CN101268455B - 无线传输协议 - Google Patents

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Abstract

一种用于在无线网络(6)中传输数据的数据传输协议(13、21)，该协议(13、21)包括：块I/O接口层(40)，用于提供在块I/O存储协议命令和网络分组之间的单级别翻译；以及无线传输层(41)，用于在所述网络(6)中的客户端(6A)和服务器(6B)之间传输所述网络分组，其中所述块I/O接口层(40)直接在客户端(6A)和服务器(6B)的网络设备驱动器(14、20)和存储设备驱动器(23)上执行操作。

Description

无线传输协议
技术领域
本发明涉及用于无线网络的数据传输协议。
背景技术
诸如移动计算设备、图像捕获设备和便携式媒体播放设备之类的具有大存储容量的移动设备变得越来越普及。可以料想，诸如IEEE802.11a/b/g或超宽带(UWB)之类的无线组件将与这些移动设备集成以提供高带宽数据访问和数据共享能力。但是，现有的存储传输协议，例如基于IP的存储协议(iSCSI、FCIP、iFCP)不特别适合于通过无线网络传输存储命令和数据。这些协议倾向于作为重量级协议(heavy protocol)并且未被优化以适合于处理无线网络的高分组差错和高分组丢失环境。在无线网络中，遭遇到这些协议的若干性能恶化。
通常，移动存储设备提供基于文件或基于块(block)的数据共享服务。基于文件的数据共享服务包括NFS、FTP、CIFS。基于文件的数据共享服务遭受服务器一侧过度的文件操作和TCP/IP开销的影响。
基于块的数据共享服务包括因特网小计算机系统接口(iSCSI)。基于块的数据共享服务通过移动文件操作到由客户端执行来减轻服务器的负担。但是，iSCSI不适合于无线网络，这是因为其由于高误码率和高分组丢失率而遭受性能恶化。由于大多数无线网络是单跳(single hop)的，因此使用TCP/IP协议栈由于存在极大开销而效率低下。一种解决方案是卸载(offload)TCP/IP处理到芯片上的TCP/IP卸载引擎(TOE)或主机总线适配器(HBA)。除了TCP/IP卸载之外，iSCSI协议数据单元(PDU)的编码和解码也可以被卸载到专用的iSCSI卸载引擎以进一步增强主机系统的性能。这增加了拥有的总成本并且需要购买专门的硬件设备。
因此，存在对于用于无线应用的改进传输协议的需求。具体而言，存在对于高度适合于短距离无线应用的传输协议的需求。
发明内容
在第一优选方面中，提供了一种用于在无线网络内传输数据的方法，该方法包括：
在单个级别上在块I/O存储协议命令和网络分组之间进行翻译；以及
在所述网络中的客户端和服务器之间传输所述网络分组，
其中直接在所述客户端和服务器的网络设备驱动器和存储设备驱动器上执行操作。
在第二优选方面中，提供了一种用于在无线网络内传输数据的数据传输协议，该协议包括：
块I/O接口层，用于提供在块I/O存储协议命令和网络分组之间的单级别翻译；以及
无线传输层，用于在所述网络中的客户端和服务器之间传输所述网络分组，
其中所述块I/O接口层直接在所述客户端和服务器的网络设备驱动器和存储设备驱动器上执行操作。
该协议可以提供开放系统互连参考(OSI)模型中的网络层或传输层的功能。
该协议可以提供OSI模型中的网络层功能，并且所述网络设备驱动器利用OSI模型中的数据链路层的媒体访问控制(MAC)寻址来传输数据。
该协议可以提供OSI模型中的传输层功能，并且所述数据根据相应的网络层寻址方案被传输。
所述存储协议命令包括由以下各项构成群组中的任意一项：SATA、ATA和SCSI。
所述网络分组可以是以太网帧或相应的网络数据链路帧。
所述网络分组可以是IP分组或相应的网络层帧。
所述无线传输层可以包括带有分组丢失控制的滑动窗传递。
所述无线传输层可以包括从下方的(underlying)网络体系结构获得的快速接收器和发送器超时值。
重复的ACK分组可被用于报告分组丢失。
新的超时值可以是基于其他无线协议的往返时间的。
所述无线传输层可以包括快速分组丢失检测和选择性重传以有选择地重传丢失的分组。
分组丢失可以通过漏洞检测算法被检测，在所述漏洞检测算法中，滑动窗中的连续丢失分组被定义为漏洞，并且通过所述算法检测出的各个漏洞样式使得差错能够被恢复。
在第三方面中，提供了一种根据所述数据传输协议构建的数据分组。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明的示例，其中：
图1示出当根据本发明优选实施例的传输协议被用作传输时的协议分层图；
图2是该传输协议的特征的图示；
图3是该传输协议的重传事件的图示；
图4是比较iSCSI与该传输协议的CPU占用率的柱状图；
图5A示出根据该传输协议构造的协议数据单元(PDU)；以及
图5B示出存储命令头部。
具体实施方式
附图和以下描述意图提供对可以实现本发明的合适计算环境的简要一般性描述。虽然不是必需的，但本发明将在由计算机执行的计算机可执行指令(例如程序模块)的一般上下文中被描述，所述计算机例如是个人计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、薄板计算机、PDA等等。一般而言，程序模块包括执行特性任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、字符、组件、数据结构。本领域技术人员将意识到，本发明可以利用其他计算机系统配置来实现，包括手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子设备、网络PC、迷你计算机、大型计算机等等。本发明还可被实现在分布式计算环境中，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地存储器存储设备和远程存储器存储设备两者中。
