CN107113816B - 用于隐藏连接合并的系统和方法 - Google Patents

Abstract

专用因特网网关设备101借助于多个因特网接入设备和“连接合并协议”同时地通过因特网的多个不相交区段来向常规网络使能客户端设备100提供因特网接入。还实现连接合并协议的虚拟中继服务器102充当网关设备101与连接到所述网关设备101的客户端设备100希望与其通信的常规网络使能应用服务器103之间的代理。虚拟资源分配和信息服务器104聚合关于网关设备101的状态和路由信息，并且动态地调整运行的虚拟中继服务器102的数目、位置和/或性能规范。结果，实现了一种用于在常规网络使能客户端设备100与常规网络使能应用服务器103之间的同时地通过因特网的多个常规区段进行的需求驱动、灵活拓扑且智能使能的通信的系统和方法。

Description

用于隐藏连接合并的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及网络通信系统，并且更特别地涉及因特网代理的动态池的协调。

背景技术

移动宽带的带宽在过去的几十年中已经取得了呈指数的改善。然而，由于移动宽带技术（例如，2G GSM/GPRS/EDGE、3G WCDMA/HSPA+/DC-HSPA+、4G LTE/WiMAX等）背后的基础设施，其始终且持续是比有线因特网接入技术（例如，ADSL、VDSL、电缆、光纤）更慢得多且每吉字节使用更昂贵得多。移动宽带技术经由无线电频谱的子集来传输因特网业务。按照惯例只有整个无线电频谱的相对窄的部分被预留用于消费者移动宽带技术，并且要获得在无线电频谱的所述部分上进行发送和接收的法定权限按照惯例是极其昂贵的过程。此外，为消费者移动宽带技术预留的无线电频谱的不相交部分（称为“频带”）（例如，800 Mhz频带、2100 Mhz频带、2600 Mhz频带等）被分割成不相交“频带信道”。这些因素促成移动宽带技术与有线网络接入技术相比相对低的带宽和高的价格。任何移动宽带技术的带宽的非常限制性的因素是其在上面进行操作的按照惯例窄频带信道的带宽。对改善移动宽带技术的现代研究围绕改变移动带宽基础设施（和因此的意图访问所述基础设施的任何设备）以便支持单个设备同时地对有限频带信道中的多个的利用，并且改善数据传输和信号编码技术的效率。考虑到需要在每一个蜂窝基站处在物理上执行软件和/或硬件修改，两个方法按照惯例部署起来都是极其昂贵且冗长的。此外，只有最新的消费设备按照惯例才可以利用最新的移动宽带技术。不过移动宽带技术相比于有线因特网接入技术保持某些优点：其按照惯例在农村地区、在发展中国家、在移动交通工具等中已经是可用的和/或部署起来不那么昂贵；其中有线因特网接入技术要么常常昂贵得具有挑战性要么彻底不可能部署和/或维护的所有情况。

将多个网络连接的带宽合并几十年来已经是学术和商业研究的主题。合并的网络连接可以提供较高的带宽和针对单独连接故障的增加的稳健性。已经发明了许多软件和硬件学术和商用“连接合并解决方案”，其提供各种水平的改善的带宽和/或可靠性以及各种水平的对传输现有网络协议（例如，TCP、UDP、ICMP等）的支持。然而，跨所有解决方案的常见且看起来不可避免的限制是端点（例如，通信的客户端设备和应用服务器）必须经历软件和/或硬件升级以支持连接合并解决方案。某些努力已经提出解决方案，其中端点之间的网络基础设施的部分经历软件和/或硬件升级以使得端点能够受益于合并的网络连接而其本身不改变。这些解决方案按照惯例不是便携的，在范围和灵活性方面受到限制，并且并未适应其中客户端设备和应用服务器可以在地理上分散且以任意大的数目存在的现实世界情形。

所谓的MiFi设备和移动宽带USB适配器（例如，3G/4G USB适配器）给非移动宽带使能设备（例如，膝上型计算机、台式计算机、平板电脑）带来移动宽带技术的无所不在和便携的性质，使得所述设备能够经由外围设备通过移动宽带基础设施来接入因特网。虽然存在许多MiFi设备和移动宽带USB适配器，但其按照惯例并不支持或包括任何形式的因特网连接合并。CN103004167A公开了一种无线通信的方法包括：使用第一IP地址通过第一MPTP路径与服务器进行通信；使用第二IP地址通过第二MPTP路径与该服务器进行通信，其中通过第二MPTP路径与该服务器的通信经由第二IP地址的无线节点；以及通过对等通信与该无线节点进行通信。

