CN101262493B - 通过流缓存实现网间数据传输加速的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过减少冗余数据传输，提高网间数据传输速度，通过流缓存实现网间数据传输加速的方法。本发明包括两大部分：压缩编码部分和解压缩部分。其中：压缩部分由用于提取数据包特征的特征提取模块，根据特征计算hash桶位置的模块，用于将压缩结果编码模块，用于保存已传输过的数据流仓库，用于保存某个数据流在数据流仓库中位置的hash表，以及寻找匹配的匹配搜索模块组成。解压缩部分由解码模块，提取数据包特征的特征提取模块，根据特征计算hash桶位置的模块，用于保存已传输过的数据流仓库，用于保存某个数据流在数据流仓库中位置的hash表组成。

Description

通过流缓存实现网间数据传输加速的方法
技术领域
本发明为一种网间加速技术，特别涉及一种通过减少冗余数据传输，提高网间数据传输速度，通过流缓存实现网间数据传输加速的方法。
背景技术
目前，由于网络的无可便利性，越来越多的企业和个人通过网络进行协调办公和业务往来。网络间传输的数据量急剧增加，为此需要更高的带宽以满足需求。尽管当前申请互联网带宽的费用趋向便宜，但毕竟internet总的带宽资源有限，如果不采取一定手段，仍无法保证核心应用对WAN带宽资源的需求。另外，随着新一代无线通信的发展，更多的企业和个人趋向于无线办公。与有线网络相比，无线网络带宽缺乏尤为明显，严重影响企业和个人办公效率。
据统计，广域网上传输数据中，70％左右的数据为冗余信息，理论上说，70％左右的数据完全没必要在广域网传输。因此，若采用某压缩方法，而该方法可减少70％数据的网上传输，则能大幅提高带宽利用率，降低网络运营成本，提高办事效率。
就目前技术来看，绝大多数网络设备采用lzo及其变形流压缩算法。该算法能有效压缩居于文本文档或数据库等信息熵小的数据，但其也存在明显缺陷：由于其只能在较小数据区间内压缩，故压缩比率不高。另外，其对已被压缩的数据包苍白无力(比如rar，jpg图像等)，因此提高带宽利用率相当有限。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种通过特征提取方法快速识别网络输入数据，并依据数据流仓库将重复的数据替换成有效的编码，在远端的流cache设备会将编码翻译回原来的数据，从而减少了在广域网上传输的数据量。由于数据流仓库很大(可通过硬盘保存，几百兆到几百千GB不等)，可保存比通常压缩方法更多的重复模式。因此，可在数据流库中找到绝大多数的冗余信息，大幅降低网络数据传输量，提高带宽利用率的一种通过流缓存实现网间数据传输加速的方法。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
这种通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特殊之处在于，它包括压缩流程和解压缩流程：
所述压缩流程，包括以下步骤：
(1)、初始化(步骤101)；
(2)、提取待压缩的数据包特征值(步骤102)；
(3)、判断数据流间的匹配是否完毕(步骤103)；
(4)、若步骤103的判断结果为否，则进一步判断剩余未参加计算的特征值大于设定值(步骤104)；
(5)、若步骤103的判断结果为是，则经“将数据包保存至数据流仓库，将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶中”(步骤111)、“在数据包前添加未匹配编码头，输出编码包”(步骤112)至完毕(步骤113)；
(6)若步骤104的判断结果为是，则根据设定值的连续特征值计算hash桶号A(步骤105)；
(7)若步骤104的判断结果为否，则经“将数据包保存至数据流仓库，将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶中”(步骤111)、“在数据包前添加未匹配编码头，输出编码包”(步骤112)至完毕(步骤113)；
(8)步骤105获取hash表桶号A的内容，得到在数据流仓库中的位置B(步骤106)；
(9)从数据流仓库位置B开始读出若干字节，并保存至一临时缓冲区(步骤103)；
(10)寻找临时缓冲区与带压缩数据包最佳匹配(步骤108)；
(11)判断是否找到匹配(步骤109)；
(12)若步骤104的判断结果为否，则返回步骤103；
(13)若步骤104的判断结果为是，则将编码包类型设为匹配类型，将匹配结果编码输出(步骤110)；
(14)完毕(步骤113)；
所述解压缩流程，包括以下步骤：
(15)初始化(步骤201)；
(16)判断编码类型是否未匹配(步骤202)；
(17)若步骤202的判断结果为否，则经“根据匹配位置和长度从数据流仓库中还原数据包”至“输出还原数据包完毕”(步骤210)；
(18)若步骤202的判断结果为是，则去掉编码头，还原数据包(步骤203)；
(19)将数据包保存至数据流仓库(步骤204)；
(20)提取数据包特征值(步骤205)；
(21)根据设定值的连续特征值计算hash桶号A(步骤206)；
