一种基于数据到达时间预估的多路径调度方法

本发明属于网络技术和通信，具体涉及一种基于数据到达时间预估的多路径调度方法。

背景技术：

1、在现代通信网络中，多路径传输技术被广泛应用于提高数据传输的带宽利用率和可靠性。典型的多路径传输协议包括mptcp(multipath tcp，mptcp)和mpquic(multipathquic)，这些协议允许数据流在多个路径上传输，以实现更高的吞吐量和更强的抗网络波动能力。

2、然而，在多路径传输过程中，由于不同路径的带宽、时延、丢包率等网络特性存在差异，数据包到达接收端的顺序可能与发送端的顺序不一致，即产生数据包乱序问题。数据包乱序会导致接收端缓存管理复杂化，增加重排序延迟，甚至触发不必要的重传，影响整体的传输性能。

3、现有的多路径调度算法主要可以分为基于最小时延、基于带宽比例、基于拥塞控制等类别。这些方法虽能在一定程度上优化数据包的传输路径选择，但在面对动态网络环境时，仍可能导致数据包乱序问题。例如，最小时延调度策略可能会在路径切换时引入显著的时延波动，而基于带宽比例的调度策略可能会在网络拥塞变化时难以保持稳定的包到达顺序。

4、研究者提出了若干多路径调度优化方案，旨在通过精细的数据包调度减少路径差异导致的数据包乱序，如daps根据拥塞窗口、发送中的报文数估算传输所用时间，尽可能使数据包按序到达；ecf利用路径的rtt、可用带宽以及可用的发送数据量，通过判断使用慢路径是否会导致更快路径变得空闲，以更有效地利用快速路径等。然而，这类调度策略在抖动的网络场景中并不能完全地发挥其效果。

5、为了解决上述问题，亟需一种能够有效根据数据到达时间预估进行多路径调度的方法，以提升传输系统的整体性能，减少接收端的重排序开销，提高数据传输的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、针对现有多路径传输技术中由于多路径时延、带宽等因素的差异导致的数据包乱序问题，本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提出了一种基于数据到达时间预估的多路径调度方法。

2、有鉴于此，本发明提出了一种基于数据到达时间预估的多路径调度方法，基于发送端侧的边缘路由器和接收端实现，所述方法包括：

3、发送端侧的边缘路由器在收到来自发送端的数据包后，根据备选传输路径的网络状态，计算该数据包通过每条备选传输路径到接收端的预计到达时间和预计超时时间，从预计到达时间早于路径超时时间的备选传输路径中选择一条作为发送路径，通过该发送路径将数据包转发到下一跳网络节点；

4、接收端接收到数据包时，记录数据包的实际到达时间，并生成反馈报文发送至发送端侧的边缘路由器；

5、发送端侧的边缘路由器根据设定时间周期内数据包的实际到达时间和预计到达时间之间的差异，对每条备选传输路径的预计到达时间和预计超时时间的计算公式分别进行调整。

6、优选的，所述备选传输路径的网络状态，包括：传输时延、可用带宽、抖动、丢包率和超时重传时间。

7、优选的，所述预计到达时间为：

8、

9、其中，kj为路径j上的排队数据包数量，cwndj为路径j的拥塞窗口大小，rttj为路径j的往返时延，lj为路径j的丢包率，jj为路径j的抖动，α、β为调节因子，i为数据包序列号。

10、优选的，调节因子α，用于调节丢包率对数据包传输时间的影响，对于丢包率低于设定阈值的网络，设置α为1，表示丢包的影响相对线性；对于丢包率高于设定阈值的网络，设置α大于1，表示丢包对数据包传输时间的非线性放大效应；

11、调节因子β，用于调节抖动对数据包传输时间的影响，对于抖动低于设定阈值的网络，设置β为1，对于抖动高于设定阈值的网络，设置β大于1。

12、优选的，所述预计超时时间为：

13、

14、其中，为数据包i+1在路径α上的预计到达时间，为路径j的超时重传时间。

15、优选的，所述根据设定时间周期内数据包的实际到达时间和预计到达时间之间的差异，对每条备选传输路径的预计到达时间和预计超时时间的计算公式分别进行调整；包括：

16、根据设定时间周期内路径j的数据包实际到达时间和预计到达时间之间的差异δtj，分别对预计到达时间和预计超时时间进行以下调整：

17、

18、得到调整后的预计到达时间和预计超时时间

19、优选的，所述备选传输路径为：单个通信网络内部的多个传输路径或不同通信网络之间的组合传输路径；所述通信网络包括：以太网、无线保真网络或第五代移动通信网络。

20、优选的，所述反馈报文包括：数据包序列号和实际到达时间。

21、优选的，所述接收端在发送反馈报文时，采用的路径为数据包传输路径的反向路径。

22、与现有技术相比，本发明的优势在于：

23、本发明通过优化路径选择和动态调整数据包调度策略，提升传输系统的整体性能，减少接收端的重排序开销，提高数据传输的稳定性和可靠性。

1.一种基于数据到达时间预估的多路径调度方法，基于发送端侧的边缘路由器和接收端实现，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述备选传输路径的网络状态，包括：传输时延、可用带宽、抖动、丢包率和超时重传时间。

3.根据权利要求2所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述预计到达时间为：

4.根据权利要求3所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，调节因子α，用于调节丢包率对数据包传输时间的影响，对于丢包率低于设定阈值的网络，设置α为1，表示丢包的影响相对线性；对于丢包率高于设定阈值的网络，设置α大于1，表示丢包对数据包传输时间的非线性放大效应；

5.根据权利要求3所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述预计超时时间为：

6.根据权利要求5所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述根据设定时间周期内数据包的实际到达时间和预计到达时间之间的差异，对每条备选传输路径的预计到达时间和预计超时时间的计算公式分别进行调整；包括：

7.根据权利要求1所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述备选传输路径为：单个通信网络内部的多个传输路径或不同通信网络之间的组合传输路径；所述通信网络包括：以太网、无线保真网络或第五代移动通信网络。

8.根据权利要求1所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述反馈报文包括：数据包序列号和实际到达时间。

9.根据权利要求1所述的基于数据到达时间预估的多路径调度方法，其特征在于，所述接收端在发送反馈报文时，采用的路径为数据包传输路径的反向路径。