发明内容

本发明是用于常规网络使能客户端设备与常规网络使能应用服务器之间的同时地通过因特网的多个常规区段进行的需求驱动、灵活拓扑且智能使能的通信的系统和方法；所述系统包括：

一个或多个因特网网关装置，其中的每一个借助于多个因特网接入设备和“连接合并协议”同时地通过多个因特网连接来向常规网络使能客户端中的一个或多个提供因特网接入；

一个或多个虚拟中继服务器，其中的每一个还实现连接合并协议，并且充当网关装置中的一个或多个和连接到所述网关装置的客户端设备希望与其通信的常规网络使能应用服务器中的一个或多个之间的代理；以及

虚拟资源分配和信息服务器，其聚合关于网关装置的状态和路由信息，并且动态地调整虚拟中继服务器的数目、位置和/或性能规范。

本发明的关键特征是：

中继服务器，其中的每一个有效地使得网关装置中的一个或多个能够每个同时地通过共享通信合并协议来利用多个因特网连接，是虚拟的且在地理上分散，并且其被根据使用和性能度量以及所述网关装置的位置而动态地启动、配置和终止，从而形成动态调整的网络拓扑；

网关装置中的每一个的多个因特网接入设备被明确地配置和编程为选择因特网的最大不相交区段以与中继服务器交换网络数据，从而使对网络资源的竞争最小化；

客户端设备、应用服务器和将它们连接的因特网基础设施都不需要被针对所述客户端和服务器以任何方式修改或配置以受益于由于同时利用因特网的多个可能部分或完全不相交区段而带来的增加的可靠性和带宽；以及

网关装置和虚拟中继服务器可以每个通过在共享连接合并协议内封装所述数据来同时地通过多个因特网连接来传输任何网络协议（例如，TCP、UDP、ICMP等）的网络数据。

在本发明的优选实施例中，网关装置是便携式设备，并且其多个因特网接入设备是被配置并编程为在任何可能的情况下使用不相交移动宽带基础设施区段（例如，不相交频带信道）的移动宽带接入设备。因此，在其优选实施例中，本发明提供了用于常规客户端设备受益于通过在接入因特网时同时地利用移动宽带基础设施的多个不相交区段而带来的增加的可靠性和带宽的便携式部件。

本发明由在下文中全面地描述并在附图中图示出的特征和各部分的组合组成，应理解的是在不脱离本发明的范围或牺牲本发明的任何优点的情况下可以进行细节方面的各种改变。

附图说明

为了进一步阐明本发明的某些实施例的各种方面，将通过参考在附图中图示出的其特定实施例来提出本发明的更特定描述。应认识到的是这些图仅描绘了本发明的典型实施例，并且因此不应被视为限制其范围。将通过附图以附加的特殊性和细节来描述和解释本发明。

图1描绘了本发明的优选实施例中的处于高水平的本公开的系统的所有元件以及其网络拓扑。

图2放大到本发明的优选实施例中的示例性网关设备101，集中于其硬件组件。

图3放大到本发明的优选实施例中的连接示例性网关设备101和示例性中继机器102的因特网基础设施的移动宽带组件。

图4放大到本发明的优选实施例中的在示例性客户端设备100与示例性应用服务器103之间流动的网络数据遇到的软件元件。

具体实施方式

在图1中以本发明的优选实施例的方式描绘了本发明。客户端设备100和应用服务器103通过一个或多个网关设备101和一个或多个中继机器102（其进而同时地通过因特网的多个常规区段相互通信）相互通信。此外，网关设备101和中继机器102与协调机器104交换网络拓扑信息及使用和性能度量。此外，协调机器104动态地启动、配置和终止中继机器102并根据使用和性能度量将中继机器102中的一个动态地分配给网关设备101中的每一个。

客户端100中的每一个是任意的未修改网络使能用户设备（例如，移动电话、平板电脑、平板手机、膝上型计算机、台式计算机、GPS设备、智能器械等），所述客户端100中的每一个通过其以无线方式直接地连接到的网关设备101中的一个接入网络。

如图2中详细地描绘的，网关设备101中的每一个包括两个或更多移动宽带（例如，2G GSM/GPRS/EDGE、3G WCDMA/HSPA+/DC-HSPA+、4G LTE/WiMAX等）接入设备200（例如，基于SIM卡的调制解调器），并且能够同时地通过两个或更多接入设备200的因特网连接而连接到因特网以及向和从应用服务器103中的一个或多个发送和接收数据。此外，接入设备200被配置并编程为在任何可能的情况下利用有区别的频带信道从而最大限度地降低接入设备200竞争相同网络资源（例如，单个频带信道的网络容量和带宽）的可能性以及使接入设备200之间的干扰的可能性最小化。

