卢 伟，李沁颖

（江西科技学院信息工程学院，江西南昌 330098）

0 引言

随着移动车联网技术的快速发展和无线通信技术（如Bluetooth、5G、WiFi 等）的大规模应用，越来越多的车载节点开始配备多个不同标准的网络接口，实现多网络同时接入，为车载应用提供了更加高质便捷的数据传输体验，以满足车载应用娱乐通讯需求，同时也给网络传输服务带来了新的挑战。移动车联网在高速运行的车载节点中，由于网络拓扑高度变化和无线链路带宽限制，受限于传统“固化”和“静态”的数据传输机制，链路中断和数据包丢失时常发生，降低了车联网网络通信质量［1］。因此，如何有机地融合车联网多种无线接入技术，合理地利用异构无线网络资源，有效地提高终端数据的传输服务质量是未来移动车联网优化的必然趋势［2］。国际互联网任务工程组（Internet Engineering Task Force，IETF）于2013 年发布了多路径传输控制协议标准（MultiPath TCP，MPTCP）［3］，其目的是允许传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）连接使用多个路径，实现最大化信道资源使用。该方案逐渐得到了苹果、三星、华为等企业的广泛认可及采用，因此愈发成熟的MPTCP 凭借其传输优势成为当下研究热点。本文在MPTCP 的传输特点启发下，探究了一种融合多路径并行传输的移动车联网多路径传输机制，为现有移动车联网适应未来传输服务需求的演进提供优化思路［4］。

1 移动车联网现状

为了大力发展汽车智慧产业，我国政府先后印发了《推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案》［5］《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》［6］等一系列智能网联汽车发展规划。可见，智能网联汽车成为关联众多重点领域协同创新、构建新型交通运输体系的重要载体，而移动车联网是智能网联汽车终端通信的纽带，满足了智慧出行的基本要求。但是，车载终端如何在高速行驶过程中合理有效地利用移动车联网无线网络资源，提高移动车联网在移动场景下的传输服务质量，依然是当前国内外学术界研究的重点［7-10］。

在“智慧出行”理念引导下，车载设备逐渐配备了多个网络接口，以满足其安全驾驶、自动辅助驾驶以及车载娱乐等多样化的用户需求。但是，移动车联网本身是由一组移动或固定的无线节点组成，节点具有高速运动无规律且链路不稳定等特点，使得现有的车载系统数据传输机制效率低下。并且，现有传统通信机制缺乏对设备多网络接口特性的考虑，忽略了车载节点可优化传输服务的潜质。针对上述问题，国内外学者对车联网通讯进行了广泛讨论［11-14］，刘委等［15］设计一套基于物联网的运输信息服务系统，该系统架构优化需在底层重构以实现平台兼容性；龙银江等［16］提出一种基于网络切片的车联网联合资源分配算法，该方案针对V2I 下行链路不同文件传输的差异化服务质量需求，以优化系统车辆下载文件平均时延为目标，在一定程度上满足了车载应用传输服务差异化传输需求，但是该方案仍未实现并行数据传输，未能充分发挥车载节点的传输特性。因此，如何通过移动车联网保障车载节点高质高效且稳定地并行通信是未来车联网中的关键问题。

2 多路径传输技术

MPTCP 协议是传输控制协议的扩展，其主要思想是借助多宿主终端多网络接口能力，使终端设备能够同时接入多个网络并行传输数据，实现多条链路的带宽资源拟合，从而提高应用数据传输速率，并且最大化网络资源利用率。同时，MPTCP 借助标准的TCP 接口隐藏多路径接口，实现对应用层的向上兼容，即应用程序不需作任何更改即可使用MPTCP 实现多路径并行传输［17］。

MPTCP 技术旨在研究如何利用多宿终端之间多条链路进行数据并行传输，实现链路带宽拟合、网络负载均衡以及路径动态切换，有效提升网络传输性能［18-19］。因此，在并发多路径传输机制支持下，MPTCP 为高速移动的车载节点在移动车联网传输服务中的性能改进、带宽聚合和容错等应用场景优化提供了可能。例如，在车联网传输调度方面，为了实现应用数据并行传输，MPTCP 允许在车联网连接中同时建立多个子流连接，并通过拥塞均衡的路径机制实现对子流资源的有效管理，为实现车联网应用数据的并行传输和保证各子流之间的公平性提供了潜力［4］。

