CN101808044B - 一种流控制传输协议多归属选路的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流控制传输协议(SCTP)多归属选路的方法，包括：启动通路的质量评估，计算各个通路的质量评估值；比较每个通路的质量评估值，选择质量评估值最高的通路发送数据报文。本发明同时公开了一种SCTP多归属选路的装置，采用该方法和装置，网络选择质量评估值最高的通路发送数据报文，只要通路故障影响了传输效率，就会选择质量较好的其他通路进行传输，如此，能提高网络应对各种通路故障的能力，进而提高数据的传输速率和质量。

Description

一种流控制传输协议多归属选路的方法及装置

技术领域

本发明涉及通讯数据传输技术，尤其是指一种流控制传输协议(SCTP，Stream Control Transmission Protoco1)多归属选路的方法及装置。

背景技术

SCTP是目前通讯网络中使用最广泛的传输层协议，在很大程度上是因为SCTP具有多归属功能，它允许一个SCTP连接可以在多个传输路径之间进行选择和切换，从而提高了网络容错的能力。

所谓多归属，是指一个SCTP连接可以通过多条IP层的逻辑链路进行数据传输，这里，IP层的逻辑链路也可称为通路；通路之间存在备份关系，也就是说，当一条通路中断后，数据会被切换到其他可达的备份通路上进行传输。

在SCTP中，通路故障不仅仅表现为物理链路中断或者路由不可达，而是更多的表现为链路质量变差，比如：拥塞丢包、误码丢包、时延增大、以及乱序等。现有技术中，SCTP对链路质量变差情况的处理不够理想。举个例子来说，按照协议的要求，只有当报文连续重传达到一定次数时才会进行通路切换，这种条件下，当网络出现时通时断，或者出现较大丢包率的时候，报文在多次尝试后可能还会收到确认报文，此时，尝试的次数可能还没有达到协议的要求，这种情况下，即使当前通路的网络质量恶化，严重影响了业务传输，SCTP仍可能坚持在原有通路上发送数据，而不会选择质量较好的备用通路，进而影响数据的传输速率和质量。

另外，协议规定：如果当前通路不是首选通路，那么当首选通路可达，即：收到确认报文或者心跳回应报文后，会立即将当前通路切换回首选通路；这里，所述首选通路是指数据传输的默认通路。但是，收到确认报文或者心跳回应报文只能说明网络通路可达，并不能说明首选通路的网络质量完全恢复。因此，如果此时首选通路虽然可达，但是仍出现网络故障，如此，便会严重影响SCTP偶联的数据传输。这里，所述SCTP偶联是指两个SCTP端点之间建立连接的对应关系，也就是说，网络故障会严重影响建立偶联的两个SCTP端点之间的数据传输。

综上所述可以看出，目前SCTP的多归属选路机制是依据通路通、断的属性设计的，并没有考虑到通路网络质量的优劣对数据传输速率和质量的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种SCTP多归属选路的方法及装置，以解决现有SCTP的多归属选路机制没有考虑到通路网络质量优劣对数据传输速率和质量影响的缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种SCTP多归属选路的方法，包括：

启动通路的质量评估，计算各个通路的质量评估值；

比较所述各个通路的质量评估值，选择质量评估值最高的通路发送数据报文；

其中，当两条或两条以上通路质量评估值相同时，网络设备优先选择首选通路发送数据报文，其次选择当前通路发送数据报文，最后选择其他通路发送数据报文；当质量评估值相同的通路中不包括首选通路时，优先选择当前通路发送数据报文。

上述方案中，触发所述计算各个通路的质量评估值的因素，包括以下之一或任意组合：定时器超时、事件触发、网络拥塞、重传达到一定次数。

上述方案中，所述启动通路的质量评估，计算各个通路的质量评估值的具体为：

当前通路的质量评估值Q(P)＝(1-a)Q+a(R/S)；

其中，S为发送数据包个数，定时器启动后，每发送一个数据包加一；R为确认数据包个数，每确认一个数据包加一；Q表示通路的丢包率；

其他通路质量评估值Q(P)的计算具体为：网络设备每接收到一次有效的心跳回应报文，则将Q(P)值更新为：Q(P)＝(1-a)Q+a；在规定时间内没有收到心跳回应报文，则将Q(P)值更新为：Q(P)＝(1-a)Q；