这在图3中进行描绘，其中，示例性网关设备101的移动宽带接入设备200明确地连接到蜂窝基站300上的可能有区别的频带301的有区别的频带信道302。在此配置中，移动宽带接入设备200中的每一个可以潜在地接入其连接到的频带信道302的整个带宽，并且所有移动宽带接入设备200可接入的总带宽等于被连接到的频带信道302中的每一个的可用带宽的和，并且因此大于任何单独的被连接到的频带信道302的可用带宽。相反地，并且说明针对网络资源的上述竞争，如果移动宽带接入设备200中的两个或更多将连接到相同频带信道302，则所述移动宽带接入设备200可接入的总带宽将至多与所述单独频带信道302的可用带宽一样大。

网关设备101的移动宽带接入设备200中的每一个可以进一步利用不同的移动宽带技术（例如，2G GSM/GPRS/EDGE、3G WCDMA/HSPA+/DC-HSPA+、4G LTE/WiMAX等）。这对进一步降低针对网络资源的竞争的可能性、进一步降低接入设备200之间的干扰的可能性、通过最大限度地利用不相交移动宽带基础设施来增加网关设备101的总体连接的可靠性并动态地适应于许多现有移动宽带技术的变化的覆盖和部署水平尤其有用。

在本发明的优选实施例的一个实现中，网关设备101的移动宽带接入设备200是基于SIM卡的调制解调器。在此实现中，可以通过将来自不同移动运营商的SIM卡插入每个调制解调器中和/或通过将局不限于不同移动宽带技术（例如，2G GSM/GPRS/EDGE、3G WCDMA/HSPA+/DC-HSPA+、4G LTE/WiMAX等）的SIM卡插入每个调制解调器中和/或通过明确地将调制解调器编程为连接到不相交频带信道302而不考虑其SIM卡来迫使移动宽带接入设备200利用不相交频带通道302。

网关设备101中的每一个还包括WiFi适配器201，并且通过由所述WiFi适配器201发射的2.4Ghz和/或5Ghz WiFi网络以无线方式向客户端设备100中的一个或多个提供因特网连接。

网关设备101中的每一个还包括处理单元202、存储器单元203和存储单元204，以运行和存储计算机程序。

网关设备101中的每一个进一步运行计算机程序，所述计算机程序拦截源自于连接的客户端设备100并意图用于应用服务器103中的一个或多个的所有因特网业务而不考虑所述业务的网络协议（例如，TCP、UDP、ICMP等），并且通过中继机器102中的一个或多个来代理所述业务，选择性地将网关设备101的移动宽带接入设备202中的一个的因特网连接用于每个网络数据单元（例如，网络分组）。

基于每个连接的一个或多个性质（例如，等待时间、可用带宽、可靠性、成本）而动态地选择要使用的因特网连接。此选择机制以及关联发送、接收、缓冲、确认和同步设施形成“连接合并协议”。存在并可以利用许多此类协议。网关设备101的多个因特网连接的合并器此后被称为其“宏连接”；宏连接的上游和下游带宽分别地等于所述网关设备101中的每一个的因特网连接的上游带宽的和和下游带宽的和。

网关设备101中的每一个应通过其代理源自于客户端设备100的因特网业务的中继机器102由协调机器104周期性地提供的网络拓扑信息规定。协调机器104为网关设备101中的每一个提供具有最多可用带宽的地理上最近的中继机器102的网际协议（IP）地址。网关设备101中的每一个因此正常地通过单个中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务。然而，协调机器104可以出于资源管理和维护的目的判定网关设备101中的一个或多个应“迁移”至不同的中继机器102，在这种情况下协调机器104将命令所述网关设备101通过不同的中继机器102代理源自于连接的客户端设备100的所有未来因特网业务。因此，并且在通过网关设备101的原始中继机器102代理的任何待决网络交换完成之前，网关设备101中的一个或多个可以同时地通过多个中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务。

在从客户端设备100中的一个接收到网络数据（经由网关设备101中的一个和中继机器102中的一个）时，应用服务器103中的一个可以选择向该客户端发送网络响应。来自所述应用服务器103的意图用于所述客户端设备100的所述网络响应首先被发送到所述中继机器102，并且然后沿着所述网关设备101与所述中继机器102之间的因特网连接中的一个或多个从所述中继机器102发送到所述网关设备101。基于每个连接的一个或多个性质（例如，等待时间、可用带宽、可靠性、成本）来动态地选择要用于每个网络数据单元（例如，网络分组）的因特网连接。

