多路徑并行傳輸下路徑差異對業(yè)務(wù)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(wù)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(jià)與不等價(jià)情形下的業(yè)務(wù)傳輸性能進(jìn)行了定性分析，最后對仿真系統(tǒng)路徑差異參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出業(yè)務(wù)性能對路徑差異的敏感性因素。

關(guān)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(wù)性能差異的影響問題認(rèn)識(shí)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(biāo)，選擇與當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸所要求帶寬等效的多條路徑；二是以端到端傳輸時(shí)延為依據(jù)，選擇具有最小端到端傳輸時(shí)延的多條路徑；三是以路徑隔離為目標(biāo)，選擇具有不相交中間節(jié)點(diǎn)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(luò)適應(yīng)性較差。本文對多路徑并行傳輸下，路徑差異選擇策略進(jìn)行了影響域分析，得到業(yè)務(wù)性能的敏感性因素，為不同路徑選擇的度量及準(zhǔn)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(yīng)傳輸?shù)确矫娴玫酱罅康膽?yīng)用，然而Padhye模型網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小時(shí)與實(shí)際情況比較符合，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高時(shí)誤差比較大。通過分析發(fā)現(xiàn)Padhye模型在計(jì)算過程時(shí)對某些參數(shù)做了近似，近似的數(shù)學(xué)前提是丟包率p趨近于0。但是當(dāng)p在整個(gè)[0，1]區(qū)間時(shí)，簡化出來的公式不適合p趨近于1的情況，即網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大和丟包率較高時(shí)，Padhye模型計(jì)算的吞吐量誤差將會(huì)很大。黃勝等人[2]在Padhye模型的基礎(chǔ)上，通過分析Padhye模型各參數(shù)在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時(shí)的情況，提出了一種分段的精確Padhye模型（EX-Padhye模型），同時(shí)試驗(yàn)結(jié)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(jì)算出的數(shù)值和實(shí)際測量出的數(shù)值比較吻合。

2 等價(jià)狀態(tài)的傳輸

按照理想情況當(dāng)所有路徑的參數(shù)相同即等價(jià)時(shí)，并行傳輸?shù)腘條路徑與單條路徑是等價(jià)的，能夠得出系統(tǒng)等價(jià)后的往返時(shí)間和等價(jià)重發(fā)超時(shí)時(shí)間變?yōu)槌跏紗螚l路徑的1/N，累積應(yīng)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(jià)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(dǎo)，等價(jià)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(shí)，參數(shù)等價(jià)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(jià)狀態(tài)的傳輸

等價(jià)狀態(tài)下通過公式進(jìn)行推導(dǎo)，能夠?qū)Χ嗦窂絺鬏斶M(jìn)行定量的數(shù)據(jù)分析，當(dāng)參數(shù)不相同即非等價(jià)狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行定量分析比較困難。為便于分析與比較，對公式進(jìn)行簡化，只考慮兩條傳輸參數(shù)差異較大的并行路徑進(jìn)行分析。假定路徑1的往返時(shí)間、重發(fā)超時(shí)時(shí)間、丟包率以及累積應(yīng)答因子參數(shù)分別為RTT1、T1、p1和b1；路徑2的往返時(shí)間、重發(fā)超時(shí)時(shí)間、丟包率以及累積應(yīng)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(jìn)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(shí)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(jià)狀態(tài)下的系統(tǒng)參數(shù)和兩條并行路徑相應(yīng)參數(shù)之和的二分之一相同。當(dāng)約束條件不變時(shí)，系統(tǒng)吞吐量與往返時(shí)間、重發(fā)超時(shí)時(shí)間成反比。通過分析，當(dāng)兩條路徑的丟包率與累積應(yīng)答因子相等，且RTT1