[发明专利]多路径跨协议传输的数据包调度方法及系统

说明书

本发明提供了一种多路径跨协议传输的数据包调度方法和系统，属于通信技术领域，第一传输单元作为发送端的中间设备，第二传输单元作为接收端的中间设备，第一传输单元和第二传输单元均配置有转发分组的物理接口及传输协议；传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，调整链路的发送速率，实现转发分组的时延可定制与发送速率的对齐。本发明减小了并发链路间的性能差异，减少了数据包乱序，可防止接收端缓存区拥塞，保证了安全性的前提下，提高了多路径跨协议传输系统整体吞吐量以及控制数据乱序。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多路径跨协议传输的数据包调度方法系统。

背景技术

蜂窝网络、无线局域网、无线城域网和无线自组网的广泛部署应用构建了一个多网络融合的异构网络环境，丰富了用户网络接入的可选择性。面对大容量业务传输，传统单路通信存在传输链路拥塞、吞吐量低等特点，已不能满足用户的体验要求。

为了提高网络资源的利用率，多路径传输技术开始迅猛发展，其核心思想是以资源共享的方式，把数据流分发到多条链路上来提高网络利用率，降低网络接入设备的成本开销，使利用电子设备的多网络接口特性实现多路径并行传输成为可能。多路径传输系统和多网络协议融合，将数据均匀分配到多条跨协议传输路径，充分利用带宽资源的同时也提升了数据传输的安全性，单条链路受到攻击者的窃听攻击也无法恢复出完整报文。

但是，多路径传输中，由于不同路径在带宽、延迟和丢包率等方面存在差异，如果数据在各路径调度不当，一方面，进行多路并行数据传输时差异化路径可能会造成严重的数据包乱序现象，乱序导致的重排序问题不仅会造成严重的接收端缓存问题还会带来不必要的丢包与重传，不能最大限度地传输数据，降低了偶联的整体传输性能；另一方面，数据调度的过程中，应兼顾各路径负载均衡，否则，窃听者攻击某负载较大的子路径可轻易还原出整个数据文件，将会造成系统安全性和稳定性降低。

在多路径传输技术中，IETF研究工作组提出的MPTCP协议(MultipathTransmission Control Protocol，多路径传输控制协议)在近年成为学术界的研究热点，其兼容传统TCP协议、网络中间体，不需要修改应用程序，有广阔的应用前景。在忽略差异化路径的前提下，MPTCP确实能提高网络的吞吐量和鲁棒性。但是在复杂的异构网络中，该协议对所有链路的调度同等对待，保证了子流的公平性与系统安全性，但是造成接收端数据包乱序现象严重，进而造成队头阻塞，应用延迟等一系列问题。

公布号为CN105099912A的中国发明专利申请，公开了一种多路径的数据调度方法及装置。该方法中，若存在一条路径上的I/O量与另一条路径上的I/O量的差值不小于所有路径的平均I/O量时，表明在某些路径上的I/O量相差较大，因此可以采用将数据调度给I/O量最小的路径的方式进行数据调度，以提高数据调度整体的传输性能，若不存在一条路径上的I/O量与另一条路径上的I/O量的差值不小于所有路径的平均I/O量，则表明路径上的I/O量相差不大，可以采用将数据轮询调度给各条路径的方式进行数据调度，从而可以节省数据调度资源。但该技术仅支持基于不同路径I/O量差异的调度，仍存在乱序导致的应用延迟和有效吞吐量降低等问题。

公布号为CN109039935A的中国发明专利申请，公开了一种基于时延的多路径数据调度方法。该方法根据各条数据传输路径的传输能力动态调整各自的传输任务量，让带宽大时延低的路径承担较多的任务，而带宽小时延高的路径承担相对较少的任务。通过合理地分配传输任务量，使得各条路径上数据块依次到达，从而减少接收端在缓存中等待的时间。但是，该方法中，各子流具有独立的拥塞控制，性能较好的链路在占用带宽等网络资源时表现出侵略性，不满足MPTCP设计目标的公平性，同时也由于负载不均造成安全性下降。另外，由于时延具有实时性，无法判定基于路径性能进行的任务分割是否有利于缓解缓存的拥塞和乱序现象，调度不当甚至可能加剧数据包乱序，分割数据块的条件和粒度具有不确定性。