CN101946468A - 多个通信接口之间的约束动态路径选择 - Google Patents

多个通信接口之间的约束动态路径选择 Download PDF

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Abstract

公开了用于多个可用通信接口之间的约束动态路径选择的方法和装置。在一些实施例中，选择逻辑与多个链路层接口操作性地耦合以选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集。度量逻辑与链路层接口操作性地耦合以计算该集中每个链路层接口的度量值。切换逻辑与选择逻辑和度量逻辑操作性地耦合以根据该接口集中的链路层接口的度量值来向数据流分配该链路层接口以优化通信性能。

Description

多个通信接口之间的约束动态路径选择
技术领域
本公开总体上涉及网络通信领域。特别地，本公开涉及多个可用通信接口之间的约束动态路径选择。
背景技术
在诸如膝上型电脑、超级移动PC(UMPC)和移动因特网设备(MID)之类的现代计算设备中，可能存在诸如以太网、Wi-Fi、蓝牙、WiMAX和/或3G(用于移动电话的第三代无线)之类的多个网络接口。当前操作系统不使用多个接口来与可用网络上的设备进行通信。当单个机器的多个接口被连接到相同的网络时，它们缺省使用一个接口。
开放系统互连(OSI)模型和TCP/IP或用于网络协议栈的因特网参考模型提供了用于通信的分层抽象描述，其具有包括应用层和传输层的上层和包括网络层、数据链路层和物理层的下层。
数据链路层提供网络实体之间的数据传输，并且检测/纠正可能出现在物理层中的错误。最初打算用于电话系统广域网(WAN)的点到点和点到多点的媒体，局域网(LAN)架构中的数据链路层(其包括支持广播的多接入媒体(例如与在IEEE Project 802中一样))提供了WAN使用最初不需要的子分层和管理功能。然而在实践中，在诸如点到点协议(PPP)之类的现代数据链路协议中不存在流控制，并且IEEE 802.2的逻辑链路控制(LLC)没有被用于以太网或其他LAN上的大多数协议。因此，数据链路层中的流控制的潜在好处尚未被充分地发掘。
附图说明
本发明通过举例来说明并且不限于附图中的图。
图1示出采用多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的联网系统的一个实施例。
图2示出用于促进多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的网络设备的一个实施例。
图3a示出用于执行多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的过程的一个实施例的流程图。
图3b示出用于选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集的过程的一个实施例的流程图。
图3c示出用于执行用于链路层接口的平均数据传输速率度量的计算的过程的一个实施例的流程图。
图3d示出用于执行用于链路层接口的能耗度量的计算的过程的一个可替换实施例的流程图。
图3e示出用于执行用于链路层接口的度量值的计算的过程的另一可替换实施例的流程图。
图3f示出用在多个网络通信接口之间动态切换用于数据流的约束路径选择的过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
公开了用于多个可用通信接口之间的约束动态路径选择的方法和装置。在一些实施例中，选择逻辑与多个链路层接口操作性地耦合以选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集。度量逻辑与链路层接口操作性地耦合以计算该集中每个链路层接口的度量值。切换逻辑与选择逻辑和度量逻辑操作性地耦合以根据该接口集中的链路层接口的度量值来向数据流分配该链路层接口以优化通信性能。
本发明的这些以及其他实施例可以根据以下教导来实现，并且可以在不偏离本发明的较宽精神和范围的情况下对以下教导进行各种修改和改变应该是明显的。因此说明书和附图应在说明性的而非限制性的意义上来看待，并且本发明仅通过权利要求及其等同物来衡量。
因为诸如膝上型电脑、超级移动PC(UMPC)和移动因特网设备(MID)之类的设备可能包括诸如以太网、Wi-Fi、蓝牙、WiMAX和/或3G之类的多个网络接口，所以在许多情况下，同时使用这些多个接口来在这样的设备之间进行通信将是有益的(为了更好的总带宽、功率效率的选择性使用等等)。这种情况的一个例子是具有MID和膝上型电脑的对等网络，所述MID和膝上型电脑这二者都配备有Wi-Fi和蓝牙接口。
