余丹丹 黃明和 曾歷

摘 ?要： 多徑傳輸協(xié)議以其透明地利用多路徑特點(diǎn)，讓用戶可以反向多路復(fù)用冗余的信道資源，從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量和可靠性。而隨著AI、AR、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、量子計(jì)算機(jī)等新興技術(shù)的發(fā)展，原有傳輸層的協(xié)議已經(jīng)難以滿足用戶對高帶寬網(wǎng)絡(luò)的需求，因此多徑傳輸技術(shù)將被進(jìn)一步研究和發(fā)展，并成為學(xué)術(shù)工作者們未來研究的重要方向。然而，現(xiàn)有研究方案大多傾向于數(shù)據(jù)調(diào)度，路徑管理，數(shù)據(jù)分配和擁塞控制等方面，但是網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)的動態(tài)變換、帶寬延遲變化以及實(shí)時(shí)流媒體時(shí)間敏感性問題又亟待解決，所以本文從部分可靠，智慧協(xié)同，公平性方向出發(fā)，分析多徑傳輸協(xié)議的研究成果和限制，并對未來多徑傳輸技術(shù)的研究趨勢進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞： 多路徑數(shù)據(jù)傳輸;部分可靠性;智慧協(xié)同;公平性;MPTCP;SCTP

中圖分類號： TP393.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.060

本文著錄格式：余丹丹，黃明和，曾歷，等. 面向部分可靠和智慧協(xié)同的多徑傳輸技術(shù)綜述[J]. 軟件，2020，41（01）：276282

【Abstract】： The multipath transmission protocol uses the multipath feature transparently to allow users to reverse multiplex redundant channel resources， resulting in improved overall throughput and reliability of the network. With the development of emerging technologies such as AI， AR， Internet of Things， big data， and quantum computers， traditional transport layer protocols have been difficult to meet the needs of users for high-bandwidth networks， so multipath transmission technology will be further researched and developed， and it will be an important direction for future research of academics. Most existing research solutions tend to be in data scheduling， path management， data distribution and congestion control， but the dynamic transformation of network buffers， bandwidth delay changes and real-time streaming time sensitivity issues need to be solved. Therefore， this paper analyzes the research status of multipath transmission protocol from the perspective of partial reliability， intelligent collaboration and fairness， and forecasts its future research trends.

【Key words】： Multi-path data transmission; Partial reliability; Smart cooperation; MPTCP; SCTP

0 ?引言

隨著網(wǎng)絡(luò)的搭建和運(yùn)用，眾多設(shè)備都逐漸配置多種不同的網(wǎng)絡(luò)接口，就日常使用的智能手機(jī)來說，一個(gè)終端設(shè)備就同時(shí)具有WIFI、藍(lán)牙、LTE、3G/4G 甚至是5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及使其在日常生活中突出重要作用。傳統(tǒng)的TCP協(xié)議是面向連接的、單一的可靠性傳輸協(xié)議，且只假定一個(gè)數(shù)據(jù)流在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中流通，網(wǎng)絡(luò)資源得不到充分利用。多路徑傳輸技術(shù)的出現(xiàn)具有必然性，其原因有兩方面：一是高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的帶寬需求迫使互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）發(fā)展和研究多路徑傳輸技術(shù);二是多路徑傳輸技術(shù)可以聚合多條可用帶寬資源，并在發(fā)展TCP的同時(shí)又極大地保留了TCP協(xié)議的穩(wěn)定性和可靠性。近年來，流控制傳輸協(xié)議（SCTP）[1]、多路徑傳輸控制協(xié)議（MPTCP）[2]相繼出現(xiàn)，極大地緩解了帶寬緊張的局面。圖1展示了多路徑傳輸場景中異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多種可用帶寬被多宿主終端設(shè)備納入可利用資源，大大地減少了TCP中可靠性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)重傳和數(shù)據(jù)確認(rèn)引起的一系列問題。