网关设备101中的每一个进一步运行计算机程序，所述计算机程序查询协调机器104以知道其应通过哪个中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务。此计算机程序在网关设备101中的一个完成其启动过程之后且在因特网连接的任何损失之后运行。

网关设备101中的每一个进一步运行周期性地监视其因特网连接中的每一个的等待时间、带宽和可靠性的计算机程序。每当其连接中的一个被认为具有不可接受的差质量时，所述计算机程序终止所述连接并在稍后的时间调度其重新启动。

网关设备101中的每一个进一步运行提供安全远程访问设施以登录到所述网关设备101的计算机程序。所述设施使得能够实现远程维护、技术支持、软件更新、设备定位、在丢失和/或被盗的情况下的禁用等。

网关设备101中的每一个还包括反馈显示器205和两个物理接口206和207。反馈显示器205指示关于所述网关设备101的宏连接的可靠性、带宽和/或等待时间以及关于所述网关设备101中的每一个的因特网连接的总体信号强度的状态信息。反馈显示器205可以采取多个形式，包括但不限于LCD屏幕、电子墨水屏幕和/或一个或多个LED。第一物理接口206重新计算状态信息并刷新反馈显示器205。第二物理接口207是所述网关设备101的通/断开关。

网关设备101中的每一个进一步运行计算机程序，所述计算机程序为连接的客户端设备100提供网络接口以通过连接到所述网关设备101上的预定网络端口和/或通过可以在客户端设备100中的一个或多个上运行的专用计算机程序来远程地访问并刷新由所述网关设备101的反馈显示器205显示的状态信息。

网关设备101中的每一个还包括内部可再充电电池208以及用以对所述电池充电的电源输入端口209（例如，微USB端口）。因此，网关设备101可以是便携式设备。

中继机器102中的每一个是在因特网上操作的虚拟机，并且包括虚拟处理单元、虚拟存储器单元和虚拟存储单元，以运行和存储计算机程序。

存在在地理上在全世界范围被托管的一个或多个中继机器102。协调机器104根据虚拟机托管服务的可用性并以从而最大限度地减少网关设备101与所述网关设备通过其代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务的中继机器102之间的网络跳数的方式而根据基于每个地区、每个国家或每个城市的带宽需求来控制中继机器的数目和地理位置，以减少总体等待时间并增加总体可靠性。

中继机器102中的每一个充当客户端设备100中的一个或多个与因特网之间的代理，并且向应用服务器103隐藏所述客户端设备100经由网关设备101来同时地利用多个因特网连接的事实。这由于常规应用服务器预期给定客户端设备将具有单个因特网连接或IP地址的事实而被要求。

此外，中继机器102中的每一个实现网关设备所使用的连接合并协议。

此外，为了使连接到网关设备101中的每一个的客户端设备100能够完全地利用所述网关设备101的宏连接的带宽，并且虑及中继机器102的带宽被用来接收网关设备101的网络业务并将其重传到应用服务器103或者相反地从应用服务器103接收网络业务并将其重传到网关设备101的事实，中继机器102中的每一个与因特网之间的可用带宽必须是通过所述中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务的网设备101的宏连接的带宽总和的至少两倍。

更具体地，中继机器102中的每一个与因特网之间的可用上游和下游带宽两者每个必须至少与通过所述中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务的网关设备101的宏连接的下游和上游带宽总和一样高。

中继机器102中的每一个进一步运行计算机程序，所述计算机程序周期性地测量中继机器102的网络和计算负荷，并且向协调机器104报告测量结果。

中继机器102中的每一个进一步运行附加计算机程序，所述计算机程序当相关客户端设备100、网关设备101和所述中继机器102位于其中的国家的所依据法律要求因特网业务可追踪至其初始客户端设备时记录中继机器中继的因特网业务。

应用服务器103中的每一个是连接到因特网的任意的未修改网络使能机器（例如，托管诸如Google.com、Facebook.com等网站的机器）。中继机器102中的每一个通过其因特网连接来访问应用服务器103。

协调机器104是在因特网上操作的虚拟机，并且包括虚拟处理单元、虚拟存储器单元和虚拟存储单元，以运行和存储计算机程序。协调机器104聚合由中继机器102向其发送的使用和性能度量，根据所述度量来启动、配置和终止中继机器102，并且关于将通过中继机器102中的哪一个来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务而命令网关设备101中的每一个。