(22)将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶A中(步骤207)；
(23)判断剩余未参加计算的特征值大于设定值(步骤208)；
(24)若步骤208的判断结果为否，则返回步骤206；
(25)若步骤208的判断结果为是，则输出还原数据包完毕(步骤210)。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：
所述步骤101进一步包括以下步骤：
(1)在网关上启用一个或一个以上的待压缩编码模块，确定所需的资源大小和相关参数并将其保存至采用配置文件格式配置文件中，配置文件格式采用但不限于xml、mml、ini格式存储；
(2)与对端解压端对应模块进行数据初始化同步，包括：数据流仓库大小、 数据流仓库的数据校验，以保证压缩端、解压端两边数据流仓库的内容绝对一致，从而使解码端能根据编码结果正确还原数据。
所述步骤201进一步包括以下步骤：
与对端压缩端对应模块进行数据初始化同步，包括：数据流仓库大小、数据流仓库的数据校验，以保证压缩端、解压端两边数据流仓库的内容绝对一致，从而使解码端能根据编码结果正确还原数据。
所述步骤102进一步包括以下步骤：
(1)提取数据包特征值，并按其在数据包的出现的顺序形成一个特征流；其中特征值为ascii码0～255中事先侯取的若干个值，但候选的特征值个数一定少于255个(步骤1021)；
(2)在已提取的特征流中，依次顺序利用若干特征值计算出一个hash桶号，具体采用多少特征值计算可自定义，计算方法可采用但不限于crc32等其他hash碰撞率较低的算法；若特征流剩余为参与计算特征值个数不足以计算hash桶号，则跳至设定值(步骤1022)；
所述步骤1021候选特征值的方法包括以下步骤：
假设以ascii码值为3，5，7，11四个字符为候选特征值。某个数据包内容ascii码值显示如下(斜体显示的字符为特征值)：
1， 8，9，112，121，1， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400032
6， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400033
234， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400034
1， 
则提取的特征流如下：
5，3，5，7，11，3，7，……，5，3………。
所述步骤106进一步包括以下步骤：
(1)根据计算出的hash桶号，从hash表中获得该桶内容，桶的内容为已保存从前某个数据包某特征值在数据流仓库中的位置；为提高读写hash表速度，可采用但不限于内存映射方式(步骤1061)；
(2)若步骤(步骤1061)判断该桶内容为空，则返回步骤1022。
所述步骤1061的hash桶计算原理及桶内容与数据流仓间的关系，则进一步包括以下步骤：若利用提取的特征值5，3，5，7四个值计算出的hash桶号为1000，而数据流仓库保存该数据包第一个字节的位置在9000，则保存到hash表桶1000中的内容为该数据包特征值5在数据流仓库中的位置，即9001，如图3所示。
所述步骤109进一步包括以下步骤：利用读出的数据流和待压缩数据包输入到匹配搜索模块进行模式匹配，找出其尽可能多的匹配；模式匹配算法可采用但不限于kmp、bm算法；若找到匹配，则输出匹配位置和长度，并跳至设定值+1。
本发明具有如下优点：
1.从压缩比率看，由于本发明采用的数据仓库很大，能产生极高的压缩比率，因此能大幅减少带宽占用，提高带宽使用率。
2.从压缩对象看，本发明能压缩包括rar、jpg等压缩格式的所有类型的数据，因此应用广泛。
3.从压缩处理时间看，本发明采用基于特征提取的搜索方法，能有效减少搜索匹配消耗的时间，提高了压缩效率。
附图说明
图1是本发明的压缩流程图。
图2是本发明的解压流程图。
图3是本发明hash桶计算原理及桶内容与数据流仓库间关系的示意图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述：
该通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，包括压缩流程和解压缩流程：
请参阅图1所示，所述压缩流程，包括以下步骤：
(1)、初始化，包括：(步骤101)；
①在网关上启用一个或一个以上的待压缩编码模块，确定所需的资源大小和相关参数并将其保存至采用配置文件格式配置文件中，配置文件格式采用但不限于xml、mml、ini格式存储；
②与对端解压端对应模块进行数据初始化同步，包括：数据流仓库大小、数据流仓库的数据校验，以保证压缩端、解压端两边数据流仓库的内容绝对一致，从而使解码端能根据编码结果正确还原数据；
(2)、提取待压缩的数据包特征值，包括：(步骤102)；
①提取数据包特征值，并按其在数据包的出现的顺序形成一个特征流；其中特征值为ascii码0～255中事先侯取的若干个值，但候选的特征值个数一定少于255个(步骤1021)；
所述步骤1021候选特征值的方法包括以下步骤：
假设以ascii码值为3，5，7，11四个字符为候选特征值。某个数据包内容ascii码值显示如下(斜体显示的字符为特征值)：
1， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400051
8，9，112，121，1， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400052
6， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400053
234， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400054
1， 
Figure DEST_PATH_GSB00000480348400055
则提取的特征流如下：
5，3，5，7，11，3，7，……，5，3………。
②在已提取的特征流中，依次顺序利用若干特征值计算出一个hash桶号，具体采用多少特征值计算可自定义，计算方法可采用但不限于crc32等其他hash碰撞率较低的算法；若特征流剩余为参与计算特征值个数不足以计算hash桶号，则跳至7(步骤1022)；
(3)、判断数据流间的匹配是否完毕(步骤103)；
(4)、若步骤103的判断结果为否，则进一步判断剩余未参加计算的特征值大于7(步骤104)；
(5)、若步骤103的判断结果为是，则经“将数据包保存至数据流仓库，将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶中”(步骤111)、“在数据 包前添加未匹配编码头，输出编码包”(步骤112)至完毕(步骤113)；
(6)若步骤104的判断结果为是，则根据7个的连续特征值计算hash桶号A(步骤105)；
(7)若步骤104的判断结果为否，则经“将数据包保存至数据流仓库，将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶中”(步骤111)、“在数据包前添加未匹配编码头，输出编码包”(步骤112)至完毕(步骤113)；
(8)步骤105获取hash表桶号A的内容，得到在数据流仓库中的位置B(步骤106)；
所述步骤106进一步包括以下步骤：
①根据计算出的hash桶号，从hash表中获得该桶内容，桶的内容为已保存从前某个数据包某特征值在数据流仓库中的位置；为提高读写hash表速度，可采用但不限于内存映射方式(步骤1061)；
②若步骤(步骤1061)判断该桶内容为空，则返回步骤1022。
所述步骤1061的hash桶计算原理及桶内容与数据流仓间的关系，则进一步包括以下步骤：若利用提取的特征值5，3，5，7四个值计算出的hash桶号为1000，而数据流仓库保存该数据包第一个字节的位置在9000，则保存到hash表桶1000中的内容为该数据包特征值5在数据流仓库中的位置，即9001；如图3所示。
(9)从数据流仓库位置B开始读出若干字节，并保存至一临时缓冲区(步骤103)；
(10)寻找临时缓冲区与带压缩数据包最佳匹配(步骤108)；
(11)判断是否找到匹配(步骤109)；
所述步骤109进一步包括以下步骤：利用读出的数据流和待压缩数据包输入到匹配搜索模块进行模式匹配，找出其尽可能多的匹配；模式匹配算法可采用但不限于kmp、bm算法；若找到匹配，则输出匹配位置和长度，并跳至8。
(12)若步骤104的判断结果为否，则返回步骤103；
(13)若步骤104的判断结果为是，则将编码包类型设为匹配类型，将匹配结果编码输出(步骤110)；
(14)完毕(步骤113)；
请参阅图2所示，所述解压缩流程，包括以下步骤：
(15)初始化(步骤201)；
所述步骤201进一步包括以下步骤：
与对端压缩端对应模块进行数据初始化同步，包括：数据流仓库大小、数据流仓库的数据校验，以保证压缩端、解压端两边数据流仓库的内容绝对一致，从而使解码端能根据编码结果正确还原数据；
(16)判断编码类型是否未匹配(步骤202)；
(17)若步骤202的判断结果为否，则经“根据匹配位置和长度从数据流仓库中还原数据包”至“输出还原数据包完毕”(步骤210)；
(18)若步骤202的判断结果为是，则去掉编码头，还原数据包(步骤203)；
(19)将数据包保存至数据流仓库(步骤204)；
(20)提取数据包特征值(步骤205)；
(21)根据7个连续特征值计算hash桶号A(步骤206)；
(22)将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶A中(步骤207)；
(23)判断剩余未参加计算的特征值大于7(步骤208)；
(24)若步骤208的判断结果为否，则返回步骤206；
(25)若步骤208的判断结果为是，则输出还原数据包完毕(步骤210)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征在于，它包括压缩流程和解压缩流程：
所述压缩流程，包括以下步骤：
(1)、初始化；
(2)、提取待压缩的数据包特征值；
(3)、判断数据流间的匹配是否完毕；
(4)、若步骤(3)的判断结果为否，则进一步判断剩余未参加计算的特征值是否大于设定值；
