配备毫米波无线电的智能手机上的多路径TCP实验评估

54毫米波智能手机中的多路径TCPImran Khan1，Moinak Ghoshal1，Shivang Aggarwal1，Dimitrios Koutsonikolas1，JoergWidmer21美国东北大学，2西班牙IMDEA网络摘要众所周知，毫米波链路对人为阻塞和客户端移动性的敏感性最近促使研究人员提出在双频带商用现成设备中利用802.11ad无线电（在60 GHz频带中操作）和传统802.11ac无线电（在5 GHz频带中操作）两者来模拟提供Gbps吞吐量和可靠性的方法。一种这样的方法是通过多路径TCP（MPTCP），这是一种对应用程序透明并且不需要对底层无线驱动程序进行更改的传输层协议。然而，MPTCP（以及其他捆绑方法）迄今为止仅在具有膝上型计算机客户端的60 GHz WLAN中进行了评估。在这项工作中，我们第一次端口的MPTCP源代码的双频智能手机配备了802.11ad和802.11ac无线电。我们将讨论我们面临的挑战以及使手机能够支持Gbps数据速率并产生最佳MPTCP吞吐量所需的系统级优化（即，两个无线电设备的各个吞吐量之和）。我们还首次评估了双频802.11ad/ac智能手机中MPTCP的功耗，并为能量感知MPTCP调度器的设计提供了建议。 我们公开了我们的源代码，以便其他研究人员能够在配备毫米波无线电的智能手机中试验MPTCP。CCS概念• 网络→传输协议;无线局域网;·以人为中心的计算→智能手机。ACM参考格式：伊姆兰·汗，莫伊纳克·戈沙尔，希旺·阿加瓦尔，迪米特里奥斯·库索尼科拉斯，约尔格·威德默.2022.多路径TCP在配备毫米波无线电的智能手机。 在第15届ACM无线网络测试床研讨会上，实验评估&特性化（WiNTECH '21），2022年1月31日至2月4日，美国路易斯安那州新奥尔良。ACM，美国纽约州纽约市，7页。https://doi.org/10.1145/3477086.34808391介绍新兴的一类智能手机应用，例如移动增强/虚拟现实（AR/VR）、Miracast和UHD视频流，需要来自底层无线网络的Gbps数据速率例如，8K分辨率VR需要1.2 Gbps [29]，以便允许免费制作本作品的全部或部分的数字或硬拷贝，以供个人或课堂使用，前提是制作或分发副本的目的不是为了盈利或商业利益，并且副本的第一页上有本声明和完整的引用。必须尊重作者以外的其他人拥有的本作品组件的版权。允许使用学分进行摘要以其他方式复制、重新发布、在服务器上发布或重新分发到列表中，需要事先获得特定许可和/或付费。 请求权限请发邮件至permissions@acm.org。WiNTECH©2022版权归所有者/作者所有。授权给ACM的出版权ACM ISBN 978-1-4503-8703-3/22/01。. . 15美元https://doi.org/10.1145/3477086.3480839满足20 ms的光子到运动延迟，而30 FPS的实时4K视频流需要1.8 Gbps [13]才能获得良好的用户QoE。虽然过去无法支持如此严格的无线网络性能要求，但近年来毫米波技术的出现使Gbps无线数据速率变得触手可及，并有望实现这些要求苛刻的应用。例如，IEEE 802.11ad WLAN标准[25]管理60GHz左右的未授权频谱的使用，并支持2 GHz宽的信道，以提供高达6.7 Gbps的PHY数据速率。在过去的几年中，已经发布了多种符合802.11ad的商用现货（COTS）设备，包括AP [6，8]、膝上型计算机[1]以及最近的智能手机[2，7]。同样，在过去的一年里，市场上推出了许多配备28GHz和39 GHz 5GNR接口的智能手机，最近的研究[30- 32 ]报告称，商用蜂窝网络的速度高达3 Gbps。尽管如此，由于高传播和穿透损耗，毫米波频率下的通信面临着根本性的挑战，并且定向传输的使用使得链路容易受到人为阻塞和客户端移动性的破坏。尽管已经提出了许多PHY和MAC层增强（例如， [22，23，47，48]），毫米波链路的数据速率会大幅波动且不可预测[9，10，13，40]。因此，期望无处不在的毫米波覆盖是不现实的，类似于WiFi或LTE等低于6 GHz的技术所提供的覆盖。因此，研究人员最近提出捆绑毫米波和传统WiFi接口[13，39]，以同时提供多Gbps数据速率（通过在两个接口可用时联合使用）和可靠性（通过在毫米波连接不可用时回退到传统WiFi接口）。