事實(shí)上，現(xiàn)有的關(guān)于數(shù)據(jù)重傳策略和應(yīng)對丟包方法往往針對已經(jīng)發(fā)生丟包的特殊情況，而多路徑的優(yōu)化方案也局限于延遲響應(yīng)、數(shù)據(jù)調(diào)度和分組重排等方面.， 端與端之間、各子流之間的協(xié)同合作極少涉及。多路徑傳輸協(xié)議作為傳統(tǒng)傳輸協(xié)議的拓展協(xié)議，還存在以下問題：

（1）帶寬延遲和接收緩沖區(qū)動態(tài)變化容易引起接收端的阻塞;

（2）實(shí)時(shí)流媒體服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)阻塞情況下堅(jiān)持完全可靠傳輸勢必會降低用戶的體驗(yàn)質(zhì)量（QoE）;

（3）多路徑流和單路徑流等價(jià)定義模糊，難以公平地分配帶寬資源;

（4）網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)自行運(yùn)作，缺乏協(xié)同合作能力。

目前，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中的多徑TCP協(xié)議的綜述類的文章有很多。文獻(xiàn)[3]綜合討論了近幾年來關(guān)于物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層等跨層優(yōu)化方案。文獻(xiàn)[4]是研究MPTCP的體系結(jié)構(gòu)，路由和擁塞控制，希望能夠提高鏈路利用率和魯棒性。文獻(xiàn)[5]總結(jié)和闡述了MPTCP實(shí)際部署、亂序控制、聯(lián)合擁塞控制、能耗管理、安全以及關(guān)于路徑選擇、移動性和QoS、數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用等其他方面的研究。上述研究對數(shù)據(jù)調(diào)度，路徑選擇，能耗管理和擁塞控制的分析已經(jīng)相當(dāng)完善了，但卻很少有研究涉及到多徑傳輸領(lǐng)域內(nèi)部分可靠，公平性，智慧協(xié)同的應(yīng)用綜述。這為我們研究路徑傳輸關(guān)于部分可靠性、智慧協(xié)同、公平性綜述可行性提供了重要依據(jù)。

1 ?多徑數(shù)據(jù)傳輸

隨著多媒體服務(wù)遍布日常生活中，人們對高帶寬，低延遲的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求也越來越迫切。如何利用多網(wǎng)絡(luò)接口接入技術(shù)提高端對端的網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)質(zhì)量成為重中之重。為了方便讀者理解什么端對端的多路徑傳輸，現(xiàn)在簡單的介紹目前在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛流行的兩種多路徑傳輸技術(shù)：SCTP技術(shù)和MPTCP技術(shù)。

1.1 ?流控制傳輸協(xié)議（SCTP）

2000年因特網(wǎng)工程任務(wù)組定義了SCTP協(xié)議，其目的是為不可靠的傳輸服務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸協(xié)議。SCTP是一個(gè)面向連接的流傳輸協(xié)議，可以為端和端之間提供穩(wěn)定、有序的數(shù)據(jù)傳遞業(yè)務(wù)。雖然，它由TCP協(xié)議改進(jìn)而得并繼承了較為完善的TCP擁塞控制，但卻同TCP連接支持單流不同。SCTP能夠在一個(gè)連接中支持多流機(jī)制，如圖2所示，SCTP端點(diǎn)A、B之間可以同時(shí)在路徑1和路徑2進(jìn)行傳輸，以此形成支持多流、多宿主的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

1.2 ?多路徑傳輸控制協(xié)議（MPTCP）

MPTCP的設(shè)計(jì)必須遵守應(yīng)用程序兼容性和網(wǎng)絡(luò)兼容性兩個(gè)原則，其核心思想（如圖3）是定義一種在兩個(gè)主機(jī)之間建立連接的方式，而不是在兩個(gè)接口之間（標(biāo)準(zhǔn)TCP）。在標(biāo)準(zhǔn)TCP中，連接應(yīng)在兩個(gè)IP地址之間建立。每個(gè)TCP連接由標(biāo)志著源和目的地的地址和端口的四元組來標(biāo)識。鑒于此限制，應(yīng)用程序只能通過單個(gè)連接創(chuàng)建一個(gè)TCP連接，因此會出現(xiàn)兩個(gè)主機(jī)之間雖然可能同時(shí)建立了多個(gè)連接，但同一時(shí)刻只有單個(gè)連接被某個(gè)應(yīng)用利用，而 MPTCP則允許同時(shí)連接使用多個(gè)路徑。

