[發明專利]一種基于多蜂窩無線接入網關的MPTCP跨層優化方法及系統

有效

• 申請號: 201911134305.0
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111131017B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 廖彬彬;武慶華;張廣興;李振宇;謝高崗;王德志
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: H04L12/707
• 分類號: H04L12/707;H04L12/721;H04L12/953;H04W40/02;H04W40/12
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國

本發明涉及一種基于多蜂窩無線接入網關的MPTCP跨層優化方法，其特征在于，包括：數據處理步驟，獲取該蜂窩無線網絡的一第一參數組，對該第一參數組進行處理得到一第二參數組，并將該第二參數組分別傳輸給MPTCP路徑管理器和數據包調度器；子流創建步驟，所述路徑管理器根據所述第二參數組測算該蜂窩無線網絡的一第三參數，并利用該第三參數結合該第二參數組建立子流；數據分配步驟，根據所述第二參數組和所述第三參數，數據包調度器將數據分配至所述子流。

技術領域

本發明涉及計算機網絡傳輸控制領域，具體地說，本發明涉及一種多蜂窩無線接入的多路徑傳輸控制協議(Multipath Transmission Control Protocol：MPTCP)的跨層優化系方法和系統。

背景技術

目前許多通信設備都具備多個網絡歸宿接口(Multi-homed)供用戶傳輸數據。這些網絡接口可以接入并使用不同物理層實現的接入網絡(例如：有線、WiFi、蜂窩無線基站)。其中，蜂窩無線基站又包含各種不同服務提供商提供的蜂窩無線(cellular)接入網絡(例如：移動、聯通、電信)。通常情況下，下發到不同網絡接口的數據，在路由路徑上是不重合的。傳統的傳輸控制協議(TCP)和互聯網協議(IP)的標準，限制了用戶在通信設備間傳輸數據時只能使用單個網絡接口的IP地址，即在一對IP地址(源IP地址、目地IP地址)間會話。為了有效利用多個網絡接口并行的傳輸數據，互聯網工程任務組在Request for comments6824中對傳統TCP進行了擴展提出了MPTCP，以支持在多條路徑上同時傳輸數據。

MPTCP的核心原理是在傳統的TCP層上，如圖1增加了一層對用戶透明的外殼。這個外殼主要包含路徑管理器、數據包調度器、擁塞控制、錯誤回退等功能。

在戶外環境中，隨身攜帶無線接入網關(wireless access gateway)的廣域網(Wide Area Network：WAN)口側的是通過蜂窩無線技術(Cellular)接入到互聯網的。為了保證網絡連接的穩定性，網關的WAN口側通常冗余部署多塊不同服務提供商的蜂窩無線網卡，而使用MPTCP結合透明代理技術能夠保證連接到網關的無線設備的網絡連接的無縫切換、吞吐量疊加與數據傳輸的連續性。實際上，MPTCP是通過路徑管理建立多個網絡接口之間的多條TCP子流(subflow)，一對IP地址(源IP地址、目地IP地址)可以對應一條子流，這些子流與普通TCP連接相同。而數據包調度器，則通過子流序列號(subflow sequencenumber：SSN)映射數據序列號(data sequence number：DSN)的映射表(MAP)進行數據調度。

MPTCP默認的路徑管理器(包括：全路徑、多端口和備份模式)都是隨機的從多個IP地址對中選擇一對建立MPTCP的初始子流。而在WAN口側存在多蜂窩無線接入的網關上，其不同的蜂窩無線網卡的無線信道環境不同，導致各IP地址對應的網絡質量隨機變化。尤其在惡劣的網絡環境中(例如：地鐵、高鐵、雷達站)，每個無線網卡的無線信道環境劇烈變化，而隨機的選擇一個地址建立初始子流會嚴重降低MPTCP的整體性能，當選擇的IP地址對所對應的無線網卡物理層的接收信號強度(received signal strength indicator：RSSI)、信噪比(signal to interface plus noise ratio：SINR)和參考信號接收功率(referencesignal received power：RSRP)所表征的無線質量差時，建立初始子流的三次握手將忍受高時延，甚至無法建立的風險。而MPTCP在初始子流建立完成之后，才能通過四次握手建立新增加的子流，新增加的子流同樣面臨隨機選擇IP地址對(除去初始子流IP地址對)建立連接的風險。