移动互联网全网通模式的无线通信技术的论文
摘要：在计算机技术与通信技术飞速发展的今天，无线通信已成为人们日常生活中必不可少的一部分，更多的用户喜欢在移动设备上进行无线通信和多媒体应用。笔者提出了一种基于移动互联网全网通模式的自适应无线通信技术，该技术通过分析不同路径的可用宽带大小，来调配当前路径能够发送的分组数量，并据此进行对应的路径管理和分配。能够对网络情况进行分析，动态适应实时宽带变化，利用该技术能够提高传输速率、增加网络吞吐量、提高网络利用率、提高系统的可靠性和稳定性。
关键词：移动互联网；自适应；路径管理；可用带宽
1引言
在计算机技术与通信技术飞速发展的今天，无线通信已成为了人们日常生活中必不可少的一部分，更多的用户喜欢在移动设备上进行无线通信和多媒体应用，因此，基于移动互联网全网通模式的无线通信技术也受到了国内外研究人员的广泛关注[1]。在当前这种动态变化的多种网络构成的无线环境中，采用何种方式为用户提供高质量、稳定度高、连续的业务是需要考虑的一个重大问题[2]。在无线通信技术中加入自适应技术，更能够根据网络的情况和用户的实际需求调整业务质量，为用户提供更好的通信服务。
2多路并行传输技术
传统的单路无线通信方式已无法满足当前人们在视频应用方面的需求，同时由于现在的终端设备一般都采用多种网络接口，如3G、4G、无线网络等，利用多路并行传输技术，将通信数据进行无线传输成为了一种必然趋势[3]。采用多路并行传输技术，不仅能够提高传输速率、增加网络吞吐量、提高网络利用率，同时还能够提高系统的可靠性和稳定性。
2.1多路并行传输协议MPTCP
MPTCP协议是TCP协议的扩展协议[4]，能够支持多路并行传输、增加网络吞吐量、提高网络利用率和可靠性。MPTCP使用了子流（Subflow）的概念，子流指的是源地址与目的地址之间的通信路径。MPTCP能够确定子流中的源地址和目的地址位置和端口号[5]，还能够对子流进行具体管理，例如创建、修改和删除子流。该协议采用的调度算法是RoundRobin轮询机制[6]。MPTCP协议的优点是实现简单，缺点就是没有将多条路径在不同方面的差异考虑在内[7]。因此，就需要具体改善该协议的分组调度、子流管理等方面内容。
2.2可用带宽估计算法
路径带宽表征的是在当前路径下每个单位时间内所能够提供的最大传输速率，通常是将所有路径中带宽最小的路径作为路径带宽。路径的可用带宽表示的是当前路径在这一时刻能够为所需业务提供低于其他业务速率的最大传输速率[8]。由此可见，路径带宽和网络负载状况直接影响该路径的可用带宽，并且可用带宽的值与时间有关，因此，对可用带宽的测量需要考虑多方面的因素[9]。
3基于MPTCP的多路并行传输系统结构
根据多路并行传输的网络结构，提出了一种基于移动互联网全网通模式的自适应无线通信技术，该技术通过分析不同路径的可用宽带大小，来调配当前路径能够发送的分组数量，并据此进行对应的路径管理和分配。能够对网络情况进行分析，动态适应实时宽带变化，利用该技术能够提高传输速率、增加网络吞吐量、提高网络利用率[10]。
3.1基于可用带宽估计的自适应调度算法
本文采用的算法结构如图2所示。从图2中可以看出流媒体服务器包含了三个主要模块，分别为子流管理、分组调度和路径监控。接收端的两个模块分别起到缓存管理和流量控制的作用。路径状况监测模块能够对各个路径的流量信息和宽带大小进行监控。流量管理模块能够动态管理子流，根据可用宽带的大小和限制额度来对子流进行自适应调度。分组调度模块能够根据子流可用带宽大小对其进行分组，然后为每个子流分配适当的分组数。接收端的缓存管理作用是对已收到的分组进行排序处理，然后根据排序调整输出队列的大小，流量控制的作用是控制子流输出的流量和时间。本文研究的自适应无线通信技术主要涉及发送端的子流管理和接收端的排序接受方面。
3.2发送端子流管理和分组调度
（1）子流管理作用。发送端能够根据路径情况进行自适应调度，选择最佳的传输路径。在这里假设当前一共有k条子流路径S1,S2,…,Sn，而这些路径中只有一部分路径能够符合传输要求。首先需要做的就是先要确定哪些子流路径能够进行传输，采用可用带宽来评定该路径是否能够传输。假定每个子流路径的可用宽带为Bi，带宽上限和下限门限分别为Bh和Bl。Bh代表的.是一路传输视频不会产生丢包的阈值。当该路径的可用带宽Bi大于Bh时，就能够将这条路径归为可用路径，同时也不需要检查剩余路径的带宽情况，并可以将剩余路径从可用路径集中移除，这样就可以直接利用该路径传输所需数据，剩余路径可以用于传输其他数据。如果当前路径的可用带宽小于Bh但是大于Bi，代表该路径能够满足多路并行传输的需求。Bl表征的是某一条路径在满足传输需求时丢包率低于1%。当该路径的可用带宽Bi小于Bl时，表示该路径无法满足传输数据的需求，丢包率较高，也就是说该路径不应加入可用路径中，或者应从可用路径集中移除。根据上述规则可以得到可用路径集P1,P2,…,Pr，对应的可用带宽分别为B1,B2,…,Br。对于路径可用带宽的估计采用TCPWestwood算法，可以计算得到单位时间内发送端发送的分组个数，然后乘以分组的大小，就能够得到最终的可用带宽值。