与中转服务器及中转服务器与接收端间的连接。

具体的, 在单次传输中, 发送端与接收端的数据传输方式如图3所示。

发送端首先计算待传输文件的大小并将其切割成若干个块, 对每个块进行编号。在其通过中转服务器与接收端建立连接成功后, 按编号依次在各个连接通道中传输处理后的文件块。其中, 对文件块的处理包括在发送包的头部添加文件名, 文件总大小, 文件块编号, 文件块的大小, 文件块的偏移, 文件块总数, 校验和等信息。每个通道中发送结束一个处理后的文件块后, 则等待由中转服务器返回的确认信息。收到确认信息后, 则传输处理后的下一个文件块。若超时未收到确认信息, 则重新传输该文件块, 若再次超时, 则关闭该连接, 同时从中转服务器列表中提取备用中转服务器信息并建立一个新的连接。

中转服务器首先与发送端间建立连接, 然后与接收端建立连接, 成功后向发送端发出确认信息, 开始等待接收文件数据。接收文件数据成功后直接将数据转发至接收端, 并等待接收端文件接收成功确认信号。若文件传送成功则向发送端发送确认信号, 并等待接收下一个文件数据块。

接收端首先与各中转服务器间建立连接。连接建立成功后开始等待文件数据块。当收到第一个文件块时, 读取其中头部, 对其进行解析, 创建新文件并为其预分配存储空间, 并将第一个块中的文件内容写入。然后向其对应的中转服务器发送确认信息, 并等待该中转服务器传输的下一个文件数据块。以后, 在并行建立的多个中转服务器通道中, 每成功接收到一个文件数据块, 都对其进行解析并将其写入接收端预分配文件空间的相应位置同时向相应中转服务器回复一个确认信号。当所有文件块全部接收成功后, 向中转服务器发出接收完成的确认信息。关闭中转服务器到接收端及发送端到中转服务器间的连接。

以发送端为例, 其工作流程如图4所示。

接收端工作过程与之类似, 只需在初始加入存储空间预分配操作, 再将图中文件的处理操作变为解析写入操作, 发送文件块变为接收文件块, 等待接收成功信号变为发送接收成功信号即可。

4 实验结果与分析

本文设计了基于linux操作系统的多路径数据传输系统, 并将其分别部署于发送端、中转服务器、索引服务器及接收端。实际测试在planetlab试验床上进行。

4. 1 随机模式的中转服务器选择策略

实验选用了大量的planetlab节点并根据其物理地址特性对应地将它们模拟为发送端, 接收端及覆盖网络中的中转服务器。测试结果表明, 虽然在不同的覆盖网络中, 获得最大传输速率所需的中转服务器数量不同, 但是, 在实测的各种模拟覆盖网络情形下, 文件传输速率都能提高50% 以上。在已经测试的20种模拟覆盖网络中, 有17种都能提升文件传输速率的100%以上。

选择表1中服务器作为发送端, 接收端及相应覆盖网中中转服务器为例进行说明。

为模拟覆盖网络, 发送端及接收端选自物理地址位于中国大陆的服务器, 而中转服务器选自物理地址位于美国的服务器。故整个数据传输路径在地理上为: 中国大陆→美国→中国大陆。其覆盖网络情形如图5所示。

同时, 指定发送端通过此模拟覆盖网络向接收端直接传输数据以获得比较测试的数据集。实际测量中, 进行了6组测试, 分别为: 直接传输模式, 多路径传输模式 ( 2台中转服务器) , 多路径传输模式 ( 3台中转服务器) ……多路径传输模式 ( 6台中转服务器) , 每组分别传输文件数据10次, 计算文件传输速率的平均值作为测量结果。实际测得, 直接传输模式下, 文件数据传输的平均速率为18. 35kb /s。在多路径传输模式下, 文件数据传输的平均速率与中转服务器数量的关系如图6所示。

由图6可以看出, 在此特定覆盖网络下, 获得最大文件数据传输速率所需的中转服务器数目为4, 此中转服务器数目下的文件数据平均传输速率为50. 90kbit/s。相比于直接传输模式, 数据传输速率提高了177. 38% 。对于不同的网络环境, 具有不同的最佳连接数, 当文件传输速率到达瓶颈带宽时, 增加并发中转服务器将不再具有增益效果。事实上, 多路径数据传输系统在端点吞吐量与链路瓶颈带宽间比值越大时效果越显著。