虽然这种捆绑可以在协议栈的不同层实现，但在我们之前的工作中[39]，我们通过多路径TCP（MPTCP）探索了一种通用的传输层解决方案，MPTCP是一种标准传输层协议，它与运行在TCP上的未修改的应用程序一起工作。与试图在MAC层实现类似功能的解决方案相比，通过802.11ad的快速会话传输（FST）[46]或Linux绑定驱动程序[13]，MPTCP对应用程序是透明的，并且已经提供了在接收器处重新排序来自不同接口的数据包的机制，以便提供有序的数据流，类似于TCP。因此，它不需要修改应用程序或底层无线驱动程序。在[39]中，我们证明了具有默认minRTT调度的MPTCP可以在静态场景下在双频带5/60 GHz WLAN中实现接近最佳的性能，但是它不能在涉及干扰、移动性或阻塞的动态场景下提供两个接口的和速率。然后，我们设计了MuSher，这是一种MPTCP调度器，通过基于吞吐率的调度来解决性能下降的根本原因，并允许MPTCP在各种各样的用例下接近最佳地执行。尽管如此，WiNTECHImran Khan，Moinak Ghoshal，Shivang Aggarwal，Dimitrios Koutsonikolas，JoergWidmer55在毫米波链路上的MPTCP的性能仅使用膝上型计算机作为客户端来评估。考虑到智能手机在当今WLAN中的普及以及大多数带宽需求应用（AR、VR、Miracast）以智能手机用户为目标的事实，评估MPTCP在配备有毫米波无线电的智能手机中的性能是重要的。事实上，在动态场景中对毫米波性能的担忧在智能手机的情况下更为明显[9，10]，因为其外形尺寸较小，这增加了自阻塞的概率并限制了相控阵列元件的数量，导致天线增益降低和传输范围缩小。此外，还存在与资源受限的移动设备处理Gbps流量速率的能力相关的问题[27]。 尽管在我们之前的工作中[9，10]，我们表明配备802.11ad 无线电的现代智能手机可以支持高达1.6Gbps，但由于联合使用两个无线电，使用MPTCP将导致更高的速率。此外，在智能手机的情况下，功耗是一个严重的问题，因为联合使用两个无线电可以迅速耗尽设备的电池。因此，专为笔记本电脑设计的捆绑解决方案[13，39]只关注吞吐量最大化，可能不适合智能手机。在这项工作中，我们采取了第一步填补这一空白的端口，第一次的MPTCP源代码的智能手机配备了802.11ad无线电。我们讨论了我们面临的挑战以及我们为确保手机产生最佳性能而采取的步骤两个无线电的各个吞吐量的总和）。 我们公开了MPTCP源代码，使其他研究人员能够在毫米波WLAN中试验MPTCP。 我们还首次评估了双频802.11ad/ac智能手机中MPTCP的功耗，并对能量感知MPTCP调度器的设计提供了建议。2器械和实验方法我们将MPTCP移植到华硕ROG Phone II [7]。这款手机是华硕ROG手机的继任者，ROG手机是第一款采用802.11ad芯片组的商用智能手机。 ROG Phone II由Snapdragon 855+八核处理器提供动力， 配 备 12 GB RAM 和 6000 mAh 电 池 。 它 支 持 所 有802.11ad单载波（SC）MCS（1-12），对应的PHY数据速率为385Mbps至4.6 Gbps。然而，在实践中，最大TCP吞吐量被限制在约1.6 Gbps [9，10]。这款手机还配备了高通公司的802.11ac芯片组，支持所有802.11ac MCS（0-9），信道宽度为20/40/80MHz，以及2个空间流（SS），产生的PHY数据速率从6.5Mbps到866 Mbps。在 我 们 的 评 估 中 ， 我 们 使 用 双 频 802.11ad/ac NetgearNighthawk X10 Smart WiFi路由器[6]作为接入点。它通过10G LAN SFP+接口连接到Dell Precision Tower3620，后者充当MPTCP服务器。我们使用iperf3生成TCP流量，并每100 ms记录一次吞吐量。我们通过记录手机从电池中汲取的电压和电流来测量/sys/class/power supply/battery目录。所有的第1https://github.com/NUWiNS/ROGII_MPTCP/tree/master功率测量是在屏幕打开和最小背景活动的情况下进行的。这可确保基本功率（定义为屏幕打开但所有无线电都关闭时手机消耗的功率）较低且随时间推移保持稳定。 