协调机器104用新启动和（重）连接的网关设备101来接收查询，要求被分配中继机器102以通过其代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务。协调机器104命令所述网关设备101通过具有最多可用带宽的中继机器102中的地理上最近的一个来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务。

此外，当地理上共位的中继机器102未被充分利用至其中减少其数目将不会促使其余中继机器102被过度利用的程度时，协调机器104发起中继机器102中的一个或多个的终止。终止过程从协调机器104命令当前通过一个或多个要被终止的中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务的网关设备101通过其它中继机器102中的一个来代理源自于连接的客户端设备100的所有未来因特网业务开始。一旦所有所述网关设备101已完全停止通过要被终止的中继机器102中的一个来代理源自于连接的客户端设备100的任何因特网业务，协调机器104就关闭所述中继机器102。在中继机器102中的一个的终止过程已经开始之后，协调机器104将不会命令任何网关设备101通过所述中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的因特网业务。协调机器104确保命令网关设备101迁移至不同的中继机器102，使得在迁移后，分配给任何其余中继机器102的网关设备101的宏连接的带宽总和跨其余中继机器102是尽可能一致的。协调机器104进一步确保对于网关设备101中的一个或多个在其中操作的任何给定地理区域（其可以是地区、国家或城市，取决于所述地理区域中的托管服务的虚拟机的可用性）而言始终存在至少一个中继机器102。

此外，随着一个或多个地理上共位的中继机器102被过度利用，协调机器104启动一个或多个新的地理上共位的中继机器102以减轻当前操作的中继机器102所承担的网络和计算负荷。一旦新中继机器102中的一个已完成其启动过程，则协调机器104命令网关设备101的子集迁移至新的中继机器102，使得在迁移后，分配给（旧的和新的）中继机器102中的每一个的网关设备101的宏连接的带宽总和是尽可能一致的。

关于此著述，存在许多“连接合并协议”，其使得能够同时地通过因特网的多个专用或常规区段来实现专用网络使能客户端设备与专用网络使能应用服务器之间的通信。在概念上，连接合并协议可以将多个因特网连接“合并”成“宏连接”。此类连接合并的目的是将单独连接的带宽和/或可靠性组合，或者以其它方式对单独连接的一个或多个度量加以改善。实现此目的的一般地重现的手段是将提供诸如较高带宽、较高可靠性、较低操作成本、较低等待时间等性质的那些单独连接优先化。可以动态地观察这些性质以动态地调整网络业务在单独连接之间分布的方式。此外，在其中单独连接等待时间不均匀的环境中操作的连接合并协议可以临时地将传入和传出网络数据存储在缓冲器中以使在每个单独连接上发送和接收的数据同步，其中，所述缓冲器是根据所述单独连接的一个或多个性质确定尺寸的。在其中单独连接等待时间不均匀的环境中操作的替换手段是人为地增加较低等待时间连接的等待时间以便使所有连接具有更一致的等待时间。虽然某些连接合并协议可以在不在意所述连接合并协议的因特网的常规区段上操作，但关于此著述的所有现有连接合并协议的限制是要求通信的端点网络设备（即，客户端设备和应用服务器）实现连接合并协议。由网关设备101、中继机器102和协调机器104形成的系统的核心功能是以被动态校准的方式克服此限制，并且使得任何常规网络使能客户端设备（即，任何客户端设备100）和任何常规网络使能应用服务器（即，任何应用服务器103）能够在受益于宏连接相比于其合并的任何单独连接而言的增强性质的同时进行通信，而不需要修改所述客户端设备、所述应用服务器或其之间因特网基础设施以实现连接合并协议。

在图4中描绘了本发明的优选实施例中的示例性客户端设备100与示例性应用服务器103之间的网络数据的流动。

客户端设备100使用任意网络协议（例如，TCP、UDP、ICMP等）进行被指引到应用服务器103的常规网络请求。作为客户端设备100的因特网网关，网关设备101中的一个必须将客户端设备100的网络请求路由到因特网。为了使源自于客户端设备100的网络请求由网关设备101的多个因特网连接同时地发送，请求必须经过处理，由在网关设备101上运行的三个计算机程序400、401、402执行。

第一计算机程序400拦截网络请求并使其改向（即，改变其目的地）至第二计算机程序401正在其上面进行侦听的网关设备101上的本地端口。

第二计算机程序401进一步改变网络请求，使得网关设备101的已分配中继机器102可以充当用于客户端设备100的代理，并且将其转送至所述中继机器102以便使所述中继机器102完成网络请求并返回应用服务器103的网络响应。

