无线

5G多路径TCP链路聚合(MPTCP)

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Omkar Dharmadhikari
无线架构师

2019年4月3日

数据流量和连接设备数量的空前增长表明,目前以主机为中心的端到端通信模式将无法满足用户对海量数据速率和低延迟的需求。无线行业正在不断推进技术前沿,以应对日益增长的用户需求。

的出现第五代蜂窝结构(5G),以及不断发展的LTE和Wi-Fi网络,将提高无线行业支持新互联现实的能力。多接入网共存的异构环境要求终端设备连接到所有可用的无线接入网,以有效利用可用的网络资源和频谱。亚博全球最大投注平台通过在网络的无线边缘部署多接口连接来使用多归巢已经变得越来越突出。多路径TCP (MPTCP)是最广泛采用的、实际实现的多归属技术之一。随着一些无线运营商成功部署MPTCP,聚合了LTE和Wi-Fi等多种无线接入技术,MPTCP的使用已被视为5G的基本功能。

多路径TCP (MPTCP)

传统的TCP是一种单路径协议。已建立的TCP连接绑定到通信节点之间的特定IP地址。无线行业之所以提出MPTCP,是因为所有下一代网络都是多路径的(移动设备有多个无线接口),数据中心在服务器之间有多条路径,多归属已经成为常态。

MPTCP是由Internet工程任务组(IETF)领导的基于代理的聚合解决方案,它只是底层IP网络的覆盖网络。MPTCP是传统TCP的扩展,确保应用程序兼容性(即能够在运行在TCP上的MPTCP上运行应用程序)和网络兼容性(即能够在TCP运行的任何Internet路径上操作MPTCP)。MPTCP允许单个传输连接同时使用多条路径。

5G的MPTCP

MPTCP现在是5G移动网络的一个组成部分,是3GPP Release 16的标准功能。3GPP 5G移动核心具有访问流量引导、交换和分割(ATSSS),并已正式标准化MPTCP作为基本功能。ATSSS允许运营商通过特定的接入网引导流量,在接入网之间切换流量,并在多个接入网上聚合流量。随着移动设备在5G NR、Wi-Fi等接入网络技术之间移动,可以提供全程更高的持续用户体验。下图说明了ATSSS如何集成到5G移动核心和5G移动设备中。

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终端(user equipment)即移动设备,包含MPTCP客户端规则和ATSSS规则,用于指导终端配置和执行MPTCP操作。5G核心UPF (User Plane Function)中包含MPTCP代理。来自应用程序的流量被定向到UPF,然后UPF调用指向UE的多路径流量管理。上面描述了5G RAN和WLAN接入网络,以承载单独的MPTCP流量。UE向UPF提供测量报告,这样UPF做出的交换或流量聚合平衡决策就可以通过UE输入完成。完成MPTCP用户流量管理平面。

统一数据管理(UDM)包含移动订阅,其中包括作为订阅功能的ATSSS。PCF (Policy Control Function)是对MPTCP用户平面下的流量进行策略控制,这些流量由SMF (Session Management Function)管理。

总之,MPTCP将是3GPP Release 16中完全集成的标准特性。MPTCP实现可以通过双连接、软件定义网络和段路由来增强。

MPTCP与5G双连接(DC)

在3GPP第15版中引入的DC是一种允许移动设备与NR基站之间进行数据交换的功能,当LTE和5G NR基站建立紧密互联时,可以同时连接到LTE基站。

当前的DC架构不支持备份和数据包复制,以解决DC的延迟和无序数据包传递问题。现有的直流电算法需要改进,以考虑正在进行的流量和拥塞水平,为给定的无线电条件动态选择最佳可用路径,以优化使用每条无线电链路。

mptcp由路径管理器、调度和拥塞控制机制组成,可以解决这些问题。通过将MPTCP与DC和5G协议栈集成,使MPTCP实现能够感知所有可用的网络接口,可以实现链路聚合的全部潜力。

使用软件定义网络(SDN)的MPTCP路径控制

SDN通过跟踪可用容量并考虑变化的网络条件选择最佳可用路径来解决MPTCP在多个无线电链路具有不同延迟时乱序包传递的问题。在支持SDN的网络中,运行在MPTCP客户端上的SDN应用程序可以监控连接路径上的数据速率,以识别增加需要重新排序的数据包数量的不良链路。MPTCP可以将容量相对较低的路径从链路聚合考虑中移除,并在可用容量足够大的情况下重新添加。使用SDN控制器,可以估计多个无线电链路上的容量,允许MPTCP动态控制子流。

带段路由的MPTCP

传统路由器通过在IP头中查找目的IP地址并从路由表中找到通往目的地的最佳路径来转发IP数据包,SR利用了基于源的路由模型。类似于多协议标签交换(MPLS)中的标签,段路由使用段,这是路由器对传入数据包执行的指令。使用SR,源路由器选择一条到目的地的路径,并将该路径在包头中编码为指令(段)的有序列表。

基于sdn的MPTCP解决方案的流量分配机制增加了转发规则,占用大量存储资源。亚博全球最大投注平台将MPTCP和SR结合起来进行流量管理将限制存储需求。

电缆实验室的作用亚博yabo888vip网页版

亚博yabo888vip网页版CableLabs是3GPP Release 16工作项的积极贡献者,该工作项通过ATSSS利用MPTCP。亚博yabo888vip网页版CableLabs与我们的成员运营商合作,为3GPP做出贡献,解决固定客户端设备(CPE)和移动设备的流量绑定问题,以提高性能和服务可用性。其他感兴趣的用例包括跨接入网络的持续用户体验。亚博yabo888vip网页版CableLabs在3GPP中一直很活跃,将成员需求驱动到利用ATSSS的工作项中,以实现成员优先级用例,而成员需求现在是3GPP Release 16中5G标准的一部分。


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