[发明专利]基于多路复用探测和对端遥测优化传输协议的方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于多路复用探测和对端遥测优化传输协议的方法，包括数据截获封装过程、巨型帧传输及解构过程、动态调控巨型帧发送速率过程；通过过滤器从传输层协议栈截获数据包，按多重黑白链表结构构建队列，将截获的数据包排列在队列中，合并数据包为巨型帧，封装后利用多路复用探测和对端遥测准确判断对端实时吞吐量，动态调控巨型帧发送速率，高效传输数据；一种基于多路复用探测和对端遥测优化传输协议的系统，包括发送端、接收端和可信节点端，发送端包括数据截获模块、队列构建模块、巨型帧封装模块、加密模块、巨型帧发送速率调整模块。

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是一种基于多路复用探测和对端遥测优化传输协议的方法和系统。

背景技术

随着5G技术的发展、ipv6的应用、政务网“安可”工程（如推广国产化操作系统）的推进、更加严格的审查审计以及高铁、飞机、船舶等更加丰富的移动通信应用场景，引发通信网络技术特点的重大变革，导致传输层协议不适应物理层的发展，具体包括以下几个方面：

第一、现代通信终端的高频率移动，必然伴随着发射端到终端的电磁波传播距离频繁变动，进而单次往返延时rtt也随之变化，导致基准值base-rtt测量不准确；

第二、波束赋形技术动态调节信号的强度，以及5G单基站承载用户能力以十倍增加，网络容量共享成为业界新难题；

第三、ipv6技术推广，协议头字节数与网络中间节点数增加，导致处理延时和路由延时增长，叠加新建的骨干网大容量因素，tcp协议栈的内存需求更大，在现有技术下无法动态调节，导致带宽利用率不高，特别是5G和“安可工程”为代表的新型网络平台传输效率不高；

第四、审查审计设备的处理能力低于可用带宽和用户需求，导致处理延时长、深队列多、拦截丢包干扰频繁；

第五、政务办公网存放数据具有一定敏感性，用户态的流量控制难以保证安全性；

第六、无线通信中同频干扰以及频繁的网络波动导致的丢包容易引起ack回应包信息缺失，使带宽测量出现较大误差。

现阶段的传输控制协议涉及的相关RFC标准以及广义上几个商用或开源优化方案（如华夏创新基于吞吐率和丢包控制cwnd的方法，谷歌基于bdp的带宽估计与mtu调节方法，中科院识别可靠传输协议的丢包类型与方法）难以适应物理层的新变化。同时，现有方法容易导致链路带宽的使用率较低与无效包过多，造成公平性较差。

上述三种现有方法的共同缺陷在于：

一是上述方法仅仅修改了流控协议，只能控制数据流而数据包仍旧以传统方式发送，无法解决关键的数据包丢失引起的网页布局错乱和视频卡顿等问题；

二是大流量下ack信息随数据包发送，由于delay_ack发送频率较低，容易受到干扰丢失，因此，以ack信息作为接收端丢包判断唯一依据的上述方法，容易产生误判；

三是政务办公网和5G专网引入的审查设备可能会造成数据包的深队列排队，这些未确认的数据包会引起误估，ack返回的数据包序列号较小，影响上述方法中的带宽bw估计，导致拥塞窗口cwnd测不准；

四是高频移动环境下信号强度不一，网络延迟不同；波束赋形导致人群稀疏的地方信号较弱，容易产生延时波动；拥挤和严管控网络会因为各种原因产生链路中间节点丢包，导致延时波动较大，在延时波动较大的情况下，华创和谷歌方法的min_rtt会因测量周期滞后于波动周期，导致测量周期得到的min_rtt不符合波动周期的真实值，进而影响带宽估计。中科院方法中会将排队等因素增加的往返时延rtt归为loss-rtt，从而导致丢包类型判断错误。审查节点对不同包的检测和排队时长的不一致，也将直接影响base-RTT的判断，导致无法分辨loss-dest较近的loss-rtt。旁路审查在旁路设备完成计算的不同时间点发生，会测量出多个虚假的loss-RTT和loss-Dist，导致丢包识别错误；