随着网络请求离开网关设备101，第三计算机程序402将网络请求拦截并对该网络请求进行修改以支持连接合并协议，使得网关设备101的多个因特网连接可以被同时地利用以发送网络请求。第三计算机程序402然后基于每个连接的一个或多个性质（例如，等待时间、可用带宽、可靠性、成本）来选择网关设备101中的每一个的因特网连接中有多少将用来向中继机器102发送网络请求，并且因此发送网络请求。

中继机器102通过其单个面向因特网的网络接口、但是从多个源IP地址接收网络请求。由中继机器102从网关设备101接收到的任何网络请求被两个计算机程序403，404处理。第一计算机程序403（类似于在网关设备101上运行的第三计算机程序402）使通过多个因特网连接接收到的部分网络请求同步并重新组合，并且用其原始网络协议（例如，TCP、UDP、ICMP等）重新创建原始网络请求，使得其可以被应用服务器103（未实现连接合并协议）处理。然后，第一计算机程序403将请求移交给第二计算机程序404。

第二计算机程序404与在网关设备101上运行的第二计算机程序401配合地操作。其一起执行网络请求的代理。第二计算机程序404在其单个网络接口上通过中继机器102的单个因特网连接将网络请求发送到应用服务器103。

应用服务器103接收网络请求，如其将对任何常规请求那样对其进行处理，并且通过将中继机器102的单个网络接口连接到应用服务器103的单个因特网连接将网络响应发送回中继机器102。

在中继机器102上运行的第二计算机程序404从应用服务器103接收网络响应，识别到该网络响应意图用于客户端设备100，并将其转送至网关设备101以向客户端设备100返回应用服务器103的网络响应。

随着网络响应离开中继机器102，第一计算机程序403将网络响应拦截并对该网络响应进行修改以支持连接合并协议，使得网关设备101的多个网络连接可以被同时地利用以接收网络响应。第一计算机程序403然后基于每个连接的一个或多个性质（例如，等待时间、可用带宽、可靠性、成本）来选择网关设备101中的每一个的因特网连接中有多少将用来向网关设备101发送网络响应，并且因此发送网络响应。

在网关设备101上运行的第三计算机程序402通过网关设备101的多个因特网连接来接收网络响应。其使通过每个因特网连接接收到的部分网络响应同步并重新组合，并且用其原始网络协议（例如，TCP、UDP、ICMP等）重新创建原始网络响应，使得其可以被客户端设备100（未实现连接合并协议）处理。然后，第三计算机程序402将网络响应移交给第二计算机程序401。

第二计算机程序401认识到网络响应意图用于客户端设备100并将其移交给第一计算机程序400。

第一计算机程序400向客户端设备100发送网络响应，从而完成客户端设备100与应用服务器103之间的网络请求和响应过程。

在现实实施例中且如图1中描绘的，可以存在被连接到单个网关设备101的多个客户端设备100，多个网关设备101每个通过一个或多个中继机器102来代理源自于连接的客户端设备100的业务，多个中继机器102每个与一个或多个网关设备101和一个或多个应用服务器103交换网络数据，并且多个应用服务器103与一个或多个中继机器102交换网络数据。客户端设备100与应用服务器103之间的所述网络数据流动在没有改变的情况下扩展至这些更复杂的网络拓扑。

在本发明的另一实施例中，客户端设备100并未直接地连接到网关设备101，而是在客户端设备100与网关设备101之间存在一个或多个常规网络路由设备（例如，网络路由器、网络交换机、WiFi范围扩展器）。在其中网关设备101意图向超过由所述网关设备101的WiFi适配器201发射的WiFi的范围的客户端设备100提供因特网连接的情况下可设想此类实施例。本发明不受客户端设备100与网关设备101之间的网络拓扑的限制。

在本发明的另一实施例中，网关设备101的移动宽带接入设备200可以具有一个或多个外部天线以改善信号接收。所述天线可以是可拆卸和/或机动化的。本发明不限于网关设备101的移动宽带接入设备202所使用的任何过去、现在或未来移动宽带信号采集和/或增强技术。

在本发明的另一实施例中，网关设备101的移动宽带接入设备200可以是模块化的，并且可以添加和/或去除网关设备的移动宽带接入设备200中的一个或多个。本发明不限于网关设备101的物理实现。