2 ?主要研究分類

傳統(tǒng)TCP協(xié)議主要用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和各種文件數(shù)據(jù)的傳輸，而流媒體應(yīng)用突飛猛進(jìn)的發(fā)展使得TCP技術(shù)不能滿足文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、視像和聲音夾雜的多媒體數(shù)據(jù)傳輸要求。如何緩解日益增長的流媒體需求同落后傳輸技術(shù)的矛盾，早已成為現(xiàn)今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界密切關(guān)注的問題。

2.1 ?面向部分可靠性的研究

多路徑傳輸協(xié)議和TCP協(xié)議都提供完全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，但多路徑傳輸協(xié)議在性能改進(jìn)、帶寬聚合以及實(shí)時(shí)性流媒體容錯方面具有更加優(yōu)異的表 ? 現(xiàn)[6]。提供可靠性傳輸可以為用戶帶來良好體驗(yàn)，但過于追求可靠性將會大大降低網(wǎng)絡(luò)性能。如圖4所示，用紅色叉和不同顏色區(qū)域分別表示接收緩沖中各數(shù)據(jù)塊的不同狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)缺失數(shù)據(jù)塊時(shí)，接收端不會將其它已接收緩存數(shù)據(jù)塊遞交給上層使用，直至缺失的數(shù)據(jù)塊接收成功，由此提供的完全可靠的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延代價(jià)大。因此，研究人員在多路徑傳輸技術(shù)上提出了部分可靠性的概念，希望能夠最大化利用帶寬資源，極大地提高整體網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量，盡可能的為網(wǎng)絡(luò)用戶提供高效快捷的服務(wù)質(zhì)量。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)砣蛡鬏敃r(shí)延大等差環(huán)境時(shí)，為了確保用戶對流媒體服務(wù)的良好體驗(yàn)，學(xué)術(shù)工作者們將“部分可靠”概念應(yīng)用到多路徑數(shù)據(jù)傳輸。但是，這些解決方案很少考慮到多媒體幀壽命受限的特點(diǎn)。部分可靠的多路徑傳輸有PR_MPTCP[7]和PR_SCTP[8]，其研究目的是在有數(shù)據(jù)丟失情況下，仍能達(dá)到預(yù)定的可靠性傳輸效果。多徑傳輸技術(shù)的部分可靠性主要有三個(gè)方面：內(nèi)容重要度、有效幀和時(shí)間約束。

2.1.1 ?基于內(nèi)容重要度

將多路數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議運(yùn)用到實(shí)時(shí)多媒體傳輸時(shí)，過期數(shù)據(jù)段的重發(fā)是不必要且效率低下的。在空間不足情況下，多路傳輸發(fā)送緩沖區(qū)的堆棧會放棄一些用戶消息，這些消息能被其他具有相同關(guān)聯(lián)度且優(yōu)先級高的消息代替（即根據(jù)內(nèi)容重要度判定消息的優(yōu)先級）。

雖然PR_SCTP在人為損失情況下明顯優(yōu)于TCP，但大部分工作考慮的是沒有競爭流量的人為損失情景，若PR_SCTP與競爭流量共享瓶頸時(shí)，其傳輸性能增益并不明顯。文獻(xiàn)[9]指出了導(dǎo)致共享網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)性能降低的原因是：小消息（內(nèi)容重要度不高的消息）導(dǎo)致的非必要開銷和較高的字節(jié)流丟失率。文獻(xiàn)[10]研究了面向數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級調(diào)度策略，為重要的數(shù)據(jù)分配高優(yōu)先級并使用最好質(zhì)量的路徑，優(yōu)先保證重要數(shù)據(jù)的提交和傳輸。

