- 相關(guān)推薦
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的論文
摘要：在計算機技術(shù)與通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，無(wú)線(xiàn)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(hù)喜歡在移動(dòng)設備上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信和多媒體應用。筆者提出了一種基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式的自適應無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)分析不同路徑的可用寬帶大小，來(lái)調配當前路徑能夠發(fā)送的分組數量，并據此進(jìn)行對應的路徑管理和分配。能夠對網(wǎng)絡(luò )情況進(jìn)行分析，動(dòng)態(tài)適應實(shí)時(shí)寬帶變化，利用該技術(shù)能夠提高傳輸速率、增加網(wǎng)絡(luò )吞吐量、提高網(wǎng)絡(luò )利用率、提高系統的可靠性和穩定性。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；自適應；路徑管理；可用帶寬
1引言
在計算機技術(shù)與通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，無(wú)線(xiàn)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(hù)喜歡在移動(dòng)設備上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信和多媒體應用，因此，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也受到了國內外研究人員的廣泛關(guān)注[1]。在當前這種動(dòng)態(tài)變化的多種網(wǎng)絡(luò )構成的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中，采用何種方式為用戶(hù)提供高質(zhì)量、穩定度高、連續的業(yè)務(wù)是需要考慮的一個(gè)重大問(wèn)題[2]。在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)中加入自適應技術(shù)，更能夠根據網(wǎng)絡(luò )的情況和用戶(hù)的實(shí)際需求調整業(yè)務(wù)質(zhì)量，為用戶(hù)提供更好的通信服務(wù)。
2多路并行傳輸技術(shù)
傳統的單路無(wú)線(xiàn)通信方式已無(wú)法滿(mǎn)足當前人們在視頻應用方面的需求，同時(shí)由于現在的終端設備一般都采用多種網(wǎng)絡(luò )接口，如3G、4G、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等，利用多路并行傳輸技術(shù)，將通信數據進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸成為了一種必然趨勢[3]。采用多路并行傳輸技術(shù)，不僅能夠提高傳輸速率、增加網(wǎng)絡(luò )吞吐量、提高網(wǎng)絡(luò )利用率，同時(shí)還能夠提高系統的可靠性和穩定性。
2.1多路并行傳輸協(xié)議MPTCP
MPTCP協(xié)議是TCP協(xié)議的擴展協(xié)議[4]，能夠支持多路并行傳輸、增加網(wǎng)絡(luò )吞吐量、提高網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行具體管理，例如創(chuàng )建、修改和刪除子流。該協(xié)議采用的調度算法是RoundRobin輪詢(xún)機制[6]。MPTCP協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是沒(méi)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(xié)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(gè)單位時(shí)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(shí)刻能夠為所需業(yè)務(wù)提供低于其他業(yè)務(wù)速率的最大傳輸速率[8]。由此可見(jiàn)，路徑帶寬和網(wǎng)絡(luò )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(shí)間有關(guān)，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(wǎng)絡(luò )結構，提出了一種基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式的自適應無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)分析不同路徑的可用寬帶大小，來(lái)調配當前路徑能夠發(fā)送的分組數量，并據此進(jìn)行對應的路徑管理和分配。能夠對網(wǎng)絡(luò )情況進(jìn)行分析，動(dòng)態(tài)適應實(shí)時(shí)寬帶變化，利用該技術(shù)能夠提高傳輸速率、增加網(wǎng)絡(luò )吞吐量、提高網(wǎng)絡(luò )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(wù)器包含了三個(gè)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(gè)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(gè)路徑的流量信息和寬帶大小進(jìn)行監控。流量管理模塊能夠動(dòng)態(tài)管理子流，根據可用寬帶的大小和限制額度來(lái)對子流進(jìn)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(jìn)行分組，然后為每個(gè)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(jìn)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(shí)間。本文研究的自適應無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)主要涉及發(fā)送端的子流管理和接收端的排序接受方面。
3.2發(fā)送端子流管理和分組調度
