[發明專利]一種基于FPGA的TCP協議高效數據確認的通信傳輸方法

有效

• 申請號: 202110331891.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113285914B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 張俊杰;周榕;曹炳堯;翁天恒;陳天楊;楊丹;陳健;宋英雄;張倩武;李迎春
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04L69/163
• 分類號: H04L69/163
• 代理公司: 上海宛林專利代理事務所(普通合伙) 31361
• 代理人: 張明

本發明公開了一種基于FPGA的TCP協議高效數據確認的通信傳輸方法，包括以下步驟：本地TCP協議棧接收到對端發送的TCP數據幀；計算TCP數據確認幀發送時間的最佳延時觸發閾值和最佳接收緩沖區數據讀取量觸發閾值；對TCP數據確認幀進行發送判決；產生TCP數據確認幀并發送。本發明的一種基于FPGA的TCP協議高效數據確認的通信傳輸方法，針對TCP網絡數據的傳輸特性，采用了對數據確認幀的三種發送判別方案，有效降低了TCP協議棧對大流量、高并發TCP數據流的處理難度并提升了TCP網絡數據的傳輸效率。

技術領域

本發明涉及計算機通信領域，尤其涉及一種基于FPGA的TCP協議高效數據確認的通信傳輸方法。

背景技術

TCP協議是一種基于字節流的、可靠的、面向連接的傳輸層通信協議。其基于連接的數據傳輸屬性使得通信過程中的每一個步驟都需要通信雙方的相互確認才能順利進行。然而，在實際通信過程中，聯系通信雙方的信道網絡可能會具有多種實際情況，在并非特別差的網絡通信中，大量繁復的確認指令既占用了網絡帶寬，又增加了通信終端的調度負載，會對通信的性能造成非常大的影響。

現有基于FPGA的協議棧中的TCP通信協議的數據確認操作是以單個數據包接收完成為觸發返還確認幀而實現的。這種確認模式在通信網絡質量較佳、數據流量較大的通信過程中會產生大量冗余的數據確認幀，既降低了鏈路的通信效率，又增加了協議棧的幀處理結構的復雜度和幀處理能力負荷量，而且也不利于協議棧處理具有大量并發連接的TCP數據通信。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中，TCP數據傳輸過程的數據確認機制效率過低問題，提供基于TCP的協議的高效數據確認的通信傳輸方法。本發明提供了一種基于FPGA的TCP協議高效數據確認的通信傳輸方法，針對TCP網絡數據的傳輸特性，采用了對數據確認幀的三種發送判別方案，有效降低了TCP協議棧對大流量、高并發TCP數據流的處理難度并提升了TCP網絡數據的傳輸效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于FPGA的TCP協議高效數據確認的通信傳輸方法，包括以下步驟：

本地TCP協議棧接收到對端發送的TCP數據幀；

計算TCP數據確認幀發送時間的最佳延時觸發閾值和最佳接收緩沖區數據讀取量觸發閾值；

對TCP數據確認幀進行發送判決；

產生TCP數據確認幀并發送。

進一步地，本地TCP協議棧接收到對端發送的TCP數據幀時，根據TCP數據幀的內容或者網絡缺省狀況，以及當前TCP協議棧的數據處理能力狀態，計算出TCP數據確認幀發送時間的最佳延時觸發閾值和最佳接收緩沖區數據讀取量觸發閾值。

進一步地，計算出TCP數據確認幀發送時間的最佳延時觸發閾值和最佳接收緩沖區數據讀取量觸發閾值，具體包括以下步驟：

a)根據接收的TCP數據幀的傳輸層協議中的時間戳選項字段，計算出當前傳輸連接的鏈路往返時間(RTT)，如果沒有時間戳選項字段，根據網絡缺省狀況，將當前傳輸連接的鏈路往返時間設置為特定值；對當前協議棧的接收緩沖區的數據讀取進行計數監控，獲取接收緩沖區的數據讀取平均速率；

b)根據得到的鏈路往返時間(RTT)以及當前網絡傳輸的理論帶寬(Rb)和幀間距(IFG)、的當前TCP協議棧上次通告的窗口大小(Wnd)和當前網絡中最大幀長(MSS)，由下述公式

計算出最佳延時觸發閾值(取非負的最小值)，其中“[x]”代表取整函數；

c)根據獲取的緩沖區的數據讀取平均速率(v)和(b)中的最佳延時觸發閾值(T)，由下述公式

B＝v×T