参考附图，提供了用于无线网络6的无线存储传输协议(WSTP)13、21。这些图示出WSTP 13、21直接部署在开放系统互连参考(OSI)模型的数据链路层之上。WSTP也可以直接部署为网络层之上的传输层。该协议是一种两层协议并且包括：作为高层的块I/O接口层40和作为低层的无线传输层41。块I/O接口层40提供块I/O存储协议命令和网络分组之间的单级别翻译。块I/O接口层40处理现有块I/O存储协议(例如SATA、ATA和SCSI)和网络分组之间的翻译。这种翻译以单级别(single level)形式执行。无线传输层41在网络6中的客户端6A和服务器6B之间传输网络分组。无线传输层41处理服务器和客户端之间的网络分组传输。该协议具有紧密体系结构，该体系结构使得网络分组头部开销及其复杂性最小化。块I/O接口层40直接在客户端6A和服务器6B的网络设备驱动器14、20和存储设备驱动器23上执行操作。优选地，WSTP被用于短距离无线局域网(LAN)或个人区域网(PAN)。
转向图1和2，从客户端6A一侧的应用10，大容量存储I/O通过各种系统调用被执行。当这些I/O到达存储协议层12时，特定于设备的存储命令头部被构建以执行所请求的操作。存储协议层12可以是SCSI、SATA或ATA。用于数据发送或接收的主机存储器缓冲器描述符(在必要时)被构建。该信息随后被传递到WSTP协议层13，在WSTP协议层13上，WSTP 13的块I/O接口层40构建协议数据单元(PDU)，该PDU包含存储命令头部和PDU数据(如果数据将被发送/写入)。块I/O接口层40提供块I/O用于以太网PDU翻译，而以太网基于媒体访问控制(MAC)寻址。通常，块I/O意味着应用10或文件系统11正在利用逻辑块地址(LBA)向存储设备24发送要写入的块或者请求块。图5A示出PDU。PDU随后被传递到WSTP 13的无线传输层41，在无线传输层41上，执行分组化以形成分段和数据报。接下来，数据报被传递到无线网络驱动器14，在无线网络驱动器14中执行以太网帧分组化。最终，以太网帧被放置到网络6上。图5B示出PDU的存储命令头部。
当在服务器6B一侧的无线网络驱动器20接收以太网帧时，其删除帧封装，并将结果上传到WSTP 21的无线传输层41。无线传输层41删除数据报和分段封装，从而将留下的PDU传递到WSTP 21的块I/O接口层40。块I/O接口层40删除PDU中的存储命令头部和数据(如果存在)并将它们传递到存储协议层22进行解释。最终，所请求的大容量存储操作被存储设备24上的盘驱动器23所执行。
在客户端6A上低于应用层10的任意栈层上，协议13可以被实现在硬件中。硬件意味着包括有形组件以及在这些组件上运行的固件。类似地，在服务器6B上低于实际逻辑单元20的任意栈层上，协议可以实现在硬件中。在任一栈中，低于第一硬件实现的各层也必须存在于硬件中。
参考图3，WSTP 13具有带有分组丢失控制的滑动窗传递。任意分组丢弃信号被认为是分组丢失。在对等连接中不存在拥塞。而且，滑动窗在存在分组丢失时不会缩小。WSTP 13具有从下方的无线网络体系结构(例如IEEE 802.11或超宽带(UWB))中取得的快速接收器和发送器超时值。新的超时值是基于各种其他无线协议的往返时间来计算的。
WSTP 13还具有快速分组丢失检测和选择性重传。WSTP 13的ACK比其他传输协议产生更多重传信息。与其他重传整个分组队列的传输协议形成对照的是，WSTP 13有选择地重传丢失的分组。因此，在WSTP 13下，从丢失的分组或坏分组的恢复是快速的。在图3的示例中，当第二分组(2)被认为丢失时，在接收第一分组(1)的10ms内发送ACK(2)。当接收到ACK(2)时，第二分组(2)被重传。第三分组(3)在重传第二分组(2)之后被立即发送。
为了节省电池寿命并提高性能，WSTP 13直接使用数据链路层来利用媒体访问控制(MAC)寻址方法传输数据。WSTP 13具有紧密的协议层体系结构，其使得CPU占用率更小并且电池寿命更长。
WSTP 13使用块级别访问将文件级别操作的计算负担转移到客户端6A。WSTP 13直接采用数据链路层作为传输连接，以避免诸如TCP/IP之类的其他传输协议中常见的传输开销。在实验中，利用WSTP 13的无线存储服务器具有更好的性能并具有更少的功耗。参考图4，当以相同的最大吞吐量工作时，利用WSTP 13的移动设备消耗的CPU功率是诸如iSCSI之类其他协议的一半。
虽然已经参考短距离对等无线移动存储应用描述了WSTP 13，但是可以设想，其也可被应用于长距离有线或无线网络。WSTP 13还可以被用作超出存储数据和命令之外的所有其他可能的数据传输的通用传输协议。WSTP 13执行OSI模型的传输层功能。在此情形下，块I/O接口层40提供块I/O用于网络层PDU翻译，并且WSTP 13直接使用网络层寻址方案在网络6中的设备之间传输数据。
WSTP 13被设计为轻量级的，并且包含用于有效地应对有损无线网络以最大化可用带宽的机制。无线网络中的分组丢失通过漏洞检测算法得以解决，在所述漏洞检测算法中，滑动窗中连续的分组丢失被定义为漏洞。通过检测不同的漏洞样式，可以快速恢复差错。WSTP 13可以被实现在移动设备上以提供低功耗和数据共享服务。
虽然WSTP 13被设计用于对等无线网络，但是其可被扩展到任意有线、无线或混合有线/无线网络，并且还可用于需要针对移动设备的有效且轻量级存储传输协议的情形以及用在低带宽网络中。
由于WSTP 13是传输协议，因此其还可被扩展到存储数据或命令以外，以支持所有其他可能类型的数据传输。WSTP 13可以独立使用，或者与用户数据报协议(UDP)一起使用。其在易错网络中实现了很好的性能。
本领域技术人员将会意识到，在不脱离广泛描述的本发明的范围或精神的情况下，可以对特定实施例中所示发明进行多种变化和/或修改。因此，所述实施例在所有各个方面被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (24)

