[发明专利]一种基于多蜂窝无线接入网关的MPTCP跨层优化方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于多蜂窝无线接入网关的MPTCP跨层优化方法，其特征在于，包括：数据处理步骤，获取该蜂窝无线网络的一第一参数组，对该第一参数组进行处理得到一第二参数组，并将该第二参数组分别传输给MPTCP路径管理器和数据包调度器；子流创建步骤，所述路径管理器根据所述第二参数组测算该蜂窝无线网络的一第三参数，并利用该第三参数结合该第二参数组建立子流；数据分配步骤，根据所述第二参数组和所述第三参数，数据包调度器将数据分配至所述子流。

技术领域

本发明涉及计算机网络传输控制领域，具体地说，本发明涉及一种多蜂窝无线接入的多路径传输控制协议(Multipath Transmission Control Protocol：MPTCP)的跨层优化系方法和系统。

背景技术

目前许多通信设备都具备多个网络归宿接口(Multi-homed)供用户传输数据。这些网络接口可以接入并使用不同物理层实现的接入网络(例如：有线、WiFi、蜂窝无线基站)。其中，蜂窝无线基站又包含各种不同服务提供商提供的蜂窝无线(cellular)接入网络(例如：移动、联通、电信)。通常情况下，下发到不同网络接口的数据，在路由路径上是不重合的。传统的传输控制协议(TCP)和互联网协议(IP)的标准，限制了用户在通信设备间传输数据时只能使用单个网络接口的IP地址，即在一对IP地址(源IP地址、目地IP地址)间会话。为了有效利用多个网络接口并行的传输数据，互联网工程任务组在Request for comments6824中对传统TCP进行了扩展提出了MPTCP，以支持在多条路径上同时传输数据。

MPTCP的核心原理是在传统的TCP层上，如图1增加了一层对用户透明的外壳。这个外壳主要包含路径管理器、数据包调度器、拥塞控制、错误回退等功能。

在户外环境中，随身携带无线接入网关(wireless access gateway)的广域网(Wide Area Network：WAN)口侧的是通过蜂窝无线技术(Cellular)接入到互联网的。为了保证网络连接的稳定性，网关的WAN口侧通常冗余部署多块不同服务提供商的蜂窝无线网卡，而使用MPTCP结合透明代理技术能够保证连接到网关的无线设备的网络连接的无缝切换、吞吐量叠加与数据传输的连续性。实际上，MPTCP是通过路径管理建立多个网络接口之间的多条TCP子流(subflow)，一对IP地址(源IP地址、目地IP地址)可以对应一条子流，这些子流与普通TCP连接相同。而数据包调度器，则通过子流序列号(subflow sequencenumber：SSN)映射数据序列号(data sequence number：DSN)的映射表(MAP)进行数据调度。

MPTCP默认的路径管理器(包括：全路径、多端口和备份模式)都是随机的从多个IP地址对中选择一对建立MPTCP的初始子流。而在WAN口侧存在多蜂窝无线接入的网关上，其不同的蜂窝无线网卡的无线信道环境不同，导致各IP地址对应的网络质量随机变化。尤其在恶劣的网络环境中(例如：地铁、高铁、雷达站)，每个无线网卡的无线信道环境剧烈变化，而随机的选择一个地址建立初始子流会严重降低MPTCP的整体性能，当选择的IP地址对所对应的无线网卡物理层的接收信号强度(received signal strength indicator：RSSI)、信噪比(signal to interface plus noise ratio：SINR)和参考信号接收功率(referencesignal received power：RSRP)所表征的无线质量差时，建立初始子流的三次握手将忍受高时延，甚至无法建立的风险。而MPTCP在初始子流建立完成之后，才能通过四次握手建立新增加的子流，新增加的子流同样面临随机选择IP地址对(除去初始子流IP地址对)建立连接的风险。