移動互聯網全網通模式的無線通信技術的論文
摘要：在計算機技術與通信技術飛速發展的今天，無線通信已成為人們日常生活中必不可少的一部分，更多的用戶喜歡在移動設備上進行無線通信和多媒體應用。筆者提出了一種基于移動互聯網全網通模式的自適應無線通信技術，該技術通過分析不同路徑的可用寬帶大小，來調配當前路徑能夠發送的分組數量，并據此進行對應的路徑管理和分配。能夠對網絡情況進行分析，動態適應實時寬帶變化，利用該技術能夠提高傳輸速率、增加網絡吞吐量、提高網絡利用率、提高系統的可靠性和穩定性。
關鍵詞：移動互聯網；自適應；路徑管理；可用帶寬
1引言
在計算機技術與通信技術飛速發展的今天，無線通信已成為了人們日常生活中必不可少的一部分，更多的用戶喜歡在移動設備上進行無線通信和多媒體應用，因此，基于移動互聯網全網通模式的無線通信技術也受到了國內外研究人員的廣泛關注[1]。在當前這種動態變化的多種網絡構成的無線環境中，采用何種方式為用戶提供高質量、穩定度高、連續的業務是需要考慮的一個重大問題[2]。在無線通信技術中加入自適應技術，更能夠根據網絡的情況和用戶的實際需求調整業務質量，為用戶提供更好的通信服務。
2多路并行傳輸技術
傳統的單路無線通信方式已無法滿足當前人們在視頻應用方面的需求，同時由于現在的終端設備一般都采用多種網絡接口，如3G、4G、無線網絡等，利用多路并行傳輸技術，將通信數據進行無線傳輸成為了一種必然趨勢[3]。采用多路并行傳輸技術，不僅能夠提高傳輸速率、增加網絡吞吐量、提高網絡利用率，同時還能夠提高系統的可靠性和穩定性。
2.1多路并行傳輸協議MPTCP
MPTCP協議是TCP協議的擴展協議[4]，能夠支持多路并行傳輸、增加網絡吞吐量、提高網絡利用率和可靠性。MPTCP使用了子流（Subflow）的概念，子流指的是源地址與目的地址之間的通信路徑。MPTCP能夠確定子流中的源地址和目的地址位置和端口號[5]，還能夠對子流進行具體管理，例如創建、修改和刪除子流。該協議采用的調度算法是RoundRobin輪詢機制[6]。MPTCP協議的優點是實現簡單，缺點就是沒有將多條路徑在不同方面的差異考慮在內[7]。因此，就需要具體改善該協議的分組調度、子流管理等方面內容。
2.2可用帶寬估計算法
路徑帶寬表征的是在當前路徑下每個單位時間內所能夠提供的最大傳輸速率，通常是將所有路徑中帶寬最小的路徑作為路徑帶寬。路徑的可用帶寬表示的是當前路徑在這一時刻能夠為所需業務提供低于其他業務速率的最大傳輸速率[8]。由此可見，路徑帶寬和網絡負載狀況直接影響該路徑的可用帶寬，并且可用帶寬的值與時間有關，因此，對可用帶寬的測量需要考慮多方面的因素[9]。
3基于MPTCP的多路并行傳輸系統結構
根據多路并行傳輸的網絡結構，提出了一種基于移動互聯網全網通模式的自適應無線通信技術，該技術通過分析不同路徑的可用寬帶大小，來調配當前路徑能夠發送的分組數量，并據此進行對應的路徑管理和分配。能夠對網絡情況進行分析，動態適應實時寬帶變化，利用該技術能夠提高傳輸速率、增加網絡吞吐量、提高網絡利用率[10]。
3.1基于可用帶寬估計的自適應調度算法
本文采用的算法結構如圖2所示。從圖2中可以看出流媒體服務器包含了三個主要模塊，分別為子流管理、分組調度和路徑監控。接收端的兩個模塊分別起到緩存管理和流量控制的作用。路徑狀況監測模塊能夠對各個路徑的流量信息和寬帶大小進行監控。流量管理模塊能夠動態管理子流，根據可用寬帶的大小和限制額度來對子流進行自適應調度。分組調度模塊能夠根據子流可用帶寬大小對其進行分組，然后為每個子流分配適當的分組數。接收端的緩存管理作用是對已收到的分組進行排序處理，然后根據排序調整輸出隊列的大小，流量控制的作用是控制子流輸出的流量和時間。本文研究的自適應無線通信技術主要涉及發送端的子流管理和接收端的排序接受方面。
3.2發送端子流管理和分組調度
（1）子流管理作用。發送端能夠根據路徑情況進行自適應調度，選擇最佳的傳輸路徑。在這里假設當前一共有k條子流路徑S1,S2,…,Sn，而這些路徑中只有一部分路徑能夠符合傳輸要求。首先需要做的就是先要確定哪些子流路徑能夠進行傳輸，采用可用帶寬來評定該路徑是否能夠傳輸。假定每個子流路徑的可用寬帶為Bi，帶寬上限和下限門限分別為Bh和Bl。Bh代表的是一路傳輸視頻不會產生丟包的閾值。當該路徑的可用帶寬Bi大于Bh時，就能夠將這條路徑歸為可用路徑，同時也不需要檢查剩余路徑的帶寬情況，并可以將剩余路徑從可用路徑集中移除，這樣就可以直接利用該路徑傳輸所需數據，剩余路徑可以用于傳輸其他數據。如果當前路徑的可用帶寬小于Bh但是大于Bi，代表該路徑能夠滿足多路并行傳輸的需求。Bl表征的是某一條路徑在滿足傳輸需求時丟包率低于1%。當該路徑的可用帶寬Bi小于Bl時，表示該路徑無法滿足傳輸數據的需求，丟包率較高，也就是說該路徑不應加入可用路徑中，或者應從可用路徑集中移除。