功效结果相对于基础功效。所有实验都在夜间进行，以避免其他设备的干扰它们是用充满电的电池完成的，在实验过程中电池电量下降不超过5%。3将MPTCP移植到ROG PHONE II在本节中，我们将介绍MPTCP在华硕ROG Phone II上的实现，以及我们为实现最佳性能而必须克服的挑战3.1执行华硕ROG Phone II运行基于Linux内核版本4.14.191的AndroidOS 10。我们将Linux内核版本4.14.184的MPTCP v0.94 [5]移植到ROG Phone II上的Android内核我们使用华硕ROGPhoneII的公开版本的内核源代码[3]作为我们的基础。为了在这个内核上成功启用MPTCP，我们需要将MPTCP和通用Linux内核的两个不同部分的代码移植到Android内核。首先，我们将主MPTCP树添加到基本内核（整个net/mptcp/目录）。然而，除此之外，MPTCP还需要改变许多现有的TCP模块，这些模块构成了Linux内核的TCP网络堆栈（在net/ipv4/，net/core/等）。因此，我们必须仔细检查为MPTCP修改/添加的所有结构和功能，在我们的Android Linux内核中进行相应的更改其次，由于Android内核和MPTCP内核之间的Linux内核版本不匹配，我们不得不对内核的其他非TCP/MPTCP部分进行更改。这里的挑战来自于这样一个事实，即Android版本的Linux内核和通用Linux内核存在一些差异[4]。因此，我们必须再次仔细检查内核中的每个文件，并将这些更改应用到我们的内核中，同时确保我们不会无意中篡改代码的Android相关部分对于第一次评估，我们实现了[ 39 ]中的FixedRatio MPTCP调度器，它根据用户定义的比率将数据包分配给两个接口。 该选择允许我们（i）消除调度决策对MPTCP性能的影响，并专注于影响性能的智能手机特定挑战（第3.3、3.4节），以及（ii）实验不同的分组分配比率，并评估分组分配比率对能耗的影响（第4.2节）。总而言之，在所有上述更改之后，我们将大约15000多行代码导入到Android Linux内核。3.2基线评价我们测量的上行链路和下行链路的吞吐量与手机保持静态1米远的AP与802.11ad相阵列面对的AP。在下行链路方向（从AP到智能手机），在此设置中，单路径TCP（SPTCP）的吞吐量在802.11ad接口上为1600 Gbps，在802.11ad接口上为600Gbps。毫米波智能手机中的多路径TCPWiNTECH56802.11ac802.11adMPTCP≈∗2.51.02.00.81.50.61.00.50.0下行链路上行链路0.40.20.01.8 1.9 2.0 2.1 2.2吞吐量（Gbps）图1：MPTCP吞吐量比较。802.11ac接口上的Mbps在上行链路方向上，相应的值为1450Gbps和600 Mbps。因此，我们预期下行链路MPTCP吞吐量约为2200 Gbps，上行链路吞吐量约为2050 Gbps。 在[39]中，我们证明了存在两个接口的最佳分组分配比，该最佳分组分配比通过两个接口上的各个吞吐量的比率来最大化吞吐量。例如，在我们针对下行链路方向的设置中，其中两个吞吐量的比率������������������������������������ 为 1600 ： 600 2 。 7 ， 这 个 比 例 是������ ：������= 73：27 = 2。7，即，对于每100个分组，应当通过802.11ad接口发送77个分组，并且应当通过802.11ac接口发送剩余的23个分组 对于上行链路方向，最佳比率为70：30，因为上行链路802.11ad吞吐量较低（1450 Gbps vs. 1600 Gbps）。 我们在我们的FixedRatio调度器中设置这两个比率来评估MPTCP的性能。图图1示出了在20次运行中的平均MPTCP吞吐量以及在上行链路和下行链路方向上的每个接口上的平均个体吞吐量。此图和以下所有图中的误差条显示标准偏差。我们观察到，MPTCP确实可以在上行链路方向上实现最佳性能。然而，在下行链路中，MPTCP仅实现约1810Mbps的平均吞吐量（最优的82%）。在下文中，我们讨论了MPTCP为了实现最佳下行链路性能而必须克服的两个挑战。