根据心跳回应报文的接收情况，得到其他通路的Q(P)值；

所述a在大于0.01且小于0.1之间取值。

上述方案中，所述启动通路的质量评估并计算各个通路的质量评估值H(P)，具体为：

H(P)＝PMTU/(SRTT×(Q)^0.5+0.001)；

PMTU表示通路的最大传输单元；SRTT表示平滑往返周期；Q表示通路的丢包率；(Q)^0.5表示丢包率的平方根；

Q＝(1-a)Q+a(R/S)；

S为发送数据包个数，定时器启动后，每发送一个数据包加一；R为确认数据包个数，每确认一个数据包加一；

其他通路Q值的计算具体为：网络设备每接收到一次有效的心跳回应报文，则将Q值更新为：Q＝(1-a)Q+a；在规定时间内没有收到心跳回应报文，则将Q值更新为：Q＝(1-a)Q；

根据心跳回应报文的接收情况，得到其他通路的Q值；

所述a在大于0.01且小于0.1之间取值。

上述方案中，所述启动通路的质量评估并计算各个通路的质量评估值H(P)，具体为：

H(P)＝PMTU/(T×(Q)^0.5+0.001)；

PMTU表示通路的最大传输单元；T表示通路的时延；Q表示通路的丢包率，(Q)^0.5表示丢包率的平方根。

上述方案中，所述Q的计算方法具体为：

定时器启动后，向每条通路发送通路质量探测心跳报文；

记录每条通路上发送质量探测心跳报文的个数S和接收到对应质量探测心跳回应报文的个数R；

定时器超时后，根据Q＝R/S，计算通路的丢包率Q。

上述方案中，所述T值的计算方法具体为：

ST_n＝ST_n-1+(T₂-T₁)，其中，ST_n表示发送累计时延，T₁表示发送质量探测心跳报文的时间戳，携带在所要发送的质量探测心跳报文中，T₂表示接收到该质量探测心跳报文的时间；定时器超时后，通路发送n个质量探测心跳报文，得到n个质量探测心跳报文的发送累计时延ST_n，根据T＝ST_n/R，得到通路的T值，所述R为当前通路上确认的数据包个数。

本发明还提供了一种SCTP多归属选路的装置，包括：计算模块、比较模块、以及选路模块；其中，

计算模块，用于在计算通路的质量评估值，计算完成后，触发比较模块；

比较模块，用于比较计算模块计算得到的每条通路的质量评估值，并将质量评估值最高的通路发送给选路模块；

选路模块，用于接收到比较模块发送的质量评估值最高的通路后，选择质量评估值最高的通路发送数据报文，其中，当两条或两条以上通路质量评估值相同时，网络设备优先选择首选通路发送数据报文，其次选择当前通路发送数据报文，最后选择其他通路发送数据报文；当质量评估值相同的通路中不包括首选通路时，优先选择当前通路发送数据报文。

本发明所提供的SCTP多归属选路的方法及装置，计算并比较通路的质量评估值，并由网络选择质量评估值最高的通路发送数据报文，只要通路故障影响传输效率，就会选择质量较好的其他通路进行传输，如此，能提高网络应对各种通路故障的能力，进而提高数据的传输速率和质量；另一方面，只有当首选通路的质量评估值在所有通路中达到最大时，才会切回到首选通路进行数据的传输，因此，能避免现有SCTP中只要收到确认报文就要切回到首选通路，从而有可能造成数据传输速率迟缓的问题。

附图说明

图1为本发明实现SCTP多归属选路的方法流程示意图；

图2为实施例一的实现方法流程示意图；

图3为实施例三中丢包率的计算方法流程示意图；

图4为本发明实现SCTP多归属选路的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明实现SCTP多归属选路的方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：启动通路的质量评估，计算通路的质量评估值；

