實(shí)現(xiàn)敏捷的端到端路徑管理和最佳帶寬分配

（中國(guó)AI網(wǎng) 2025年05月14日）數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于AR/VR等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用十分關(guān)鍵。在一項(xiàng)研究中，美國(guó)愛荷華州立大學(xué)提出了一種自適應(yīng)上下文感知多路徑傳輸控制協(xié)議（ACMPTCP），目標(biāo)是優(yōu)化多路徑傳輸控制協(xié)議（MPTCP）的性能，并用于數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)。

團(tuán)隊(duì)指出，ACMPTCP通過利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（DRL）實(shí)現(xiàn)敏捷的端到端路徑管理和最佳帶寬分配，解決了傳統(tǒng)MPTCP的局限性，促進(jìn)了不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路徑調(diào)整。

數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的快速發(fā)展，特別是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了前所未有的需求。相關(guān)應(yīng)用需要高帶寬、超低延遲和一致的服務(wù)質(zhì)量（QoS）來提供無縫的沉浸式體驗(yàn)。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如TCP往往難以滿足嚴(yán)格的要求，特別是在高動(dòng)態(tài)和多樣化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于單路徑傳輸，不足以滿足高帶寬，低延遲要求，高延遲敏感性等。相關(guān)限制使得TCP在動(dòng)態(tài)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和現(xiàn)代應(yīng)用程序（如AR/VR）的苛刻性能需求中不太有效。

MPTCP是一種潛在的解決方案，它可以處理高帶寬、低延遲應(yīng)用程序的需求，允許同時(shí)使用兩臺(tái)主機(jī)之間的多條網(wǎng)絡(luò)路徑。然而，盡管MPTCP在一定程度上提高了帶寬方面的性能，但它對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)條件的響應(yīng)非常慢（例如可能執(zhí)行效率低下和鏈路不平衡），缺乏上下文感知以及擁塞控制能力較差，這使得它們不適合帶寬增加的應(yīng)用，例如AR/VR等。

所述缺點(diǎn)限制了MPTCP滿足AR/VR嚴(yán)格性能需求的能力，而快速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化和有效管理帶寬對(duì)于無縫、高質(zhì)量的用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。

為了解決TCP和MPTCP的局限性，美國(guó)愛荷華州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了用于AR/VR內(nèi)容的自適應(yīng)上下文感知多路徑傳輸控制（ACMPTC）系統(tǒng)。

ACMPTC通過集成深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（DRL）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能和動(dòng)態(tài)路徑管理和帶寬分配，從而改進(jìn)了當(dāng)前的MPTCP解決方案。這種新穎的方法使ACMPTC能夠快速響應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)條件，而這對(duì)于保持高質(zhì)量的AR/VR流媒體體驗(yàn)至關(guān)重要。

ACMPTC提高其性能的關(guān)鍵特性主要包括，選擇具有低延遲和數(shù)據(jù)包丟失的路徑。它帶來了一個(gè)基于DRL的代理，可以適應(yīng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并計(jì)算動(dòng)態(tài)的最優(yōu)選擇。另一方面，反饋循環(huán)允許實(shí)時(shí)路徑選擇和資源分配，即便在不同的網(wǎng)絡(luò)條件下都能持續(xù)優(yōu)化，提供流暢的AR/VR體驗(yàn)。

為了支持6G高級(jí)傳輸需求的多路徑網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，團(tuán)隊(duì)引入了ACMPTC系統(tǒng)來優(yōu)化AR/VR多媒體應(yīng)用的性能，如圖2所示。ACMPTC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化了AR/VR多媒體應(yīng)用的路徑選擇、擁塞控制、帶寬分配、反饋機(jī)制和上下文感知。

模型在以下假設(shè)下運(yùn)行：

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)力學(xué)：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的，受外部條件和用戶交互波動(dòng)的影響，而波動(dòng)會(huì)影響每條路徑的狀態(tài)，特別關(guān)注AR/VR內(nèi)容交付參數(shù)。

實(shí)時(shí)信息和反饋循環(huán)：假設(shè)AR/VR內(nèi)容是動(dòng)態(tài)演變。所以，ACMPTC利用實(shí)時(shí)洞察和反饋，不斷優(yōu)化路徑選擇和帶寬分配策略，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。

持續(xù)適應(yīng)和學(xué)習(xí)：ACMPTC系統(tǒng)包含一個(gè)強(qiáng)大的框架，可以持續(xù)適應(yīng)和學(xué)習(xí)。這確保了它與新興的AR/VR技術(shù)一起發(fā)展，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能并保持QoS。

為了模擬ACMPTC模型，團(tuán)隊(duì)使用了360-degree Video Streaming數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集包含所有網(wǎng)絡(luò)條件下的360度VR視頻軌跡，所以非常適合評(píng)估各種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)ACMPTC協(xié)議。數(shù)據(jù)集包含模擬ACMPTC模型所需的特征，涉及多種視頻比特率和分辨率：從1mbps到20mbit /s的規(guī)模，不同類型的視頻（分辨率從標(biāo)準(zhǔn)清晰度到超高清）。

在不同的網(wǎng)絡(luò)條件下，丟包數(shù)據(jù)在0%-5%之間變化，所以ACMPTC模型可以測(cè)試它如何響應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中常見的中斷，并設(shè)計(jì)有效的機(jī)制來處理不同級(jí)別的丟包。間序列數(shù)據(jù)非常有幫助，因?yàn)樗M了網(wǎng)絡(luò)條件和用戶交互的時(shí)間變化，這同時(shí)是測(cè)試ACMPTC實(shí)時(shí)適應(yīng)能力的必要條件。

數(shù)據(jù)集中大量的視頻比特率、網(wǎng)絡(luò)帶寬波動(dòng)和延遲使其成為評(píng)估模型高負(fù)載、低延遲流控制的理想平臺(tái)。另外，通過向優(yōu)化實(shí)時(shí)用戶交互的網(wǎng)絡(luò)資源分配的模型提供丟包數(shù)據(jù)和用戶視口追蹤，可以為AR/VR流實(shí)現(xiàn)更好的QoS/QoE。

相關(guān)論文：Adaptive Context-Aware Multi-Path Transmission Control for VR/AR Content: A Deep Reinforcement Learning Approach

在AR和VR技術(shù)日益增長(zhǎng)的需求背景下，團(tuán)隊(duì)考察了ACMPTC、MPTCP和TCP協(xié)議的性能。團(tuán)隊(duì)分析確定了協(xié)議在不同條件下的不同性能和權(quán)衡，強(qiáng)調(diào)了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇中效率、彈性和適應(yīng)性的必要性，特別是對(duì)于無縫AR/VR串流。

研究人員強(qiáng)調(diào)了協(xié)議動(dòng)態(tài)適應(yīng)波動(dòng)網(wǎng)絡(luò)條件的關(guān)鍵能力，確保對(duì)AR/VR多媒體應(yīng)用至關(guān)重要的一致性能。他們對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能提供了有價(jià)值的見解，為未來研究開發(fā)自適應(yīng)協(xié)議機(jī)制，探索高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)優(yōu)化以推進(jìn)下一代數(shù)字應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)管理奠定了基礎(chǔ)。