3.3通用接收卸载我们发现，下行链路性能欠佳的原因是MPTCP默认情况下禁用802.11ac接口上的Linux通用接收卸载（GRO）功能。在我们之前的工作中[11]，我们证明了GRO对于在配备802.11ad接口的智能手机中实现Gbps数据速率至关重要。 虽然在没有GRO的情况下，使用SPTCP可以单独支持802.11ac接口上高达600 Mbps的速率，但必须在两个接口上启用GRO，以获得最佳的MPTCP性能 。 在 对 新 TCP 流 （ 或 MPTCP 子 流 ） 执 行 GRO 之 前 ，802.11ac驱动程序通过调用函数hdd_can_handle_receive_offload 检 查 芯 片 组 是 否 支 持GRO。此函数检查流是否为TCP流，因为UDP流不支持GRO奇 怪 的 是 ， 在 ROG Phone II 上 ， 此 检 查 （ 通 过 函 数QDF_NBUF_CB_RX_TCP_PROTO）失败，因此，GRO不图2：不同CPU设置下MPTCP吞吐量的CDF。采用因此，我们必须绕过此检查，为MPTCP子流的802.11ac接口启用GRO。 通过802.11ac接口启用GRO后，平均吞吐量为2Gbps，与GRO关闭情况相比提高了10%。3.4SIRQ处理虽然在802.11ac接口上启用GRO可提高吞吐量，但吞吐量仍不理想。图图2示出了GRO开启（默认设置）的20个下行链路MPTCP吞吐量测量的CDF 我们观察到的吞吐量中位数为2.01 Gbps（最佳值的91%）;此外，7/20次运行导致吞吐量值低于2 Gbps，最小值为1.8 Gbps。为了探索次优性能的根本原因，我们研究了软IRQ（SIRQ）处理，它占Gbps速率下积压流量下总CPU利用率的很大一部分[11]。华硕ROG Phone II配备了定制版的Snapdragon 855处理器，称为Kryo 485。 该芯片组共有8个CPU核心。其中，有一个运行在2.84 GHz的prime核心2.42千兆赫我们称之为大核。 还有四个以1.8 GHz工作的高效内核，我们称之为LITTLE内核。msm_irqbalance进程负责将中断请求（SIRQ）调度到CPU。我们发现，无论何时将SIRQ调度到LITTLE内核，吞吐量都不会超过2 Gbps。为了快速测试将SIRQ调度到LITTLE核心导致较低性能的假设，我们通过将/sys/devices/system/cpu/cpu*/online标志设置为0来手动禁用4个LITTLE核心，其中=0， 1， 2， 3对应于LITTLE核心的索引图2的结果显示了实质性的改进;现在的中位吞吐量为2.13 Gbps（最佳值的96.8%），最大值为2.2 Gbps。此外，只有3/20的值低于2 Gbps，最小吞吐量也增加到1.92 Gbps，这证实了CPU亲和性确实是实现最佳性能的关键与手动关闭8个内核中的4个内核不同，更实用的解决方案是停止msm_irqbalance进程，并通过将/proc/irq/X/smp_affinity设置为指示大内核的相应位图“f0”来控制CPU亲和性这里，“X”是我们通过查看位于/proc/interrupts. 这种方法还允许其他更少的CPU将SIRQ设置为大核小核禁用默认设置吞吐量（Gbps）CDFWiNTECHImran Khan，Moinak Ghoshal，Shivang Aggarwal，Dimitrios Koutsonikolas，JoergWidmer57500040003000200010000默认LITTLE核心残疾将IRQ设置为大内核上行链路（图4a）。利用这两个接口与正确的数据包调度比产生32%的吞吐量增加，只有1.4%的能源成本增加。然而，这一发现对于上行链路方向是不正确的，如我们在图1和图2中观察到的4c，4d。这里，吞吐量最佳比率为70：30，但能量最佳比率为90：10，因为802.11ad无线电的Tx功耗要低得多，如我们在第4.1节中所解释的。尽管如此，吞吐量最优比率和能量最优比率之间的能量成本差异很小;吞吐量最优比率导致25%的吞吐量增加，而能量成本仅增加12%。我们的结论是，在积压的流量，吞吐量的最佳比率应选择，即使在能源意识的设计，因为它也会导致接近最佳的能源成本。无积压流量。[39]中的工作仅关注积压的流量。我们现在探讨非积压流量的情况图3：MPTCP功耗。要求高的任务，由小核心处理，并导致额外的性能提高，如图所示二、现在，吞吐量中值为2.15 Gbps（最佳值的97.7%），最小吞吐量为1.98 Gbps（最佳值的90%）。