�。�1）子流管理作用。發(fā)送端能夠根據路徑情況進(jìn)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(jìn)行傳輸，采用可用帶寬來(lái)評定該路徑是否能夠傳輸。假定每個(gè)子流路徑的可用寬帶為Bi，帶寬上限和下限門(mén)限分別為Bh和Bl。Bh代表的是一路傳輸視頻不會(huì )產(chǎn)生丟包的閾值。當該路徑的可用帶寬Bi大于Bh時(shí)，就能夠將這條路徑歸為可用路徑，同時(shí)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(mǎn)足多路并行傳輸的需求。Bl表征的是某一條路徑在滿(mǎn)足傳輸需求時(shí)丟包率低于1%。當該路徑的可用帶寬Bi小于Bl時(shí)，表示該路徑無(wú)法滿(mǎn)足傳輸數據的需求，丟包率較高，也就是說(shuō)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(shí)間內發(fā)送端發(fā)送的分組個(gè)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(shí)為了能夠根據帶寬情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計，需要采集不同時(shí)間的多個(gè)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(jìn)行同時(shí)傳輸時(shí)，能夠選取可用路徑集中的若干條路徑并行傳輸數據，同時(shí)需要根據各個(gè)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(shí)，將為其分配較多的分組數，同理當可用帶寬較小時(shí)，分組數降低，保證傳輸過(guò)程中各個(gè)路徑的負載均衡，使得整個(gè)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(jìn)行發(fā)送，每次發(fā)送的數據量恒定為N，并且設定每個(gè)分組的長(cháng)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(jìn)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(gè)路徑的N個(gè)分組都需要n輪調度，在每一輪調度的過(guò)程中都分配了1rskksMN個(gè)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(xún)調度的方式，能夠很大程度上提高接收端進(jìn)行排序的效率。根據每輪發(fā)送的分組數量Mk，可以得到路徑s的第j輪發(fā)送的分組個(gè)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(fā)送窗口大小。而且如果其中一條路徑?jīng)]有按照規定時(shí)間接收到其中某一個(gè)分組的確認ACK消息時(shí)，就會(huì )對當前可用的路徑進(jìn)行輪詢(xún)操作，當某個(gè)發(fā)送窗口沒(méi)有數據時(shí)，就會(huì )優(yōu)先分配該分組，將其分配到緩沖區域進(jìn)行發(fā)送處理。如果發(fā)送窗口不為空，就會(huì )對當前各個(gè)路徑的rtt值進(jìn)行比較，將這個(gè)分組分配到rtt值最小的傳輸線(xiàn)路上，采用這種方式就能夠在最短時(shí)間內將需要重新發(fā)送的分組，利用延時(shí)最小的路徑進(jìn)行發(fā)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(huì )將這一輪詢(xún)的分組刪除，然后進(jìn)行下一輪的調度過(guò)程。
3.3接收端緩存開(kāi)銷(xiāo)與流量控制
�。�1）緩沖開(kāi)銷(xiāo)作用。接收端能夠利用緩沖隊列使得已發(fā)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(huì )盡可能提高傳輸速率，但是在實(shí)際過(guò)程中，一旦發(fā)送端的發(fā)送速率過(guò)快，接收端就無(wú)法及時(shí)接收數據，這就使得分組丟失。當某一條路徑產(chǎn)生分組丟失現象時(shí)，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(jìn)行交付。如果發(fā)送端的速率一直居高不下，就會(huì )使得分組丟失過(guò)多，大量積壓在接收端的緩存當中。這時(shí)就需要通過(guò)流量控制來(lái)保障分組發(fā)送的數據不超過(guò)一定限度。以往采用最多的TCP協(xié)議是利用滑動(dòng)窗口的機制控制流量，其機理就是使得發(fā)送方的發(fā)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(dòng)機制仍然存在隊頭堵塞和糊涂窗口的問(wèn)題。為了能夠使得流量控制更加符合實(shí)際需求，并解決TCP滑動(dòng)窗口機制現存的這些問(wèn)題，采用如下方法：當某條傳輸速率的接收緩存將要溢出時(shí)，即便分組是雜亂無(wú)章的，依舊向總接受隊列提交分組請求。并且在此時(shí)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(gè)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(shí)發(fā)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(yǔ)
本文提出了一種基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式的自適應無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)分析不同路徑的可用寬帶大小，來(lái)調配當前路徑能夠發(fā)送的分組數量，并據此進(jìn)行對應的路徑管理和分配。能夠對網(wǎng)絡(luò )情況進(jìn)行分析，動(dòng)態(tài)適應實(shí)時(shí)寬帶變化，利用該技術(shù)能夠提高傳輸速率、增加網(wǎng)絡(luò )吞吐量、提高網(wǎng)絡(luò )利用率，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式提供了可行的無(wú)線(xiàn)通信方式，能夠提高系統的可靠性和穩定性。
參考文獻
[1]李爭明.自適應流媒體傳輸方案研究及其應用[J].計算機工程,2005,32(12):226-228.
[2]H.Schulzrinne,S.Casner,R.Frederick,V.Jacobson.RTP:ATransportprotocolforreal-timeApplications.RFC-3550[Z].2003.
[3]P.Salnt-Andre.ExtensibleMessagingPresenceProtoCol(XMPP):AddressFormat[Z].2011.
[4]薛立宏,孟建庭,羅毅,等.IM類(lèi)應用對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的擁塞機制分析及應對策略[J].電信科學(xué),2011(7).
[5]于新.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中端到端視頻流業(yè)務(wù)的用戶(hù)體驗質(zhì)量預測及優(yōu)化技術(shù)[D].杭州:浙江大學(xué),2013.
【移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)通模式的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的論文】相關(guān)文章：
配網(wǎng)通信中的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究論文05-15
配網(wǎng)通信中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)探討論文（精選7篇）10-05
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的電子政務(wù)應用模式的論文10-11
關(guān)于移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合技術(shù)分析論文07-27
移動(dòng)網(wǎng)通信質(zhì)量檢測與優(yōu)化策略論文10-27
無(wú)線(xiàn)通信抗干擾技術(shù)探索論文08-11
無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)焦點(diǎn)與前景定位論文09-13
無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)處理技術(shù)研究論文10-12