在本发明的另一实施例中，网关设备101的移动宽带接入设备200中的一个或多个可以不依赖于常规SIM卡。在本发明的另一实施例中，网关设备101的因特网连接可以不利用移动宽带基础设施，而是替代地基于替换因特网接入技术（例如，ADSL、VDSL、电缆、光纤、卫星）。在又一实施例中，网关设备101的因特网连接可以基于异构因特网接入技术（例如，一个或多个移动宽带因特网连接和一个或多个ADSL因特网连接）。本发明不限于网关设备101的因特网连接接入设备所使用的任何过去、现在或未来因特网技术或其组合。

在本发明的另一实施例中，网关设备101可以作为其WiFi适配器201的替换或连同其一起包括以太网端口。所述网关设备101将经由所述以太网端口以有线方式向客户端设备100提供连接。在另一实施例中，网关设备101可以作为其WiFi适配器201的替换或连同其一起提供无线连接到客户端设备100的附加手段（例如，蓝牙、红外、LiFi）。本发明不限于网关设备101用来向客户端设备100提供有线或无线连接的任何过去、现在或未来手段。

在本发明的另一实施例中，网关设备101可以不包括电池208（可再充电的或其它），并且可以要求到其电源输入端口209的恒定、外部电输入以便运行。在本实施例中，网关设备101可以不是便携式设备。本发明不受网关设备101的可携带性或其缺乏的限制。

在本发明的另一实施例中，中继机器102可以是物理机而不是虚拟机。本发明不受实现中继机器102的物理基础设施的限制。

在本发明的另一实施例中，协调机器104可以动态地适应中继机器102的性能规范而不是仅仅调整其数目。本发明不受由协调机器104用来管理中继机器102的处理和网络资源的手段的限制。

在本发明的另一实施例中，协调机器104可以是物理机而不是虚拟机。本发明不受实现协调机器104的物理基础设施的限制。

在本发明的另一实施例中，可以将协调机器104的功能分布到多个协调机器104上以减少单个协调机器104所承担的网络和计算负荷，减小从网关设备101和中继机器102到其协调机器104的地理距离和/或增加整个系统针对协调机器104故障的稳健性。本发明不限于任何设定数目的协调机器104实例。

在本发明的另一实施例中，可以将协调机器104的功能实现为在中继机器102中的一个或多个上运行的对等、分散式、可能分布式的计算机程序，以增加整个系统针对协调机器104故障和/或性能限制的稳健性。本发明不受执行协调机器104的功能的计算机程序的软件架构的限制。

在本发明的另一实施例中，客户端设备100可以被明确地配置或编程为使其因特网业务改向至中继机器102中的一个。这将去除对在网关设备101上运行的前两个计算机程序400，401和对在中继机器102上运行的第二计算机程序404的需要，从而相当大地减少网关设备101和中继机器102的各自处理负荷。本发明适用于常规客户端设备100以及被配置和/或编程为承担网关设备101的功能的代理功能的客户端设备100。

在另一实施例中，可以在物理上和/或功能上增强网关设备101以提供归因于客户端设备100的功能。在本实施例的一个实现中，网关设备101在保持其多个因特网接入设备200、代理和连接合并功能的同时另外充当移动电话。所述移动电话中的每一个将连同其常规组件（例如，处理单元、相机、触摸屏等）一起包括两个或更多因特网接入设备，将实现连接合并协议，并且将被编程为通过中继机器102中的一个来代理其因特网业务以及被连接到所述移动电话的任何客户端设备100的业务。本发明适用于在物理上或功能上被增强以提供归因于客户端设备100（例如，移动电话、平板电脑、平板手机、膝上型计算机、台式计算机、GPS设备、智能器械等）的任意功能的网关设备101。

在不脱离本发明的本质特性的情况下可以用其它特定形式来体现本发明。所述实施例将在所有方面仅被视为说明性而非限制性的。因此由所附权利要求而不是由前文的描述来指示本发明的范围。在权利要求的意义和等价范围内的所有改变将被涵盖在其范围内。

Claims (22)

1.一种用于在一个或多个网络使能客户端设备与一个或多个网络使能应用服务器之间的同时地通过因特网的多个区段进行的需求驱动、灵活拓扑且智能使能的通信的系统；所述系统包括：

一个或多个网关设备，其中，网关设备每个包括至少两个同时地操作的因特网接入设备并使得客户端设备中的每一个能够借助于由连接选择以及网络数据发送、接收、缓冲、确认和同步设施形成的连接合并协议来同时地通过至少两个因特网连接向和从应用服务器发送和接收数据，网关设备的多个因特网连接的合并被称为宏连接；