4能效在本节中，我们评估了MPTCP功耗和能效，并对能量感知的MPTCP调度器提出了建议。4.1整体功耗图3示出了上行链路和下行链路方向上的总功耗 在下行链路方向上，我们考虑3种不同的CPU配置：默认配置、禁用LITTLE内核的配置以及启用所有内核但将SIRQ处理分配给大内核的配置。将结果平均5次运行。在所有三种配置中，下行链路有趣的是，与默认配置相比，将SIRQ分发到大CPU核心只会导致功耗的小幅增加。另一方面，上行链路功耗比下行链路功耗高56%，这主要是由于802.11ac无线电的非常高的Tx功耗[10]。在积压流量下，ROG Phone II中的802.11ac无线电在Tx模式下消耗2800 mW，而802.11ad比率仅消耗1600 mW，尽管数据速率要高得多相比之下，Rx模式下的功耗对于802.11ac无线电设备约为1100 mW，对于802.11ad无线电设备约为2200 mW。4.2能效在本节中，我们将探讨使吞吐量最大化的分组调度比率是否也是最节能的比率。 我们再次使用FixedRatio调度器来测量每个比特的能量（以nJ/比特为单位），其被定义为针对不同分组调度比率的功耗与吞吐量的比率。积压的交通。 结果见Fig. 图4a、4b确认了在下行链路方向上，在通过两个接口调度分组的所有配置中，使吞吐量最大化的比率也导致最小的能量成本。 尽管仅使用802.11ad接口（即，比例为100：0）导致略低的能源成本（图4b），此配置仅导致1.6Gbps在每个方向上使用三个代表性的源数据速率：在下行链路情况下为1750/1500/500 Mbps;在上行链路情况下为1750/1400/500Mbps。第一个数据速率需要使用两个接口，第二个可以单独使用802.11ad接口来满足，第三个可以单独使用802.11ac来满足图图5、图6和图7分别示出了针对三个源数据速率中的每一个改变分组调度比率的吞吐量和能量成本。图图5a和5c、图6a和6c、图7a和7c示出，对于非积压业务，存在多于一个的满足业务需求的比率。特别是，在流量需求低于两个接口中较慢的接口的带宽的情况下（图1和2）。 7a和7c），可以以任何比率满足交通需求。然而，每种比率的能量成本是不同的，如图1和2所示。5b和5d，6b和6d，7b和7d。在下行链路的情况下，我们发现，当流量需求高于更快的接口的带宽，最节能的数据包比率是一个充分利用802.11ac接口。这是因为在Rx模式下，802.11ac无线电比802.11ad无线电功耗更低[10]。例如，对于1750Mbps的流量需求（图1和图2），图5a、5b），最节能的比率是66：34，这导致经由802.11ac接口下载600Mbps， 并 且 经由 802.11ad 接 口下 载 剩 余的 1750 - 600 = 1150Mbps。另一方面，当流量需求可以通过单个接口满足时（图1和图2），在图6a、6b和7a、7b中示出的情况下（例如，图6a、6b和7a、7b中示出的情况），最节能的选项是使用单个接口，并且经由功率节省模式（PSM）使另一 在源数据速率为1500 Mbps的情况下，只有802.11ad接口可以单独满足流量需求，并且最节能的比例是100：0（图1）。6 b）。相比之下，如果源数据速率为500 Mbps，两个接口都可以满足流量需求，但最节能的选择是仅使用802.11ac（图中的比率为0：100）。7b），这是较少的功率饥饿。由于802.11ad无线电的Tx功耗比802.11ac无线电低得多，因此在上行链路情况下情况不同 当流量需求高于更快接口的带宽时，最节能的数据包比率是充分利用802.11ad接口的数据包比率。例如，对于1750Mbps的流量需求（图1和图2），5c，5d），最高能效比为83：17，这导致经由802.11ad接口下载1450Mbps，并且经由802.11ac接口下载剩余的1750 - 1450 = 300 Mbps。相反，当交通需求可以功率（mW）毫米波智能手机中的多路径TCPWiNTECH58吞吐量（Mbps）吞吐量（Mbps）吞吐量（Mbps）吞吐量（Mbps）能量/位（nJ/位）能量/位（nJ/位）能量/位（nJ/位）能量/位（nJ/位）25002000150010005007250076 620005 54150043100032 25001 100102030405060707380901000001020304050607080901000数据包/100（802.11ad）(a) 发射，下行。