[發(fā)明專利]基于多路復(fù)用探測和對端遙測優(yōu)化傳輸協(xié)議的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110461543.3
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113194504B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 繆周航
• 申請（專利權(quán)）人: 繆周航
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W28/22;H04W12/03
• 代理公司: 溫州甌越專利代理有限公司 33211
• 代理人: 吳繼道

本發(fā)明公開了一種基于多路復(fù)用探測和對端遙測優(yōu)化傳輸協(xié)議的方法，包括數(shù)據(jù)截獲封裝過程、巨型幀傳輸及解構(gòu)過程、動態(tài)調(diào)控巨型幀發(fā)送速率過程；通過過濾器從傳輸層協(xié)議棧截獲數(shù)據(jù)包，按多重黑白鏈表結(jié)構(gòu)構(gòu)建隊列，將截獲的數(shù)據(jù)包排列在隊列中，合并數(shù)據(jù)包為巨型幀，封裝后利用多路復(fù)用探測和對端遙測準(zhǔn)確判斷對端實時吞吐量，動態(tài)調(diào)控巨型幀發(fā)送速率，高效傳輸數(shù)據(jù)；一種基于多路復(fù)用探測和對端遙測優(yōu)化傳輸協(xié)議的系統(tǒng)，包括發(fā)送端、接收端和可信節(jié)點端，發(fā)送端包括數(shù)據(jù)截獲模塊、隊列構(gòu)建模塊、巨型幀封裝模塊、加密模塊、巨型幀發(fā)送速率調(diào)整模塊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別是一種基于多路復(fù)用探測和對端遙測優(yōu)化傳輸協(xié)議的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著5G技術(shù)的發(fā)展、ipv6的應(yīng)用、政務(wù)網(wǎng)“安可”工程（如推廣國產(chǎn)化操作系統(tǒng)）的推進(jìn)、更加嚴(yán)格的審查審計以及高鐵、飛機(jī)、船舶等更加豐富的移動通信應(yīng)用場景，引發(fā)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點的重大變革，導(dǎo)致傳輸層協(xié)議不適應(yīng)物理層的發(fā)展，具體包括以下幾個方面：

第一、現(xiàn)代通信終端的高頻率移動，必然伴隨著發(fā)射端到終端的電磁波傳播距離頻繁變動，進(jìn)而單次往返延時rtt也隨之變化，導(dǎo)致基準(zhǔn)值base-rtt測量不準(zhǔn)確；

第二、波束賦形技術(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)信號的強(qiáng)度，以及5G單基站承載用戶能力以十倍增加，網(wǎng)絡(luò)容量共享成為業(yè)界新難題；

第三、ipv6技術(shù)推廣，協(xié)議頭字節(jié)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點數(shù)增加，導(dǎo)致處理延時和路由延時增長，疊加新建的骨干網(wǎng)大容量因素，tcp協(xié)議棧的內(nèi)存需求更大，在現(xiàn)有技術(shù)下無法動態(tài)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致帶寬利用率不高，特別是5G和“安可工程”為代表的新型網(wǎng)絡(luò)平臺傳輸效率不高；

第四、審查審計設(shè)備的處理能力低于可用帶寬和用戶需求，導(dǎo)致處理延時長、深隊列多、攔截丟包干擾頻繁；

第五、政務(wù)辦公網(wǎng)存放數(shù)據(jù)具有一定敏感性，用戶態(tài)的流量控制難以保證安全性；

第六、無線通信中同頻干擾以及頻繁的網(wǎng)絡(luò)波動導(dǎo)致的丟包容易引起ack回應(yīng)包信息缺失，使帶寬測量出現(xiàn)較大誤差。

現(xiàn)階段的傳輸控制協(xié)議涉及的相關(guān)RFC標(biāo)準(zhǔn)以及廣義上幾個商用或開源優(yōu)化方案（如華夏創(chuàng)新基于吞吐率和丟包控制cwnd的方法，谷歌基于bdp的帶寬估計與mtu調(diào)節(jié)方法，中科院識別可靠傳輸協(xié)議的丟包類型與方法）難以適應(yīng)物理層的新變化。同時，現(xiàn)有方法容易導(dǎo)致鏈路帶寬的使用率較低與無效包過多，造成公平性較差。

上述三種現(xiàn)有方法的共同缺陷在于：

一是上述方法僅僅修改了流控協(xié)議，只能控制數(shù)據(jù)流而數(shù)據(jù)包仍舊以傳統(tǒng)方式發(fā)送，無法解決關(guān)鍵的數(shù)據(jù)包丟失引起的網(wǎng)頁布局錯亂和視頻卡頓等問題；

二是大流量下ack信息隨數(shù)據(jù)包發(fā)送，由于delay_ack發(fā)送頻率較低，容易受到干擾丟失，因此，以ack信息作為接收端丟包判斷唯一依據(jù)的上述方法，容易產(chǎn)生誤判；

三是政務(wù)辦公網(wǎng)和5G專網(wǎng)引入的審查設(shè)備可能會造成數(shù)據(jù)包的深隊列排隊，這些未確認(rèn)的數(shù)據(jù)包會引起誤估，ack返回的數(shù)據(jù)包序列號較小，影響上述方法中的帶寬bw估計，導(dǎo)致?lián)砣翱赾wnd測不準(zhǔn)；

四是高頻移動環(huán)境下信號強(qiáng)度不一，網(wǎng)絡(luò)延遲不同；波束賦形導(dǎo)致人群稀疏的地方信號較弱，容易產(chǎn)生延時波動；擁擠和嚴(yán)管控網(wǎng)絡(luò)會因為各種原因產(chǎn)生鏈路中間節(jié)點丟包，導(dǎo)致延時波動較大，在延時波動較大的情況下，華創(chuàng)和谷歌方法的min_rtt會因測量周期滯后于波動周期，導(dǎo)致測量周期得到的min_rtt不符合波動周期的真實值，進(jìn)而影響帶寬估計。中科院方法中會將排隊等因素增加的往返時延rtt歸為loss-rtt，從而導(dǎo)致丟包類型判斷錯誤。審查節(jié)點對不同包的檢測和排隊時長的不一致，也將直接影響base-RTT的判斷，導(dǎo)致無法分辨loss-dest較近的loss-rtt。旁路審查在旁路設(shè)備完成計算的不同時間點發(fā)生，會測量出多個虛假的loss-RTT和loss-Dist，導(dǎo)致丟包識別錯誤；