3 融合多路径传输技术的移动车联网传输机制

引入先进传输技术，提升现有车载设备通信性能，是移动车联网未来发展必然趋势。MPTCP 与现有移动车联网融合，为车联网处理大规模车载应用数据，如流媒体、交通控制等实时性、交互性和个性化车载应用提供可能，如图1 所示。它可以有效发挥车载设备的多宿主特性，通过拟合车联网链路带宽，实现车载节点数据并行传输，提高移动车联网传输性能。

Fig.1 Based-MPTCP mobile Internet of vehicles system architecture图1 融合MPTCP 的移动车联网系统架构

3.1 移动车联网多路径并行数据传输步骤

融合MPTCP 的移动车联网主要通过以下步骤完成数据并行传输：

（1）建立车载节点和车联网通讯连接。移动车联网的MPTCP 连接与标准TCP 一致，通过3 次握手机制规则建立连接。

（2）新增车载节点子流连接。在步骤（1）建立的MPTCP 连接中，利用MPTCP 允许同时建立多条链路并行传输的特性，充分发挥车载节点多宿主接口优势。即同时建立多条和通讯网络相连的传输子流，子流连接建立和MPTCP 连接建立过程相似，只是将MPTCP 建立连接时的选项变成MP_JOIN，用于标识当前操作是添加子流。子流建立后，当高速运动的车载节点出现当前链路通讯不佳状况时，可以通过路径切换机制无缝切换成其它链路继续完成数据传输，且无需重新传输之前中断链路传递的数据包。

（3）车联网数据包传递。融合MPTCP 移动车联网数据包传输依然采用标准TCP“按序提交”原则，并新增子流管理机制和扩展TCP 的重传机制及拥塞控制机制。

（4）关闭连接。MPTCP 将数据传输完成的信息通知给接收端后，每个子流通过标准TCP 协议的FIN 选项关闭连接。

3.2 主要优势

融合MPTCP 的移动车联网具有以下优势：

（1）可靠的传输性能。由于MPTCP 实现了多路径并行传输，可以充分利用车载设备配备的多网络传输接口，同时并发传输数据，能够在高速移动的车载节点发送链路故障时，重新分配资源，快速修复数据传输，进而提高车辆通信的可靠性。

（2）灵活的链路无缝切换。移动车联网属于高速移动的无线网络，车载节点在行驶过程中会频繁切换接入信号，从而导致连接失败的情况时常发生。融合MPTCP 的移动车联网具备MPTCP 的多宿主、多流特性，在接收端和发送端之间建立了多条传输链路，路径切换机制会根据传输链路质量实现车联网链路无缝移动切换，能有效减少路径切换对车联网传输通讯吞吐量的影响。

（3）兼容性和扩展能力。融合MPTCP 的移动车联网对外通过TCP 承接应用层，使得该技术部署无需额外修改车载设备软硬件程序，新接入设备只要支持传统传输协议即可便捷接入，兼容性强。

4 融合MPTCP 的移动车联网应用前景

融合MPTCP 的移动车联网能够支持车载系统实现传输链路无缝切换及数据包动态调度，有效提升现有移动车联网的传输性能。MPTCP 通过每个子流同时传输数据，能够聚合带宽并提高其容量，为车载节点通信提供有力支撑，使得移动车联网可以同时建立多条通讯链路，更好地促进车载系统稳定、高效运行。同时，MPTCP 对外承接使用标准TCP 接口，隐匿了MPTCP 多子流接口，实现了对应用层的透明性，新老车载设备无须调整即可直接将其融入车联网系统，发挥多路径并行传输性能优势。

5 结语

随着车载设备的网联化，人们对内容丰富、实时性强以及安全性稳定的车联网内容服务（如流媒体服务、安全控制服务）需求越来越高。本文提出融合MPTCP 的移动车联网传输机制，旨在为未来车联网传输性能优化提供有益参考。为了进一步验证该思想，研究组正着手搭建基于NS2［20］的网络仿真平台，对融合MPTCP 的移动车联网传输性能作进一步探究，为MPTCP 协议在移动车联网的实际部署及应用打好基础。