010203040506070738090100数据包/100（802.11ad）(b) 能源成本，下行链路。数据包/100（802.11ad）(c) 上传，上传。0102030405060708090 100数据包/100（802.11ad）(d) 能源成本，上行链路。图4：MPTCP吞吐量和能量/比特与不同比率的积压流量。25002000150010005007250076 620005 54150043100032 25001 1001020304050606670809010000010203040506066708083901000数据包/100（802.11ad）(a) 发射，下行。010203040506066708090100数据包/100（802.11ad）(b) 能源成本，下行链路。数据包/100（802.11ad）(c) 上传，上传。010203040506066708083 90100数据包/100（802.11ad）(d) 能源成本，上行链路。图5：源数据速率为1750 Mbps时，MPTCP吞吐量和能量/比特具有不同的比率源数据速率要求使用两个接口。25002000150010005007250076 620005 54150043100032 25001 100102030405060708090100000102030405055607080901000数据包/100（802.11ad）(a) 发射，下行。0102030405060708090100数据包/100（802.11ad）(b) 能源成本，下行链路。数据包/100（802.11ad）(c) 上传，上传。010203040505560708090100数据包/100（802.11ad）(d) 能源成本，上行链路。图6：源数据速率1500 Mbps（DL）和1400 Mbps（UL）的MPTCP吞吐量和能量/比特的不同比率。源数据速率可以单独使用802.11ad来满足。25002000150010005007250076 620005 54150043100032 25001 1001020304050607080901000001020304050607080901000数据包/100（802.11ad）(a) 发射，下行。0102030405060708090100数据包/100（802.11ad）(b) 能源成本，下行链路。数据包/100（802.11ad）(c) 上传，上传。0102030405060708090 100数据包/100（802.11ad）(d) 能源成本，下行链路。图7：源数据速率500 Mbps时不同比率的MPTCP吞吐量和能量/比特仅使用802.11ac就可以满足源数据速率如果单个接口无法满足，则最节能的选择是仅使用802.11ad无线电（图 6d和7d）。MPTCP备份模式。 当一个接口可以满足流量需求时，可以使用基于比率的调度器将零个数据包分配给另一个接口，或者使用MPTCP备份模式，该模式仅使用一个接口并仅在第一个接口上的连接中断时才回退到另一个接口。图图8比较了在两个接口中的每一个上的积压业务的情况下，当另一个接口（i）被分配0个分组以及（ii）被设置为备份模式时，对于不同的源数据速率，总Rx功耗。我们观察到，两者的功耗非常相似因此，在能量感知调度器的设计中可以使用它们中的任一种方法建议. 图中的流程图图9示出了用于结合802.11ad和802.11ac接口的智能电话的能量感知MPTCP调度器的设计的一组指导方针。调度器需要知道应用流量需求和每个接口上支持的最大数据速率。可以在线估计应用业务需求，例如， 通过监控每个接口上发送的字节数，如[39] 所示。一个潜在的设计可 以总是从MuSher调度器开始[39]，吞吐量（Mbps）吞吐量（Mbps）吞吐量（Mbps）吞吐量（Mbps）能量/位（nJ/位）能量/位（nJ/位）能量/位（nJ/位）能量/位（nJ/位）WiNTECHImran Khan，Moinak Ghoshal，Shivang Aggarwal，Dimitrios Koutsonikolas，JoergWidmer592250200017501500125010007505000 250 500 75010001250 1500源数据速率（Mbps）5相关工作许多工作已经评估了各种场景下MPTCP性能的不同方面，例如，[14、18、20、37、38、44]。