隨著多媒體應(yīng)用的激增，使用會話發(fā)起協(xié)議（SIP）來進(jìn)行會話管理的SIP業(yè)務(wù)[11-12]變得越來越重要。文獻(xiàn)[13]就因特網(wǎng)傳輸SIP流量的類型和要求，引入了不可靠的PR_SCTP傳輸發(fā)送，并且適當(dāng)?shù)貐f(xié)調(diào)應(yīng)用和重傳機(jī)制（傳輸層），確保有效、低次重傳丟失信息。為了提高接近3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)路徑上視頻傳輸質(zhì)量，文獻(xiàn)[14]試圖通過選擇性地丟棄最不重要的包來配合發(fā)送端，減輕通信量，促進(jìn)最重要信息的優(yōu)先級排序。多媒體應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量的要求隨著移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展越來越高，文獻(xiàn)[15] 研究了基于H.264編解碼器的交互式視頻應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)MPTCP的“部分可靠性”概念所帶來的QoS效益，在可用的網(wǎng)絡(luò)資源內(nèi)動態(tài)地執(zhí)行和調(diào)整丟棄不重要信息，為移動網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序提供自配置和自適應(yīng)機(jī)制。

2.1.2 ?基于有效幀

隨著網(wǎng)絡(luò)視頻、直播等多媒體應(yīng)用（如：抖音、斗魚、虎牙）的發(fā)展，視頻信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中擔(dān)當(dāng)了不可或缺的角色。如果單純地傳輸和儲存所有多媒體信息肯定能保證視頻質(zhì)量，但現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲空間負(fù)擔(dān)不了傳輸過程中產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)為了解決這一問題，人們發(fā)現(xiàn)如果在發(fā)送端去掉大量的重復(fù)信息，保留部分可靠的有效信息，傳輸壓力就會大大降低。

流媒體數(shù)據(jù)由眾多I、P、B幀組成，在傳輸過程中，所有幀的有效性不同。如圖5所示，多媒體數(shù)據(jù)由應(yīng)用層交付到傳輸層時(shí)，由于最大報(bào)文段長度的限制，它們會被重新分配成不同報(bào)文段（報(bào)文1、2、3）。當(dāng)報(bào)文2丟失時(shí)，即使能夠正確傳輸，由于有效幀I的不完整使得報(bào)文1也不能被解碼。因此，如何確保有效幀的傳輸對部分可靠的多路傳輸具有十分重要的意義。

對于實(shí)時(shí)視頻，有時(shí)需要放棄一些丟失的數(shù)據(jù)包，而不是盲等重新傳輸。文獻(xiàn)[16]將來自應(yīng)用層的有效幀作為消息并記錄其邊界，每當(dāng)一個(gè)報(bào)文段過期時(shí)，根據(jù)消息邊界確定最合理的丟棄范圍。文 ? 獻(xiàn)[17]就運(yùn)動圖像文件幀具有不同優(yōu)先級和壽命特點(diǎn)，提出了一種用于多媒體流的部分可靠并發(fā)多徑傳輸協(xié)議，兼顧了并發(fā)多路傳輸?shù)耐瑫r(shí)又優(yōu)先發(fā)送有效幀。文獻(xiàn)[18]聯(lián)合考慮了幀間優(yōu)先級、多媒體幀的壽命限制性質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，為動態(tài)變化的流媒體網(wǎng)絡(luò)條件下實(shí)現(xiàn)“定時(shí)可靠服務(wù)”。