(5)、若步骤(3)的判断结果为是，则将数据包保存至数据流仓库，将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶中，并在数据包前添加未匹配编码头，输出编码包；
(6)、若步骤(4)的判断结果为是，则根据设定值的连续特征值计算hash文件桶号A；
(7)、若步骤(4)的判断结果为否，则经将数据包保存至数据流仓库，将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶中、并在数据包前添加未匹配编码头，输出编码包并转步骤(14)；
(8)、获取hash表桶号A的内容，得到在数据流仓库中的位置B；
(9)、从数据流仓库位置B开始读出若干字节，并保存至一临时缓冲区；
(10)、将临时缓冲区中的数据流与待压缩数据包输入到匹配搜索模块中进行模式匹配；
(11)、判断是否找到匹配；
(12)、若步骤(11)的判断结果为否，则返回步骤(3)；
(13)、若步骤(11)的判断结果为是，则将编码包类型设为匹配类型，将匹配结果编码输出；
(14)、完毕；
所述解压缩流程，包括以下步骤：
(15)、初始化；
(16)、判断编码类型是否未匹配；
(17)、若步骤(16)的判断结果为否，则根据匹配位置和长度从数据流仓库中还原数据包并输出还原数据包完毕″；
(18)、若步骤(16)的判断结果为是，则去掉编码头，还原数据包；
(19)、将数据包保存至数据流仓库；
(20)、提取数据包特征值；
(21)、根据设定值的连续特征值计算hash文件桶号A；
(22)、将数据包中各特征值在数据流仓库的位置保存至hash文件桶A中；
(23)、判断剩余未参加计算的特征值是否大于设定值；
(24)、若步骤(23)的判断结果为否，则返回步骤(21)；
(25)、若步骤(23)的判断结果为是，则输出还原数据包完毕。
2.根据权利要求1所述通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征在于，所述步骤(1)进一步包括以下步骤：
(1.1)、在网关上启用一个或一个以上的待压缩编码模块，确定所需的资源大小和相关参数并将其保存至采用配置文件格式配置文件中，配置文件格式采用xml、或mml、或ini格式存储；
(1.2)、与对端解压端对应模块进行数据初始化同步，包括：数据流仓库大小、数据流仓库的数据校验，以保证压缩端、解压端两边数据流仓库的内容绝对一致，从而使解码端能根据编码结果正确还原数据。
3.根据权利要求1所述通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征在于，所述步骤(15)进一步包括以下步骤：
与对端压缩端对应模块进行数据初始化同步，包括：数据流仓库大小、数据流仓库的数据校验，以保证压缩端、解压端两边数据流仓库的内容绝对一致，从而使解码端能根据编码结果正确还原数据。
4.根据权利要求1所述通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征在于，所述步骤(2)进一步包括以下步骤：
(2.1)、提取数据包特征值，并按其在数据包的出现的顺序形成一个特征流；其中特征值为ascii码0～255中事先侯取的若干个值，但候选的特征值个数一定少于255个；
(2.2)、在已提取的特征流中，依次顺序利用若干特征值计算出一个hash桶号，具体采用多少特征值计算可自定义，计算方法可采用crc32hash碰撞率较低的算法；若特征流剩余为参与计算特征值个数不足以计算hash桶号，则跳至设定值。
5.根据权利要求4所述通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征
在于：所述步骤(2.1)候选特征值的方法包括以下步骤：
设定以ascii码值为3，5，7，11四个字符为候选特征值，
某个数据包内容ascii码值显示如下，其中斜体显示的字符为特征值：
1，5，3，8，9，112，121，1，5，7，6，11，3，234，7，......，5，1，3...；
则提取的特征流如下：
5，3，5，7，11，3，7，......，5，3.........。
6.根据权利要求4所述通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征在于，所述步骤(8)进一步包括以下步骤：
(8.1)根据计算出的hash桶号，从hash表中获得该桶内容，桶的内容为已保存从前某个数据包某特征值在数据流仓库中的位置；为提高读写hash表速度，可采用内存映像方式；
(8.2)若步骤(8.1)所获得的该桶内容为空，则返回步骤(2.2)。
7.根据权利要求6所述通过流缓存实现网间数据传输加速的方法，其特征在于：所述步骤(8.1)的hash桶计算原理及桶内容与数据流仓间的关系，则进一步包括以下步骤：若利用提取的特征值5，3，5，7四个值计算出的hash桶号为1000，而数据流仓库保存该数据包第一个字节的位置在9000，则保存到hash表桶1000中的内容为该数据包特征值5在数据流仓库中的位置，即9001。
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