此外，研究人员已经提出了大量的MPTCP编码器，例如，[12、19、24、26、34、35、42、45]。所有这些作品使用模拟/仿真或台式机/笔记本电脑在他们的评估实验，他们不处理的挑战时，出现在资源受限的移动设备上实现MPTCP。例如，所有这些工作（除了[18]）都集中在MPTCP的性能优势上，而忽略了能耗。一组较小的作品研究了智能手机上的MPTCP [15所有这些工作都集中在捆绑WiFi接口和蜂窝接口（3G或LTE），这是一个与我们在这项工作中考虑的场景非常不同的场景（将传统WiFi与60图8：当一个接口（i）分配0个数据包或（ii）设置为备份模式时，另一个接口在不同源数据速率下的Rx功耗(a) 下行流量。(b) 上行链路流量。图9：能量感知MPTCP调度器的设计指南。 802号11802 .11分别是802.11ad和802.11ac支持的最大速率。其在线搜索使吞吐量最大化的分组分配比率，并且将在稳定状态下（在搜索发现最佳比率之后）利用MuSher实现的吞吐量与每个接口所支持的最大数据速率进行比较，以便选择最节能的配置。每个接口上的最大数据速率可以是硬编码的（所有COTS 60GHz设备支持1.6Gbps的最大数据速率，并且大多数802.11ac智能手机支持2x2 MIMO和80 MHz信道宽度，导致600Mbps的最大数据速率，类似于ROG Phone II）或经由基于探测的技术估计的（例如，[28]）。GHz）。蜂窝和WiFi无线电在RTT和功耗方面具有非常不同的特性（例如，在3G/LTE中存在尾状态），这影响性能感知和能量感知MPTCP路由器的设计 这种异质性在802.11ac和802.11ad接口中不存在，使得这种情况下的能量感知型路由器的设计更加简单（参见第4.2节）。 另一方面，较旧的802.11标准（802.11b/a/g/n）和3G/LTE标准的组合数据速率低到甚至可以由较老一代的移动电话处理。相比之下，802.11ad引入的Gbps数据速率甚至对现代智能手机也构成了挑战，并且需要对MPTCP进行操作系统优化（第3.3、3.4节）以获得最佳性能。在涉及毫米波链路的网络中利用MPTCP的工作很少 一些作品[33，46]简要探讨了在双频5/60 GHz WLAN中使用MPTCP，并表明它通常会导致比单独使用802.11ad接口更低的性能。相比之下，我们之前的工作[39]以及[13]中的工作表明，5 GHz和60GHz无线电可以有效地捆绑在一起，以在传输层[39]或链路层[13]的智能调度下产生最佳性能。所有这些作品都是使用双频笔记本电脑进行评估的 据我们所知，这是第一个探索在双频5/60GHz智能手机中使用MPTCP的工作。6结论在本文中，我们第一次移植MPTCP到配备802.11ad无线电的智能手机，并使用FixedRatio MPTCP调度器进行了初步的性能评估。我们确定了在资源受限的移动终端中实现最佳性能所需的两个系统级优化，而在功能更强大的笔记本电脑中则不需要：在802.11 ac接口上启用GRO和将SIRQ处理调度到大型CPU内核。我们还首次评估了双频802.11ad/ac智能手机中MPTCP的功耗，并提供了一组设计能量感知MPTCP调度器的指导方针。作为我们未来工作的一部分，我们计划使用不同的MPTCP调度器在ROG Phone II上对MPTCP性能和能耗进行广泛的评估，包括默认的minRTT调度器和我们的基于吞吐率的MuSher调度器[39]，该调度器专门为功率（mW）11ac，比率设置为0：10011ac，11ad作为备份11ad，比率设置为100：0 11ad，11ac作为备份毫米波智能手机中的多路径TCPWiNTECH60将802.11ad和802.11ac无线电捆绑在涉及干扰、人为阻塞和实际智能电话用户移动性模式的各种动态SCE-NARIO中。 我们还计划在需要Gbps吞吐量的移动应用程序中评估MPTCP，例如AR，VR，Miracast和HD视频流。致谢这项研究工作部分由NSF资助CNS-1553447，西班牙科学与创新部（MI-CIU）资助RTI 2018 -094313-B-I 00（PinPoint 5G+）和马德里地区通过TAPIR-CM（S2018/TCS-4496）赞助。引用[1] [n.d.]。宏碁TravelMate P446-M。