这里，所述需要可以是定时器超时后，还可以是事件触发后，比如接收到报文后；如果是以定时器超时作为需要的条件，那么，应在启动定时器前设置好定时器的时长以及启动触发的时刻；所述需要还可以是传输质量变差，比如：拥塞或者重传达到一定次数。

一般，定时器的启动触发以及定时器的时长可以采用现有SCTP中发送心跳报文的定时器的触发原则和定时器的时长，具体的，可以参照RFC2960、以及RFC4960中的规定；所有通路可共用一个定时器。

步骤102：比较每个通路的质量评估值，选择质量评估值最高的通路发送数据报文。

这里，当几条通路的质量评估值相同时，网络设备优先选择首选通路发送数据报文，再选当前通路发送数据报文，最后选其他通路发送数据报文；如果质量评估值相同的通路中不包括首选通路，则应当优先选择当前通路发送数据报文；

所述当前通路是指网络当前发送数据报文所使用的通路。

所述网络设备包括：路由器、网关、交换机、无线网络控制器、基站以及移动终端等各种通信网络中的网元设备。

通常，影响通路网络质量的因素包括：丢包率、时延大小及其变化趋势、数据报文收发的乱序程度、网络带宽、SCTP的收发队列积压程度、以及业务呼损等，用户可以根据需要选取部分因素，再根据选取的因素定义适合的评估函数，进行质量评估值的计算。

实施例一：

本实施例中选取通路的丢包率作为影响通路网络质量的因素，据此定义评估的函数，从而使网络选择丢包率最小的通路作为数据发送的通路，网络设备选择丢包率最小的通路作为数据发送的通路的实现方法如图2所示，包括以下步骤：

步骤201：网络设备启动通路的质量评估；

这里，SCTP可以具有多归属功能，也可以不具有多归属功能。一般，在实际应用中，将SCTP配置为具有多归属功能，相应的，在SCTP被配置为具有多归属功能后，启动通路的质量评估；如果SCTP不具有多归属功能，则不需要启动通路的质量评估。

将通路P的质量评估值表示为Q(P)，对于已经确认的通路，将初始Q(P)值设为1，对于未确认的通路，将初始Q(P)值设为0；

所述确认的通路是指已经确认的可达的通路；所述未确认的通路是指已经确认的不可达的通路。

步骤202：触发定时器，定时器超时后计算每条通路的Q(P)值，并比较各个通路的Q(P)值，网络设备选取Q(P)值最大的通路作为当前通路；

这里，定时器的启动触发以及定时器的时长可以采用现有SCTP的发送心跳报文的定时器的触发原则和定时器的时长，具体的，可以参照RFC2960、以及RFC4960中的规定；

当前通路的丢包率指的是数据报文的丢包率，其他通路的丢包率则指的是心跳报文的丢包率；

当前通路Q(P)值的计算具体为：Q(P)＝(1-a)Q+a(R/S)；

其中，a为平滑参数，a的倒数可以近似理解为影响评估结果的发送报文数。举个例子来说，a＝0.01，则表示Q(P)值是从最近的100个报文的丢包率中获得的。a的取值范围为：0＜a＜1，为了使Q(P)能比较正确、快速的反映通路的丢包率，因此，优选的，a可以在0.01＜a＜0.1之间取值；

S为当前通路上发送的数据包个数，在RFC4960文件中可以看到关于S的详细的解释；定时器启动后，每发送一个数据包，S加一；

R为当前通路上确认的数据包个数，定时器启动后，每确认一个数据包，R加一；接收端每接收到一个数据包后，会给网络返回一个对应的确认的数据包。

定时器超时后，根据确定的S、R值计算当前通路Q(P)值；在计算出当前通路的Q(P)值后，则清除S和R值。

其他通路Q(P)值的计算具体为：启动定时器后，网络设备每接收到一次有效的心跳回应报文，则将Q(P)值更新为：Q(P)＝(1-a)Q+a；在规定时间内没有收到心跳回应报文，则将Q(P)值更新为：Q(P)＝(1-a)Q。