同时为了能够根据带宽情况进行动态估计，需要采集不同时间的多个带宽值，最后计算得到的可用带宽表示为Bi=a*Bi+(1-a)*Bi，其中a=0.875。（2）分组调度作用。当多路进行同时传输时，能够选取可用路径集中的若干条路径并行传输数据，同时需要根据各个路径的可用带宽情况合理分配分组数，路径的可用带宽较大时，将为其分配较多的分组数，同理当可用带宽较小时，分组数降低，保证传输过程中各个路径的负载均衡，使得整个传输的丢包率和重传率大大降低。在这里设定数据采用恒定不变的速率进行发送，每次发送的数据量恒定为N，并且设定每个分组的长度相同并且固定，第一步需要计算得到每条可用路径带宽之间的比值，并进行归一化B1:B2…:Br=t1:t2…:tr，归一化之后，可用带宽比值之和为t1+t2+…tr=1。假设每个路径的N个分组都需要n轮调度，在每一轮调度的过程中都分配了1rskksMN个分组，其中k=1,2,…,n，而且所有调度包含的分组数总和为N。调度利用均匀轮询调度的方式，能够很大程度上提高接收端进行排序的效率。根据每轮发送的分组数量Mk，可以得到路径s的第j轮发送的分组个数，可以用下面的公式表示：1*1,2,,1,2,,sjsknssjkNtMknNNsr（1）在这里需要使得每轮调度的分组数低于发送窗口大小。而且如果其中一条路径没有按照规定时间接收到其中某一个分组的确认ACK消息时，就会对当前可用的路径进行轮询操作，当某个发送窗口没有数据时，就会优先分配该分组，将其分配到缓冲区域进行发送处理。如果发送窗口不为空，就会对当前各个路径的rtt值进行比较，将这个分组分配到rtt值最小的传输线路上，采用这种方式就能够在最短时间内将需要重新发送的分组，利用延时最小的路径进行发送，从而避免丢包，降低系统的缓存成本。当全部分组确认消息都已接收到之后，就会将这一轮询的分组删除，然后进行下一轮的调度过程。
3.3接收端缓存开销与流量控制
（1）缓冲开销作用。接收端能够利用缓冲队列使得已发送的分组能够成功到达接收端的缓存部位，并且使得接收端的缓存尽可能小，从而能够降低成本、节约传输资源。通常情况下，将接收端的缓存大小设定为BuffersSize=max2**iiBWrtt，其中BWi表示的是对应子流的带宽，rttmax表示的是可用传输子流rtt中的最大值。（2）流量控制与分组交付。通常情况下，都会尽可能提高传输速率，但是在实际过程中，一旦发送端的发送速率过快，接收端就无法及时接收数据，这就使得分组丢失。当某一条路径产生分组丢失现象时，采用并行多路传输的手段，其他路径的数据就要等待该路径重传接收之后才能够进行交付。如果发送端的速率一直居高不下，就会使得分组丢失过多，大量积压在接收端的缓存当中。这时就需要通过流量控制来保障分组发送的数据不超过一定限度。以往采用最多的TCP协议是利用滑动窗口的机制控制流量，其机理就是使得发送方的发送窗口数低于接收方已设定的接收窗口数。但是采用TCP窗口滑动机制仍然存在队头堵塞和糊涂窗口的问题。为了能够使得流量控制更加符合实际需求，并解决TCP滑动窗口机制现存的这些问题，采用如下方法：当某条传输速率的接收缓存将要溢出时，即便分组是杂乱无章的，依旧向总接受队列提交分组请求。并且在此时将sack中的awnd设置为原缓存大小的β。在这里，采用平滑控制的方式，具体算法流程如下：算法流程1路径s接收到分组seq2ifseq==nextExpSeq：3将该分组从路径S的接收缓冲中放入接收队列中4nextExpSeq=nextExpSeq+15elseifseq>nextExpSeq6ifls≥αLs7将该缓冲区中的δ个分组移至输出队列8awnd=(ls－Ls)*β9else：10将该分组放入路径S的接收缓冲中11awnd=ls－Ls12endif13else：14丢弃当前分组15endif16必要时发送ack确认，包含awnd值其中seq表示分组队列的序号，nextseq表示下一次分组队列的序号，Ls表示总缓冲队列，ls表示当前队列的分组，接收端确认窗口的大小为awnd。
4结语
本文提出了一种基于移动互联网全网通模式的自适应无线通信技术，该技术通过分析不同路径的可用宽带大小，来调配当前路径能够发送的分组数量，并据此进行对应的路径管理和分配。能够对网络情况进行分析，动态适应实时宽带变化，利用该技术能够提高传输速率、增加网络吞吐量、提高网络利用率，为移动互联网全网通模式提供了可行的无线通信方式，能够提高系统的可靠性和稳定性。
参考文献
[1]李争明.自适应流媒体传输方案研究及其应用[J].计算机工程,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,罗毅,等.IM类应用对移动网络的拥塞机制分析及应对策略[J].电信科学,2011(7).
[5]于新.无线网络中端到端视频流业务的用户体验质量预测及优化技术[D].杭州:浙江大学,2013.
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