https://www.acer.com/ac/en/US/content/professional-series/travelmatep4.[2] [n.d.]。华硕Republic of Gamers（ROG）手机https://www.asus.com/us/Phone/www.example.com[3] [n.d.]。 华硕ROG Phone II Kirisakura Kernel.https://github.com/freak07/Kirisakura_Yoda/tree/master_q_exp_14[4] [n.d.]。Linux内核源码。https://github.com/torvalds/linux[5] [n.d.]。 MPTCP v0.94. https://github.com/multipath-tcp/mptcp/tree/mptcp_v0.94[6] [n.d.]。Netgear Nighthawk® X10。https://www.netgear.com/landings/ad7200[7] 网上华硕Republic of Gamers（ROG）Phone II。https://www.asus.com/us/电话/ROG-Phone-II/[8] [联机]。TP-Link Talon AD 7200多频段Wi-Fi路由器。我http://www.tp-link.com/us/products/details/cat-5506_AD7200.html啊[9] ShivangAggarwal，MoinakGhoshal，PiyaliBanerjee，andDimitriosKoutsoniko-las. 2021年 IEEE802.11ad在智能手机中的性能实验研究。Elsevier Computer Communications169（2021），220[10] Shivang Aggarwal ， Moinak Ghoshal ， Piyali Banerjee ， DimitriosKoutsonikolas，and Joerg Widmer.2021年智 能 手机中的802.11ad：能源效率，空间重用和对应用的影响。 在proc IEEE INFOCOM[11] Shivang Aggarwal ， Swetank Kumar Saha ， Pranab Dash ， Jiayi Meng ，Arvind Thirumurugan，Dimitrios Koutsonikolas，and Y.查理·胡2019年。海报：移动硬件能否跟上当今的千兆位无线技术？ 在ACM的Proc。[12] Sabur Hassan Baidya和Ravi Prakash 2014.利用慢路径自适应技术提高多路径TCP在异构路径 IEEE ICC.[13] Ghufran Baig ， Jian He ， Mubashir Adnan Qureshi ， Lili Qiu ， GuohaiChen，Peng Chen，and Yinliang Hu.2019年。Jigsaw：强大的实时4K视频流。 在ACM的Proc。[14] 放大图片作者：Yeon sup Lim，Richard J.作者：Erich M.Nahum，RaminKhalili，and Don Towsley.2013年。基于测量的无线网络多路径TCP性能研究。 在proc 关于ACM IMC[15] Quentin De Coninck ， Matthieu Baiden ， Benjamin Hesmans ， and OlivierBonaventure. 2015.海报：使用多路径TCP评估Android应用程序。在ACM的Proc。[16] Quentin De Coninck ， Matthieu Baiden ， Benjamin Hesmans ， and OlivierBonaventure. 2016年。智能手机上多路径TCP的初步分析 在proc 的PAM。[17] QuentinDeConinck ， MatthieuBaiden ， BenjaminHesmans ， andOlivierBonaventure. 2016年。通过多路径TCP观察真实的智能手机应用程序IEEE通信杂志，网络测试系列，54，3（2016年3月），88-93。[18] ShuoD