H.264/AVC是一種高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)。一些研究人員[19]評估了PR_SCTP用于運(yùn)動圖像文件和H.264 / AVC視頻序列的實(shí)時(shí)流傳輸，其工作表明通過允許有限數(shù)量的I幀重傳，可以為其提供TCP友好性和可靠性，同時(shí)提供較TCP更低的延遲。文獻(xiàn)[20]在基于H.264/AVC的MPTCP交互式視頻應(yīng)用程序中，選擇性丟棄和消除發(fā)送方的每一個(gè)不是其他幀的解碼幀，實(shí)現(xiàn)“部分可靠性”概念所帶來的QoS效益。為了區(qū)分視頻傳輸中每個(gè)幀的可靠性，文獻(xiàn)[21]根據(jù)幀類型和重傳剩余時(shí)間，差分重傳次數(shù)來限制最大重傳次數(shù)，并保證無效幀的丟失對視頻流質(zhì)量無重大影響。

2.1.3 ?基于時(shí)間約束

多路傳輸協(xié)議是一種廣泛使用的傳輸層協(xié)議，它可以利用多條子路徑來緩解帶寬壓力。但這些子路徑因其不同的特性，使得多路傳輸無法做到地公平公正的利用各條路徑，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)極易造成失序想象。作為完全有序的協(xié)議，多徑傳輸協(xié)議（MPTCP和SCTP）將會一直緩存已經(jīng)接收的未排序數(shù)據(jù)包，直到重新接收到丟失的數(shù)據(jù)包才會將傳輸數(shù)據(jù)交付給下一層。而多徑傳輸由于長期處于丟包重傳的等待時(shí)間，其他緩沖數(shù)據(jù)包就有可能會過時(shí)，這給網(wǎng)絡(luò)用戶造成了不必要的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，大大降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。因此，有人通過考慮時(shí)間感知機(jī)制，為部分可靠的傳輸協(xié)議提供了另一種設(shè)計(jì)思路。

實(shí)時(shí)流媒體中數(shù)據(jù)傳輸與時(shí)間敏感的應(yīng)用息息相關(guān)，端對端的延遲和抖動是多路徑數(shù)據(jù)傳輸必須要考慮的問題。文獻(xiàn)[22]指定了定時(shí)可靠性約束，給MPTCP的丟失數(shù)據(jù)包定義重傳等待時(shí)間，超時(shí)后放棄重傳數(shù)據(jù)，并將其否定確認(rèn)給發(fā)送方，確保接收方將不再接收相應(yīng)的用戶消息。文獻(xiàn)[23]通過“定時(shí)可靠服務(wù)”概念，實(shí)現(xiàn)部分可靠的CMT和PR_SCTP的數(shù)據(jù)傳輸，利用PR_CMT的數(shù)據(jù)與生命周期密切關(guān)系和錯誤傳輸?shù)拇_認(rèn)時(shí)間，使得所有可用路徑根據(jù)時(shí)間要求具有不同的可靠性級別。

隨著無線網(wǎng)絡(luò)全球性覆蓋和鋪設(shè)，有損網(wǎng)絡(luò)上幾乎每時(shí)每刻都在下載、上傳、傳輸文件，但是嚴(yán)格有序的數(shù)據(jù)傳輸將會導(dǎo)致有損網(wǎng)絡(luò)性能下降。文獻(xiàn)[24]提出了一種使用PR_SCTP和SCTP的多數(shù)據(jù)流超時(shí)減少方法，該方法在不更改SCTP超時(shí)策略的前提下，在有限時(shí)間內(nèi)重新傳輸丟失的數(shù)據(jù)包，并將丟失數(shù)據(jù)作為應(yīng)用層的部分請求來保證有損網(wǎng)絡(luò)的較高吞吐量。

2.2 ?融合智慧協(xié)同的研究

為了解決互聯(lián)網(wǎng)僵化的工作模式，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界將研究焦點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到自適應(yīng)型智慧網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，例如：“智能家居”、“智慧城市”以及“智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)”等概念層出不窮，如何協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中各元素的分工合作是未來智慧型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的工作重點(diǎn)。為了推動智慧型流媒體傳輸服務(wù)的發(fā)展，當(dāng)前學(xué)術(shù)工作者提出了跨層智慧協(xié)同和節(jié)點(diǎn)智慧協(xié)同。其中文獻(xiàn)[3]已經(jīng)很好地對跨層智慧協(xié)同進(jìn)行了綜合性總結(jié)，本節(jié)的工作重心在節(jié)點(diǎn)智慧協(xié)同。