1.一种用于在有线或无线网络内在对等连接上传输数据的方法，该方法包括：
在块I/O存储协议命令和网络分组之间进行单级别翻译；以及
在包含带有分组丢失控制的滑动窗传递的无线传输层中，在所述网络中的客户端和服务器之间传输所述网络分组，
其中直接在所述客户端和服务器的网络设备驱动器和存储设备驱动器上执行操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法提供开放系统互连参考OSI模型中的网络层或传输层功能。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述方法提供所述OSI模型中的所述网络层功能，并且所述网络设备驱动器利用所述OSI模型中的数据链路层的媒体访问控制MAC寻址来传输数据。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述方法提供所述OSI模型中的所述传输层功能，并且所述数据根据相应的网络层寻址方案被传输。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述存储协议命令包括由以下各项构成的群组中的任意一项：SATA、ATA和SCSI。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述网络分组是以太网帧或相应的网络数据链路帧。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述网络分组是IP分组或相应的网络层帧。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述无线传输层包括从下方的网络体系结构获得的快速接收器和发送器超时值。
9.如权利要求1所述的方法，其中重复的ACK分组被用于报告分组丢失。
10.如权利要求9所述的方法，其中新的超时值是基于其他无线协议的往返时间的。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述无线传输层包括快速分组丢失检测和选择性重传以有选择地重传丢失的分组。
12.如权利要求1所述的方法，其中分组丢失通过漏洞检测算法被检测并且通过所述算法检测出的各个漏洞样式使得差错能够被恢复，其中在所述漏洞检测算法中，滑动窗中的连续丢失分组被定义为漏洞。
13.一种用于在有线或无线网络内在对等连接上传输数据的系统，该系统包括：
用于在块I/O存储协议命令和网络分组之间进行单级别翻译的装置；以及
用于在包含带有分组丢失控制的滑动窗传递的无线传输层中，在所述网络中的客户端和服务器之间传输所述网络分组的装置；
其中直接在所述客户端和服务器的网络设备驱动器和存储设备驱动器上执行操作。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述系统提供开放系统互连参考OSI模型中的网络层或传输层功能。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述系统提供所述OSI模型中的所述网络层功能，并且所述网络设备驱动器利用所述OSI模型中的数据链路层的媒体访问控制MAC寻址来传输数据。
16.如权利要求14所述的系统，其中所述系统提供所述OSI模型中的所述传输层功能，并且所述数据根据相应的网络层寻址方案被传输。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述存储协议命令包括由以下各项构成的群组中的任意一项：SATA、ATA和SCSI。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述网络分组是以太网帧或相应的网络数据链路帧。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述网络分组是IP分组或相应的网络层帧。
20.如权利要求13所述的系统，其中所述无线传输层包括从下方的网络体系结构获得的快速接收器和发送器超时值。
21.如权利要求13所述的系统，其中重复的ACK分组被用于报告分组丢失。
22.如权利要求21所述的系统，其中新的超时值是基于其他无线协议的往返时间的。
23.如权利要求13所述的系统，其中所述无线传输层包括快速分组丢失检测和选择性重传以有选择地重传丢失的分组。
24.如权利要求13所述的系统，其中分组丢失通过漏洞检测算法被检测并且通过所述算法检测出的各个漏洞样式使得差错能够被恢复，其中在所述漏洞检测算法中，滑动窗中的连续丢失分组被定义为漏洞。
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