这里，a的取值与当前通路计算Q(P)值中a的取值相同；所述有效的心跳回应报文是指在SCTP规定的时间内接收到心跳回应报文；其他通路的Q(P)值每发送一次心跳报文后就更新一次，更新时，公式右侧的Q值为上一次通路发送心跳报文后得到的Q值。

定时器超时后，根据心跳回应报文的接收情况，得到其他通路的Q(P)值。

在计算通路的Q(P)值的过程中，如果出现某个通路中断的情况，则将该通路的Q(P)值设置为0；

当几条通路的质量评估值相同时，网络设备优先选择首选通路发送数据报文，再选当前通路发送数据报文，最后选其他通路发送数据报文；如果质量评估值相同的通路中不包括首选通路，则应当优先选择当前通路发送数据报文；

步骤203：网络设备采用更新的当前通路发送数据报文，结束当前处理流程。

实施例二：

本实施例中，用户可以选取通路的丢包率、时延大小、以及通路的最大传输单元(PMTU，Path Maximum Transmission Unit)作为影响通路网络质量的因素，定义评估的函数为：

H(P)＝PMTU/(SRTT×(Q)^0.5+0.001)；

其中，H(P)可以表示为通路的最大传输能力；PMTU表示通路的最大传输单元，可以参照RFC1191文件得到每条通路的PMTU值；SRTT表示平滑往返周期，用来衡量近期通路的时延，是SCTP的基本参数之一，可以参照RFC4960文件得到每条通路的SRTT值；Q表示通路的丢包率，(Q)^0.5表示丢包率的平方根。

这里，当前通路Q值的计算具体为：Q＝(1-a)Q+a(R/S)；

其中，a为平滑参数，a的倒数可以近似理解为影响评估结果的发送报文数，举个例子来说，a＝0.01，则表示Q值是从最近的100个报文的丢包率中获得的。a的取值范围为：0＜a＜1，为了使Q能比较正确、快速的反映通路的丢包率，因此，优选的，a可以在0.01＜a＜0.1之间取值；

S为当前通路上发送的数据包个数，在RFC4960文件中可以看到关于S的详细的解释；定时器启动后，每发送一个数据包，S加一；

R为当前通路上确认的数据包个数，定时器启动后，每确认一个数据包，R加一；接收端每接收到一个数据包后，会给网络返回一个对应的确认的数据包。

定时器超时后，根据确定的S、R值计算当前通路Q值；在计算出当前通路的Q值后，则清除S和R值。

其他通路Q值的计算具体为：启动定时器后，网络设备每接收收到一次有效的心跳回应报文，则将Q值更新为：Q＝(1-a)Q+a；在规定时间内没有收到心跳回应报文，则将Q值更新为：Q＝(1-a)Q。

这里，a的取值与当前通路计算Q值中a的取值相同；所述有效的心跳回应报文是指在SCTP规定的时间内接收到心跳回应报文；其他通路的Q值每发送一次心跳报文后就更新一次，更新时，公式右侧的Q值为上一次通路发送心跳报文后得到的Q值。

定时器超时后，根据心跳回应报文的接收情况，得到其他通路的Q值；定时器的启动触发以及定时器的时长可以采用现有SCTP的发送心跳报文的定时器的触发原则和定时器的时长。具体的，可以参照RFC2960、以及RFC4960文件的规定；

分母中0.001是为了防止丢包率为0时除法溢出设置的。

上面描述的两种得到质量评估值的方法，是借助通路上收发数据或者心跳回应报文测量得到通路的质量评估值，因此，可以认为是网络设备被动得到通路的质量评估值。

实施例三：

在本实施例中，网络设备可以采用专门的探测心跳报文进行通路的质量评估值的获取，具体的讲，用户依然选取通路的丢包率、时延大小、以及通路的PMTU作为影响通路网络质量的因素，定义评估的函数为：