一个或多个虚拟中继机器，其中，中继机器每个实现连接合并协议，并且充当客户端设备与应用服务器之间的代理；以及

在因特网上操作的一个虚拟协调机器，其中，虚拟协调机器将系统状态度量聚合，并且根据所述度量来启动、配置和终止中继机器，并且关于将通过中继机器中的哪一个来代理源自于客户端设备的因特网业务而命令网关设备。

2.权利要求1的系统，其中，客户端设备被编程为使用中继机器中的至少一个作为代理。

3.权利要求1的系统，其中，在物理上和/或功能上增强网关设备以提供归因于客户端设备的功能。

4.权利要求1的系统，其中因特网接入设备是移动宽带接入设备。

5.权利要求1的系统，其中，因特网接入设备中的至少一个利用非移动宽带因特网接入技术。

6.权利要求4的系统，其中，所述移动宽带接入设备被编程为在任何可能的情况下利用有区别的频带信道。

7.权利要求1的系统，其中，网关设备向客户端设备提供直接和/或路由、有线和/或无线因特网连接。

8.权利要求1的系统，其中，网关设备是便携式且电池供电的。

9.权利要求1的系统，其中，中继机器中的每一个与因特网之间的可用上游和下游带宽每个至少与使用所述中继机器作为其代理的网关设备的宏连接的上游和下游带宽总和一样高。

10.权利要求1的系统，其中，中继机器记录其中继的因特网业务。

11.权利要求1的系统，其中，中继机器是物理机。

12.权利要求1的系统，其中，协调机器是物理机。

13.权利要求1的系统，其中，协调机器的功能被分布在多个机器上。

14.一种用于在一个或多个网络使能客户端设备与一个或多个网络使能应用服务器之间的同时地通过因特网的多个区段进行的需求驱动、灵活拓扑且智能使能的通信的方法；其中所述通信通过包括网关设备和中继机器的多个网络设备进行发送；其中所述中继机器由协调机器分配给所述网关设备；所述方法包括以下步骤：

使用客户端设备进行被指引到应用服务器中的至少一个处的网络请求；

使用网关设备，拦截网络请求，对所述网络请求进行修改以支持由连接选择以及网络数据发送、接收、缓冲、确认和同步设施形成的连接合并协议，并通过每个网关设备至少两个因特网连接来向中继机器中的至少一个发送用于代理的已修改网络请求；

使用中继机器，使通过因特网连接接收到的已修改网络请求同步并重新组合，重新创建原始网络请求，并且向应用服务器发送原始网络请求；

使用应用服务器接收网络请求并将网络响应发送回中继机器；

使用中继机器，从应用服务器接收网络响应，对所述网络响应进行修改以支持连接合并协议，并且通过因特网连接将已修改网络响应发送到网关设备；

使用网关设备，使通过因特网连接接收到的已修改网络响应同步并重新组合，重新创建原始网络响应，并且将原始网络响应发送到客户端设备；以及

使用客户端设备，接收网络响应。

15.权利要求14的方法，其中，客户端设备明确地通过中继机器来代理其业务。

16.权利要求14的方法，其中，到应用服务器的网络请求源自于网关设备，并且来自所述应用服务器的网络响应意图用于所述网关设备。

17.权利要求14的方法，还包括当中继机器未被充分利用时的协调机器的以下步骤：

发起中继机器中的至少一个的终止，称为要被终止的中继机器；

确保命令网关设备从要被终止的中继机器“迁移”走；以及

一旦网关设备已停止使用要被终止的中继机器作为代理，就关闭要被终止的中继机器。

18.权利要求14的方法，还包括当中继机器被利用过度时的协调机器的以下步骤：

启动至少一个新的中继机器，称为新启动的中继机器；以及

命令网关设备的子集迁移至新启动的中继机器。

19.权利要求14的方法，其中，协调机器动态地适应中继机器的性能规范。

20.权利要求14的方法，还包括以下步骤：

使用网关设备，针对将使用中继机器中的哪一个作为代理而查询协调机器；以及

使用协调机器，关于将通过中继机器中的哪一个进行代理而命令网关设备。

21.权利要求14的方法，还包括网关设备的以下步骤：

周期性地测量所述网关设备的因特网连接的至少一个性质；以及

基于所述测量的结果来终止和调度所述网关设备的因特网连接中的某些的重新启动。

22.权利要求14的方法，还包括中继机器的以下步骤：

周期性地测量所述中继机器的网络和计算负荷；以及

向协调机器报告所述测量结果。

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