近年來，MPTCP在網(wǎng)絡(luò)容量方面雖然有了顯著的提高，但由于延遲傾向于與最差的執(zhí)行路徑對齊，因此可能會出現(xiàn)延遲性能差的情況：通過短延遲子流傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包必須在重新排序的緩沖區(qū)中等待通過長延遲子流傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。文獻(xiàn)[25]以接受器為中心最大限度的減少M(fèi)PTCP流媒體的應(yīng)用級延遲，建立了一個(gè)考慮網(wǎng)絡(luò)排隊(duì)延遲和多個(gè)子流之間相互作用的分析框架。文獻(xiàn)[26]將發(fā)送速率估計(jì)作為切入點(diǎn)，建立以一個(gè)接收器輔助路徑切換觸發(fā)器以及重傳感知的快速重傳模塊。然而，多徑傳輸協(xié)議有序的調(diào)度和路徑間差異容易導(dǎo)致分組重排和緩沖器阻塞，這將加重發(fā)送方的調(diào)度壓力。因此，文獻(xiàn)[27]提出了一種用于CMT的接收機(jī)驅(qū)動的多徑數(shù)據(jù)調(diào)度策略，用以緩解分組重新排序問題、提高CMT性能以及平衡發(fā)送者和接收者之間的開銷和共享負(fù)載。

圖6表示的是接受端-發(fā)送端之間的智慧協(xié)同示意圖，數(shù)據(jù)流總是在發(fā)送端和接收端之間傳遞，該圖對應(yīng)的是多徑傳輸過程中接受端和發(fā)送端兩節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同。其主要功能描述如下：主要致力于計(jì)算接收器側(cè)的每路徑發(fā)送速率，并向發(fā)送方提供路徑發(fā)送速率值的反饋;在接收器處選擇適當(dāng)?shù)闹髀窂讲⑾虬l(fā)送器提供關(guān)于所選擇的主路徑信息的反饋以用于切換決定;快速重傳模塊致力于幫助發(fā)送方及時(shí)檢測丟包并觸發(fā)快速重傳以實(shí)現(xiàn)丟包恢復(fù)。

在異構(gòu)無線環(huán)境中，執(zhí)行“發(fā)送器 - 接收器”協(xié)作驅(qū)動的數(shù)據(jù)傳送同傳統(tǒng)的多徑數(shù)據(jù)傳輸相比，確實(shí)有較大優(yōu)勢來解決開銷平衡和和共享負(fù)載。但 “接收端-發(fā)送端”智慧協(xié)作的數(shù)據(jù)調(diào)度方案的關(guān)注點(diǎn)是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同合作能力，而現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中不會只存在接收端和發(fā)送端兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。未來我們還可以考慮多節(jié)點(diǎn)協(xié)作，如圖7所示，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過協(xié)同計(jì)算，互通有無緩解非對稱網(wǎng)絡(luò)技術(shù)瓶頸帶來的緩沖區(qū)內(nèi)阻塞。

2.3 ?兼顧公平性的研究

多徑傳輸可以同時(shí)利用終端的多個(gè)接口，最大限度得提高傳輸吞吐量。但是，單路徑流與多路徑流共享同一瓶頸鏈路時(shí)，多徑流占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬會更大。如圖8所示，當(dāng)接收方收到來自發(fā)送方的第一個(gè)數(shù)據(jù)包后，慢啟動被觸發(fā)，這時(shí)單個(gè)子路徑吞吐量就高于TCP的吞吐量，這使得隨后接入的子路徑再也無法享有平等的吞吐量，并且這種不公平性隨著子路徑的不斷接入愈發(fā)明顯。為了確保網(wǎng)絡(luò)的綠色友好性，多徑傳輸在優(yōu)化傳輸性能的同時(shí)還應(yīng)保證其公平性。文獻(xiàn)[28] 將公平性的概念從單路徑傳輸擴(kuò)展到多路徑傳輸。但是同一系統(tǒng)的多條路徑可能同時(shí)存在多條共享瓶頸鏈路，不同角度（即用戶、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)流）分析得到的結(jié)果可能會不同。因此，多路徑傳輸公平性的研究意義如下：

