[发明专利]一种基于发送端多接入通道的数据传输加速引擎方法

权利要求书

1.一种实现基于发送端多接入通道的数据传输加速引擎方法，发送端主机将数据包 从应用层下来后，经过TCP复用封装，然后交付给主机操作系统的TCP/IP协议栈处理， 经IP层形成封装好的IP数据报传输至链路层再至物理层，再经过中间路由到达数据接收 方，由接收方进行解复用，其特征在于：在IP层与链路层之间设置数据传输加速引擎， 该加速引擎包括IP报分组模块、负载均衡模块及数据调度模块，其中负载均衡模块内含 网络接口状态监测子模块；首先由IP报分组模块将IP数据报按IP报头中的标示位将待 发送数据进行分组，相同标示位的数据报分在同一组，然后分组后的报组数据成为负载均 衡模块的可处理单元，根据网络接口状态监测子模块实时检测各传输通道的流量负载情 况，采用相应的流量分配算法对数据报组进行预分配计算，将待传输数据流量分配到各个 可用传输通道上并行传输，最后通过数据调度模块将预分配的数据报组指定到不同的网络 接口设备；

上述IP报分组模块、负载均衡模块和数据调度模块通过IP报分组线程、负载均衡算 法线程、网络接口状态监测线程以及数据调度线程四个线程来实现：

IP报分组模块由IP报分组线程来实现，IP报分组线程为一个循环处理函数，将存储 器中的数据报文按照标志位进行分组，当存储器中没有数据时，该线程进入睡眠状态；

负载均衡模块由负载均衡算法线程和网络接口状态监测线程两个线程来实现：负载均 衡算法线程一开始处于中断睡眠状态，由IP报分组线程显式地唤醒后才开始运行，负载 均衡算法线程为每个网络接入通道接口分配了一个权值w_i，存放在网络接口列表中，权 值代表待传输的数据分组被分配到该网络接口上发送的概率：

Σi-1nwi=1---(1)]]>

负载均衡算法线程将待发送的数据合理地分配到各发送通道上去，数据在各通道上的 分布由各通道的权值w_i来确定；负载均衡模块的网络接口状态监测线程负责监测各网络 接入通道接口的状态信息，包括网络接口带宽、丢包率、网络接口利用率，监测结果存储 在网络接口列表里，接口i的权值w_i调整计算方法如下：

wi=bi(1+ui)(1-ei)Σk=1nbk(1+uk)(1-ek)---(2)]]>

其中，i为网络接口序号，1≤i≤n，n为整数，n＝1，2，3...；b_i为网络接口i的接口带 宽，e_i为网络接口i的接口丢包率，u_i为网络接口i的接口利用率；根据式(2)得到的网 络接口i的权值即数据被分配到网络接入通道接口i上进行传输的概率，为下一数据分组 选中相应网络接口；

通过一个定时器程序检查是否达到权值w_i的调整周期，如果达到了调整周期，则按 照公式(2)重新设置各接口权值，公式(2)中的各参数由网络接口状态监测线程获得， 然后负载均衡算法线程按照各接口权值w_i对数据报分组进行分配运算，使分配结果符合 权值w_i所要求的分布；负载均衡算法线程的输入为数据分配信号，输出为传输通道，网 络接口状态监测线程封装了传输设备的驱动接口，通过各物理设备的驱动程序接口，获取 包括丢包率、利用率、带宽在内的参数，所得数据全部存储在网络接口列表中，网络接口 列表是全局数据，每个线程都可以访问；

数据调度模块由数据调度线程来实现，数据调度线程的输入是负载均衡算法线程所计 算出的传输通道和IP报分组线程处理后的数据报组，通过调用传输设备驱动程序接口， 将数据传送到网络中去，当没有数据调度时，数据调度线程进入睡眠状态。

2.根据权利要求1所述的实现基于发送端多接入通道的数据传输加速引擎方法，其 特征在于数据传输加速流程是：

步骤1，首先获取发送端主机的网络接口列表，选择网络接口列表中的第一个网络接 口作为默认数据发送网络接口，也就是对数据接收方来说，这是惟一可见的网络接口；

步骤2，由用户或预设置的模式给多种发送设备分别分配相应的初始权值w_i，i为网 络接口号，权值代表数据分配到网络发送设备上的概率；

步骤3，运行应用层程序，由应用层程序产生应用层数据，并决定所采用的传输层协 议TCP/UDP；

步骤4，传输层长数据段被主机操作系统TCP/IP协议栈分成多个IP数据报，交付给 数据传输加速引擎；

步骤5，将IP数据报按IP报头中的标示位进行分组，确保传输层的同一数据段作为 一个整体被分配，成组之后的所有IP报头中的源IP为默认发送网络接口的IP，IP报头 中的其余字段均由主机操作系统的TCP/IP协议栈自行设置，数据传输加速引擎不加修改；

步骤6，将成组后的IP数据报通过负载均衡模块进行预分配计算；

步骤7，根据式(2)得到的网络接口i的权值即数据被分配到网络接入通道接口i 上进行传输的概率，为下一数据分组选中相应网络接口；负载均衡模块周期性地根据式(1) 和式(2)动态调整w_i，调整过程如下：负载均衡模块读取实时更新的网络接口状态的监 测结果，包括网络接口带宽、丢包率、网络接口利用率，监测结果存储在网络接口列表里， 重新计算并调整相应的权值w_i，以便能够及时适应不断变化的网络环境；

步骤8，负载均衡模块按照权值w_i将成组的IP数据报分配到网络接口i上，分配到 网络接口i的概率为w_i；

步骤9，更新包括网络接口列表中的信息，预分配的结果则反馈给数据调度模块；

步骤10，数据调度模块将成组后的IP数据报分配到预分配的网络接口上，由网络接 口将数据转化为能在物理传输媒介上传输的电气信号，若在数据调度模块的具体分配过程 中出现错误，则触发一个传输出错中断，负载均衡模块重新分配数据报组；

步骤11，中间路由结点和交换结点将数据传输到接收方的网络接口；

步骤12，接收方网络接口将收到的电气信息还原为数据帧，存放在缓冲区中；

步骤13，接收方的主机操作系统TCP/IP协议栈从缓冲区中取出数据，根据IP头字 段的值将数据报进行组合；

步骤14，接收方将组合后的IP数据报中的用户数据交付给传输层，由传输层控制协 议对接收到的包进行响应；

步骤15，由接收方的应用程序处理接收的应用数据。