H(P)＝PMTU/(T×(Q)^0.5+0.001)；

其中，H(P)可以表示为通路的最大传输能力；PMTU表示通路的最大传输单元；T表示通路的时延；Q表示通路的丢包率，(Q)^0.5表示丢包率的平方根。

这里，Q值的计算方法如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：定时器启动后，网络设备向每条通路发送通路质量探测心跳报文；

这里，定时器的启动触发以及定时器的时长可以采用现有SCTP中发送心跳报文的定时器的触发原则和定时器的时长，具体的，可以参照RFC2960、以及RFC4960中的规定；

现有SCTP规定：当有数据报文发送时不用发送心跳报文；与现有SCTP不同的是：本发明在所有通路上都发送通路质量探测心跳报文，以便每条通路都拥有相同的采样模型；

所述通路质量探测心跳报文，可以定义新的心跳类型，以便区别原有SCTP中的心跳报文，具体的，可以参照RFC4960中的规定格式定义新的心跳类型；所述通路质量探测心跳报文的长度尽量选择大报文，比如：接近PMTU，以便保证得到H值的可靠性；所述通路质量探测心跳报文的可达性不会影响通路的通断计数；

步骤302：记录每条通路上发送质量探测心跳报文的个数S和接收到对应质量探测心跳回应报文的个数R；

这里，为了保证探测结果的可靠性，S值应该是足量的探测报文，比如：可以选择10到100之间的数值。

步骤303：定时器超时后，根据公式Q＝R/S，计算通路的丢包率Q。

这里，定时器的启动触发以及定时器的时长可以采用现有SCTP的发送心跳报文的定时器的触发原则和定时器的时长，具体的，可以参照RFC2960、以及RFC4960文件中的规定。

T值的计算方法具体为：

ST_n＝ST_n-1+(T₂-T₁)，其中，ST_n表示发送累计时延，T₁表示发送质量探测心跳报文中的时间戳，携带在所要发送的质量探测心跳报文中，T₂表示接收到该质量探测心跳回应报文的时间；

定时器启动后，初始的ST值选取初始的重传超时值(Initial RetransmissionTimeout)，所述初始的重传超时值可以从RFC4960文件中得到具体的数值；

定时器超时后，通路发送了n个质量探测心跳报文，得到n个质量探测心跳报文的发送累计时延，根据T＝ST_n/R，得到通路的T值。

这里，计算出通路的Q值和T值后，则清除S、R、以及ST_n值，并根据计算出的Q值和T值，进一步计算得到通路的H(P)值。

以上所述方案中的RFC是指请求评议(RFC，Request For Comments)，是一系列以编号排定的文件。文件收集了有关因特网相关资讯，以及UNIX和因特网社群的软件文件，比如：RFC1191是涉及PMTU的文件，在这里可以找到如何确定每条通路的PMTU值。

为实现上述方法，如图4所示，本发明还提供了一种SCTP多归属选路装置，该装置包括：计算模块41、比较模块42、以及选路模块43；其中，

计算模块41，用于在需要比较通路的质量评估值时，计算通路的质量评估值，计算完成后，触发比较模块42；

比较模块42，用于比较计算模块41计算得到的每条通路的质量评估值，并将质量评估值最高的通路发送给选路模块43；

选路模块43，用于接收到比较模块42发送的质量评估值最高的通路后，选择质量评估值最高的通路发送数据报文。

其中，所述计算模块41，可以根据选取的部分影响通路网络质量的因素，定义适合的评估函数，进行质量评估值的计算；

当几条通路的质量评估值相同时，所述选路模块43优先选择首选通路发送数据报文，再选当前通路发送数据报文，最后选其他通路发送数据报文；如果质量评估值相同的通路中不包括首选通路，则应当优先选择当前通路，再选其他通路发送数据报文。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种流控制传输协议(SCTP)多归属选路的方法，其特征在于，该方法包括：

