多路徑并行傳輸下路徑差異對業(yè)務性能影響研究

張海鋒 霍永華

摘 要：路徑差異對多路徑并行傳輸下的業(yè)務性能有較大影響，本文基于EX-Padhye模型，對系統(tǒng)路徑參數(shù)等價與不等價情形下的業(yè)務傳輸性能進行了定性分析，最后對仿真系統(tǒng)路徑差異參數(shù)進行合理設計，對仿真結果數(shù)據(jù)進行了分析，得出業(yè)務性能對路徑差異的敏感性因素。

關鍵詞：路徑差異；多路徑并行傳輸；EX-Padhye模型

目前，多路徑并行傳輸對不同路徑業(yè)務性能差異的影響問題認識不足?；钴S路徑的選擇方法有三種[1]：一是以帶寬合成為目標，選擇與當前業(yè)務傳輸所要求帶寬等效的多條路徑；二是以端到端傳輸時延為依據(jù)，選擇具有最小端到端傳輸時延的多條路徑；三是以路徑隔離為目標，選擇具有不相交中間節(jié)點或鏈路的多條路徑。以上方法均對路徑差異性考慮不足，對數(shù)據(jù)傳輸使用的處理算法重視不夠，對于傳輸路徑差異較大的網(wǎng)絡適應性較差。本文對多路徑并行傳輸下，路徑差異選擇策略進行了影響域分析，得到業(yè)務性能的敏感性因素，為不同路徑選擇的度量及準則提供參考依據(jù)。

1 EX-Padhye模型

Padhye模型是一種TCP吞吐量模型，在許多TCP傳輸算法、媒體流自適應傳輸?shù)确矫娴玫酱罅康膽?，然而Padhye模型網(wǎng)絡負載較小時與實際情況比較符合，在網(wǎng)絡負載較高時誤差比較大。通過分析發(fā)現(xiàn)Padhye模型在計算過程時對某些參數(shù)做了近似，近似的數(shù)學前提是丟包率p趨近于0。但是當p在整個[0，1]區(qū)間時，簡化出來的公式不適合p趨近于1的情況，即網(wǎng)絡負載較大和丟包率較高時，Padhye模型計算的吞吐量誤差將會很大。黃勝等人[2]在Padhye模型的基礎上，通過分析Padhye模型各參數(shù)在網(wǎng)絡負載較大時的情況，提出了一種分段的精確Padhye模型（EX-Padhye模型），同時試驗結果表明，在丟失率較高的情況下EX-Padhye模型對吞吐量性能的改善顯著，計算出的數(shù)值和實際測量出的數(shù)值比較吻合。

2 等價狀態(tài)的傳輸

按照理想情況當所有路徑的參數(shù)相同即等價時，并行傳輸?shù)腘條路徑與單條路徑是等價的，能夠得出系統(tǒng)等價后的往返時間和等價重發(fā)超時時間變?yōu)槌跏紗螚l路徑的1/N，累積應答因子則與初始值相等。若每條路徑的參數(shù)P等于零，則等價的并行傳輸路徑的參數(shù)P與單條路徑值相同為零。系統(tǒng)的參數(shù)RTT變?yōu)槌跏嫉?/N，參數(shù)T也變?yōu)槌跏嫉?/N。通過推導，等價狀態(tài)下的吞吐量為單條路徑的N倍。根據(jù)前面的分析可得出，丟包率不為零時，參數(shù)等價狀態(tài)下傳輸系統(tǒng)中吞吐量比單條路徑傳輸?shù)腘倍要小。

3 非等價狀態(tài)的傳輸

等價狀態(tài)下通過公式進行推導，能夠?qū)Χ嗦窂絺鬏斶M行定量的數(shù)據(jù)分析，當參數(shù)不相同即非等價狀態(tài)時，進行定量分析比較困難。為便于分析與比較，對公式進行簡化，只考慮兩條傳輸參數(shù)差異較大的并行路徑進行分析。假定路徑1的往返時間、重發(fā)超時時間、丟包率以及累積應答因子參數(shù)分別為RTT1、T1、p1和b1；路徑2的往返時間、重發(fā)超時時間、丟包率以及累積應答因子參數(shù)分別為RTT2、T2、p2和b2。

基于簡化分析，以下主要從兩種情景進行分析，情景1：RTT1=RTT2、T1=T2、b1=b2且p1=0，p2>0；該情景除丟包率不同其他參數(shù)均相同，此時路徑1的傳輸效率高于路徑2。情景2：p1=p2，b1=b2且RTT1在情景2中，等價狀態(tài)下的系統(tǒng)參數(shù)和兩條并行路徑相應參數(shù)之和的二分之一相同。當約束條件不變時，系統(tǒng)吞吐量與往返時間、重發(fā)超時時間成反比。通過分析，當兩條路徑的丟包率與累積應答因子相等，且RTT1