（1）提高多路徑傳輸?shù)耐掏铝恳约皵?shù)據(jù)流的穩(wěn) 定性;

（2）保證多路徑傳輸連接對TCP 連接的友好性，不會導(dǎo)致TCP 連接吞吐量的下降;

（3）減少擁塞控制過程中因公平性引起的不必要的網(wǎng)絡(luò)延遲。

當(dāng)MPTCP流與單路徑TCP流共享瓶頸鏈路時(shí)，將導(dǎo)致不公平的帶寬競爭，文獻(xiàn)[29]提出一種基于流體的MPTCP模型，以便實(shí)現(xiàn)公平性和擁塞平衡的目標(biāo)。為了更方便的檢測共享瓶頸子流，文獻(xiàn)[30]基于瓶頸鏈路的公平性定義，以RTT和丟包信息設(shè)計(jì)了一種子流矩陣擁塞控制算法，對共享和非共享瓶頸鏈路執(zhí)行不同的擁塞控制策略。共享瓶頸鏈路的不同使得網(wǎng)絡(luò)傳輸中帶寬公平性變化趨勢不同，如何通過網(wǎng)絡(luò)帶寬占用情況提供公平性傳輸將成為資源高效利用的關(guān)鍵。

基于多路徑的傳輸控制技術(shù)被廣泛運(yùn)用到移動視頻傳輸中，而無線信道的動態(tài)變化以及較低層的不確定性，造成視頻傳輸過程中帶寬消耗過多，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源的共享不公平。文獻(xiàn)[31]提出了傳輸層和鏈路層聯(lián)合優(yōu)化方法，目的是解決多跳隨機(jī)接入無線網(wǎng)絡(luò)中的速率控制問題，實(shí)現(xiàn)端對端會話之間的比例公平。文獻(xiàn)[32]著手于SCTP跨層公平驅(qū)動的CMT解決方案，利用窗口的流程控制機(jī)制平衡交付的公平性和效率，保證對TCP流的競爭公平。

近年來，網(wǎng)絡(luò)編碼的MPTCP技術(shù)開始流行起來，但網(wǎng)絡(luò)編碼的使用使得MPTCP擁塞控制方案的負(fù)載不均衡，并產(chǎn)生嚴(yán)重的不公平擁塞控制問題。為此，文獻(xiàn)[33]提出了一種端到端擁塞控制方案couple+，平衡編碼子流和非編碼子流之間的擁塞，保持TCP流與MPTCP流的友好。文獻(xiàn)[34]從網(wǎng)絡(luò)角度出發(fā)，根據(jù)多路徑子流與TCP流關(guān)系制定約束條件，若子流與TCP相同，則公平的獲取總帶寬的均勻份額;若多路徑的總吞吐量不小于最佳路徑上的單路徑流的總吞吐量，則激勵最終用戶啟用多路徑傳輸。以此來分配網(wǎng)絡(luò)帶寬保證多徑流和單徑流之間公平性。

3 ?研究趨勢和未來展望

隨著異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)的使用增加和5G、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）/虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的興起和發(fā)展，人們的網(wǎng)絡(luò)生活將會發(fā)生翻天覆地的變化，但是多路徑數(shù)據(jù)傳輸對這些新技術(shù)的涉獵還相對較少。未來，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)多路徑傳輸技術(shù)與新興技術(shù)相互融合，具體方面包括以下幾個(gè)方面：