启动通路的质量评估，计算各个通路的质量评估值；

比较所述各个通路的质量评估值，选择质量评估值最高的通路发送数据报文；

其中，当两条或两条以上通路质量评估值相同时，网络设备优先选择首选通路发送数据报文，其次选择当前通路发送数据报文，最后选择其他通路发送数据报文；当质量评估值相同的通路中不包括首选通路时，优先选择当前通路发送数据报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，触发所述计算各个通路的质量评估值的因素，包括以下之一或任意组合：定时器超时、事件触发、网络拥塞、重传达到一定次数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述启动通路的质量评估，计算各个通路的质量评估值的具体为：

当前通路的质量评估值Q(P)＝(1-a)Q+a(R/S)；

其中，S为发送数据包个数，定时器启动后，每发送一个数据包加一；R为确认数据包个数，每确认一个数据包加一；Q表示通路的丢包率；

其他通路质量评估值Q(P)的计算具体为：网络设备每接收到一次有效的心跳回应报文，则将Q(P)值更新为：Q(P)＝(1-a)Q+a；在规定时间内没有收到心跳回应报文，则将Q(P)值更新为：Q(P)＝(1-a)Q；

根据心跳回应报文的接收情况，得到其他通路的Q(P)值；

所述a在大于0.01且小于0.1之间取值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述启动通路的质量评估并计算各个通路的质量评估值H(P)，具体为：

H(P)＝PMTU/(SRTT×(Q)^0.5+0.001)；

PMTU表示通路的最大传输单元；SRTT表示平滑往返周期；Q表示通路的丢包率；(Q)^0.5表示丢包率的平方根；

Q＝(1-a)Q+a(R/S)；

S为发送数据包个数，定时器启动后，每发送一个数据包加一；R为确认数据包个数，每确认一个数据包加一；

其他通路Q值的计算具体为：网络设备每接收到一次有效的心跳回应报文，则将Q值更新为：Q＝(1-a)Q+a；在规定时间内没有收到心跳回应报文，则将Q值更新为：Q＝(1-a)Q；

根据心跳回应报文的接收情况，得到其他通路的Q值；

所述a在大于0.01且小于0.1之间取值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述启动通路的质量评估并计算各个通路的质量评估值H(P)，具体为：

H(P)＝PMTU/(T×(Q)^0.5+0.001)；

PMTU表示通路的最大传输单元；T表示通路的时延；Q表示通路的丢包率，(Q)^0.5表示丢包率的平方根。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Q的计算方法具体为：

定时器启动后，向每条通路发送通路质量探测心跳报文；

记录每条通路上发送质量探测心跳报文的个数S和接收到对应质量探测心跳回应报文的个数R；

定时器超时后，根据Q＝R/S，计算通路的丢包率Q。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述T值的计算方法具体为：

ST_n＝ST_n-1+(T₂-T₁)，其中，ST_n表示发送累计时延，T₁表示发送质量探测心跳报文的时间戳，携带在所要发送的质量探测心跳报文中，T₂表示接收到该质量探测心跳报文的时间；定时器超时后，通路发送n个质量探测心跳报文，得到n个质量探测心跳报文的发送累计时延ST_n，根据T＝ST_n/R，得到通路的T值，所述R为当前通路上确认的数据包个数。

8.一种SCTP多归属选路的装置，其特征在于，该装置包括：计算模块、比较模块、以及选路模块；其中，

计算模块，用于在计算通路的质量评估值，计算完成后，触发比较模块；

比较模块，用于比较计算模块计算得到的每条通路的质量评估值，并将质量评估值最高的通路发送给选路模块；

选路模块，用于接收到比较模块发送的质量评估值最高的通路后，选择质量评估值最高的通路发送数据报文，其中，当两条或两条以上通路质量评估值相同时，网络设备优先选择首选通路发送数据报文，其次选择当前通路发送数据报文，最后选择其他通路发送数据报文；当质量评估值相同的通路中不包括首选通路时，优先选择当前通路发送数据报文。

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