根據上述規則可以得到可用路徑集P1,P2,…,Pr，對應的可用帶寬分別為B1,B2,…,Br。對于路徑可用帶寬的估計采用TCPWestwood算法，可以計算得到單位時間內發送端發送的分組個數，然后乘以分組的大小，就能夠得到最終的可用帶寬值。同時為了能夠根據帶寬情況進行動態估計，需要采集不同時間的多個帶寬值，最后計算得到的可用帶寬表示為Bi=a*Bi+(1-a)*Bi，其中a=0.875。（2）分組調度作用。當多路進行同時傳輸時，能夠選取可用路徑集中的若干條路徑并行傳輸數據，同時需要根據各個路徑的可用帶寬情況合理分配分組數，路徑的可用帶寬較大時，將為其分配較多的分組數，同理當可用帶寬較小時，分組數降低，保證傳輸過程中各個路徑的負載均衡，使得整個傳輸的丟包率和重傳率大大降低。在這里設定數據采用恒定不變的速率進行發送，每次發送的數據量恒定為N，并且設定每個分組的長度相同并且固定，第一步需要計算得到每條可用路徑帶寬之間的比值，并進行歸一化B1:B2…:Br=t1:t2…:tr，歸一化之后，可用帶寬比值之和為t1+t2+…tr=1。假設每個路徑的N個分組都需要n輪調度，在每一輪調度的過程中都分配了1rskksMN個分組，其中k=1,2,…,n，而且所有調度包含的分組數總和為N。調度利用均勻輪詢調度的方式，能夠很大程度上提高接收端進行排序的效率。根據每輪發送的分組數量Mk，可以得到路徑s的第j輪發送的分組個數，可以用下面的公式表示：1*1,2,,1,2,,sjsknssjkNtMknNNsr（1）在這里需要使得每輪調度的分組數低于發送窗口大小。而且如果其中一條路徑沒有按照規定時間接收到其中某一個分組的確認ACK消息時，就會對當前可用的路徑進行輪詢操作，當某個發送窗口沒有數據時，就會優先分配該分組，將其分配到緩沖區域進行發送處理。如果發送窗口不為空，就會對當前各個路徑的rtt值進行比較，將這個分組分配到rtt值最小的傳輸線路上，采用這種方式就能夠在最短時間內將需要重新發送的分組，利用延時最小的路徑進行發送，從而避免丟包，降低系統的緩存成本。當全部分組確認消息都已接收到之后，就會將這一輪詢的分組刪除，然后進行下一輪的調度過程。
3.3接收端緩存開銷與流量控制
（1）緩沖開銷作用。接收端能夠利用緩沖隊列使得已發送的分組能夠成功到達接收端的緩存部位，并且使得接收端的緩存盡可能小，從而能夠降低成本、節約傳輸資源。通常情況下，將接收端的緩存大小設定為BuffersSize=max2**iiBWrtt，其中BWi表示的是對應子流的帶寬，rttmax表示的是可用傳輸子流rtt中的最大值。（2）流量控制與分組交付。通常情況下，都會盡可能提高傳輸速率，但是在實際過程中，一旦發送端的發送速率過快，接收端就無法及時接收數據，這就使得分組丟失。當某一條路徑產生分組丟失現象時，采用并行多路傳輸的手段，其他路徑的數據就要等待該路徑重傳接收之后才能夠進行交付。如果發送端的速率一直居高不下，就會使得分組丟失過多，大量積壓在接收端的緩存當中。這時就需要通過流量控制來保障分組發送的數據不超過一定限度。以往采用最多的TCP協議是利用滑動窗口的機制控制流量，其機理就是使得發送方的發送窗口數低于接收方已設定的接收窗口數。但是采用TCP窗口滑動機制仍然存在隊頭堵塞和糊涂窗口的問題。為了能夠使得流量控制更加符合實際需求，并解決TCP滑動窗口機制現存的這些問題，采用如下方法：當某條傳輸速率的接收緩存將要溢出時，即便分組是雜亂無章的，依舊向總接受隊列提交分組請求。并且在此時將sack中的awnd設置為原緩存大小的β。在這里，采用平滑控制的方式，具體算法流程如下：算法流程1路徑s接收到分組seq2ifseq==nextExpSeq：3將該分組從路徑S的接收緩沖中放入接收隊列中4nextExpSeq=nextExpSeq+15elseifseq>nextExpSeq6ifls≥αLs7將該緩沖區中的δ個分組移至輸出隊列8awnd=(ls－Ls)*β9else：10將該分組放入路徑S的接收緩沖中11awnd=ls－Ls12endif13else：14丟棄當前分組15endif16必要時發送ack確認，包含awnd值其中seq表示分組隊列的序號，nextseq表示下一次分組隊列的序號，Ls表示總緩沖隊列，ls表示當前隊列的分組，接收端確認窗口的大小為awnd。
4結語
本文提出了一種基于移動互聯網全網通模式的自適應無線通信技術，該技術通過分析不同路徑的可用寬帶大小，來調配當前路徑能夠發送的分組數量，并據此進行對應的路徑管理和分配。能夠對網絡情況進行分析，動態適應實時寬帶變化，利用該技術能夠提高傳輸速率、增加網絡吞吐量、提高網絡利用率，為移動互聯網全網通模式提供了可行的無線通信方式，能夠提高系統的可靠性和穩定性。
參考文獻
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