（1）面向5G

5G技術(shù)將以以超高的流量密度、連接密度和可移動性為廣大網(wǎng)絡(luò)用戶提供更加智能的移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。與此同時(shí)，5G技術(shù)優(yōu)異的信號強(qiáng)度和無線覆蓋能力將會為實(shí)際應(yīng)用程序提供一個(gè)更加智能型、友好型和綠色型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這也為未來無線終端業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了更大的空間。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有少量研究將5G接入技術(shù)引入MPTCP[35].但是隨著5G基站的鋪設(shè)和運(yùn)營，未來融合5G的多路徑傳輸技術(shù)一定會得到研究。

（2）AR/VR

AR/VR技術(shù)從最初的僅為三百六十度觀看視頻， 到發(fā)展學(xué)生的教育增強(qiáng)工具[36]以及醫(yī)學(xué)的渲染治療。雖然為用戶提供了全新的體驗(yàn)，但AR / VR的普及必定會使現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施壓力加劇。文獻(xiàn)[37]利用多路徑傳輸控制協(xié)議的多流程特點(diǎn)，使用固定子流的方法建立用于發(fā)送數(shù)據(jù)的虛擬專用信道，優(yōu)先傳遞AR/VR數(shù)據(jù)，并評估所有子流的傳送性能，動態(tài)的選擇最優(yōu)路徑。由此可見，AR/VR技術(shù)的應(yīng)用將給多路徑傳輸帶來了新的優(yōu)化空間。

（3）大數(shù)據(jù)

隨著云時(shí)代的來臨，在線訪問數(shù)據(jù)每秒都已以驚人的速度在線產(chǎn)生、收集、存儲和分析，大數(shù)據(jù)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注[38-39]，如何利用多徑傳輸和大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)擁塞控制是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的一大難題。多路徑傳輸協(xié)議處理大數(shù)據(jù)應(yīng)用是否具有可行性分析，支持MPTCP設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)連接到大數(shù)據(jù)云接口，能不能獲取更高的吞吐量，聯(lián)合耦合擁塞控制能否公平地處理其他傳統(tǒng)TCP流。

（4）深度學(xué)習(xí)

多路徑TCP（MPTCP）協(xié)議以其跨多個(gè)鏈路的容量聚合能力和針對單路徑故障的連接維護(hù)等特點(diǎn)著稱。而深度學(xué)習(xí)是對復(fù)雜結(jié)構(gòu)和大樣本的高維數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，其中包括計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、生物信息學(xué)、自動控制，并在人臉識別、機(jī)器翻譯、自動駕駛等現(xiàn)實(shí)問題中取得了成功。目前開始有研究將深度學(xué)習(xí)方法納入到MPTCP協(xié)議當(dāng)中去，例如文獻(xiàn)[40]用深度學(xué)習(xí)機(jī)制優(yōu)化了MPTCP的調(diào)度器，提高了非對稱路徑的數(shù)據(jù)調(diào)度性能.未來，深度學(xué)習(xí)機(jī)制與MPTCP的融合將會進(jìn)一步加深。

4 ?總結(jié)

多路徑傳輸技術(shù)是傳輸層的重要研究方向之一。本文首先介紹了目前在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界流行的兩種多路徑傳輸技術(shù)（MPTCP和SCTP），并分析了多徑傳輸?shù)幕竟δ芎推涿媾R的主要挑戰(zhàn)。本文主要考慮了多路徑傳輸技術(shù)的部分可靠性，公平性和智慧協(xié)同，對近年來利用這三個(gè)因素的多路徑傳輸相關(guān)研究進(jìn)行較為全面和系統(tǒng)的分析和比較。通過比較發(fā)現(xiàn)，多路徑傳輸技術(shù)的優(yōu)化問題的基本出發(fā)點(diǎn)是提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，但大部分研究都設(shè)定了特定鏈路條件，缺乏對實(shí)際網(wǎng)絡(luò)流量的考證。最后，結(jié)合當(dāng)前研究熱點(diǎn)對未來趨勢進(jìn)行了展望，希望能為相關(guān)人員的研究提供思路。

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