将本文所描述的多路径数据传输方式与SCTP传输中具有代表性的扩展方式CMT - SCTP[12]与RR SCTP[13]这两种多路径数据传输方式在此实验环境中进行了比较, 并设置端到端并行路径数目为4。三种方式的文件传输速率如图7所示。

由图7可以看出, 相比与CMT - SCTP与RR - SCTP多路径数据传输方式, 本文所设计的多路径数据传输系统能够获得更高的文件传输速率。在此网络环境下, 本文所设计的多路径数据传输系统相比于CMT SCTP多路径数据传输方式, 其文件传输速率提高了11. 23% , 而相比与RR - SCTP多路径数据传输方式, 其文件传输速率提高了33. 25% 。

4. 2 基于可用带宽测量的中转服务器选择策略

在上节实现的多路径数据传输系统中, 采取了随机选取中转服务器的策略。事实上, 如果中转服务器与发送端之间具有较高的可用带宽值, 则能够获得更大的文件上传速率, 从而, 能有效地提高文件传输的效率。为达到这一目的, 可以将文献[12]中的可用带宽测量工具的发送端及接收端程序分别部署在多路径数据传输系统的发送端及覆盖网中可用的服务器上, 从而测得发送端与中转服务器间的可用带宽值。然后, 选择与数据发送端间具有最大可用带宽值的覆盖网中的服务器作为此次传输的中转服务器。即:

实验在上述模拟覆盖网络中选取了80台服务器, 将其分成10组, 每组8台服务器。分别使用随机模式和基于可用带宽测量的中转服务器选择策略, 选取其中的4台服务器作为中转服务器。并比较在这两种模式下文件数据传输的平均速率值。实验结果如图8所示 ( 白色为基于可用带宽测量的中转服务器选择策略, 黑色为随机模式下的中转服务器选择策略) :

由图可以得出, 基于可用带宽测量的中转服务器选择策略在此覆盖网络中的文件数据平均传输速率为55. 70kbit / s; 而基于随机模式的中转服务器选择策略的文件数据平均传输速率为50. 63kbit/s。相比于基于随机模式的中转服务器选择策略, 基于可用带宽测量的中转服务器选择策略在此覆盖网络中将文件传输速率提高了10. 01% 。

在实际的测量中, 本改进方法适用于大文件传输或者较短时间内多次文件传输。这是因为相比于随机选择中转服务器进行传输, 本传输方式需要预先测量发送端与各中转服务器间的可用带宽值, 这一步骤所需时间与中转服务器列表的大小有关。另一方面, 链路可用带宽值并不是恒定的, 如果时间间隔较远, 则不适宜使用前一次的可用带宽测量值, 需要重新进行当前可用带宽值的测量。

5 结束语

为提高文件数据的传输速率及传输可靠性, 本文设计并实现了一种基于覆盖网络的多路径数据传输系统。通过设置数据发送端与数据接收端间覆盖网络中的服务器作为并行传输的中转服务器, 使得文件数据能以多路径并发进行的方式由发送端传送至接收端。同时, 提出了针对大文件传输的基于可用带宽测量的中转服务器选择策略。实验结果表明, 相比于传统的直传系统, 本数据传输系统较大地提高了文件传输的效率。由于实时数据无法被提前分片, 因此本文描述的数据传输系统并不适合实时数据传输, 下一步可以考虑借鉴MPTCP[13]实现对实时数据传输的支持。

摘要：针对当前Internet转发数据包模式导致的较多不确定因素这一问题, 实现了一种基于覆盖网络的多路径数据传输系统。通过在Internet的不同位置部署用于转发数据的中转服务器, 形成分布式的中转服务器覆盖网络, 使发送端能经由每一个独立的中转服务器并发地以多路径传输方式将待发送数据传送至接收端。实验结果表明, 与当前的直接传输的模式相比, 该系统能有效地提高文件传输效率。通过测量该系统的发送端与中转服务器之间的可用带宽值并应用于中转服务器的选择, 还能进一步提高大文件的传输效率。