混合组网是一种新的架构，其向设备提供在数据链路层中同时使用多个接口来与网络上的其他设备进行通信的能力。对于以下所描述的一些实施例，一种算法能够被混合组网的路径选择部件使用来基于优化能耗和吞吐量这二者的成本函数来动态地选择用于与本地网络上的目的地进行通信的接口。此外，它还能够检测在诸如Wi-Fi之类的采用基于争用的网络接入的接口中的拥塞并且一检测到接口中的拥塞就动态地改变接口。
图1示出采用多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的联网系统101的一个实施例。所述联网系统101包括网络设备120和网络设备140。网络设备120和网络设备140可以建立对等通信，例如在应用层125和应用层145之间或在传输层124和传输层144之间。这样的通信可以跨越物理网络111-113中任何一个从网络层123被路由到网络层143。
网络设备120包括用于采用多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的路径选择部件122。网络层123与部件122的虚拟网络接口卡(VNIC)122d进行通信。网络设备120包括与链路层接口122a-122c操作性地耦合的选择逻辑122f。选择逻辑122f选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集。网络设备120还包括与链路层接口122a-122c操作性地耦合的度量逻辑122g，用于计算选择逻辑122f所选择的链路层接口集中的每个链路层接口的度量值。网络设备120的一些实施例还可以包括与度量逻辑122g操作性地耦合的策略逻辑122h，用于调整度量逻辑122g如何计算给定数据流的度量值以优化通信性能。网络设备120还包括与选择逻辑122f和度度量逻辑122g操作性地耦合的切换逻辑122e，用于根据度量逻辑122g所计算的由选择逻辑122f所选择的链路层接口集中的链路层接口122a-122c之一的对应度量值来向数据流分配该链路层接口以优化通信性能。响应于切换逻辑122e，VNIC 122d所接收的数据流的分组被切换到由切换逻辑122e分配给该数据流的链路层接口122a-122c之一。
网络设备140包括多个链路层接口142a-142c。链路层接口142a-142c之一经由物理网络111-113之一与由切换逻辑122e分配给数据流的链路层接口操作性地耦合以促进网络设备120与网络设备140之间通过网络的数据传输。网络设备140还包括VNIC 142d，用于接收来自链路层接口142a-142c的数据传输并且将它们传送到网络层143。
将会认识到，用于采用约束动态路径选择的路径选择部件122可以基于优化能耗和吞吐量这二者的度量来动态地选择用于与本地网络上的目的地进行通信的接口。当网络业务改变时，它能够检测接口中的拥塞并且动态地改变分配给数据流的接口。
图2示出用于促进多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的网络设备201的一个实施例。网络设备201包括应用层210、传输层211和网络层212。网络层212与VNIC 217进行通信。网络设备201包括与链路层接口218-220操作性地耦合的选择逻辑214。选择逻辑214选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集。网络设备201还包括与链路层接口218-220操作性地耦合的度量逻辑215，用于计算选择逻辑214所选择的集中的每个链路层接口的度量值。网络设备201的一些实施例还可以包括与度量逻辑215操作性地耦合的策略逻辑122h，用于调整度量逻辑215如何计算给定数据流的度量值以优化通信性能。网络设备201还包括与选择逻辑214和度量逻辑215操作性地耦合的切换逻辑213，用于根据度量逻辑215所计算的由选择逻辑214所选择的链路层接口集中的链路层接口218-220之一的对应度量值来向数据流分配该链路层接口以优化通信性能。响应于切换逻辑213，VNIC 217所接收的数据流的分组被切换到由切换逻辑213分配给该数据流的链路层接口218-220之一。VNIC 217还接收来自链路层接口218的任何数据传输并且将它们传送到网络层212。
以下更详细地描述在混合组网架构的路径选择部件的一些实施例中采用的过程。
图3a示出用于执行多个网络通信接口之间的约束动态路径选择的过程301的一个实施例的流程图。在此公开的过程301以及其他过程是通过处理块来执行的，所述处理块可以包括专用硬件或者能被通用机器或专用机器或这二者的组合执行的软件或固件操作代码。
在处理块311中，选择满足某一(或某些)约束条件的链路层接口集。对于过程301的一些实施例，举例来说，可以采用用于多个链路层接口的拥塞约束条件集，例如在它们的队列中具有多个可用的空位置。在处理块312中，可以检查该集以查看在处理块311中是否没有选择链路层接口。如果是的话，则在处理块313中将所有可用的接口放入该集中。在处理块314中，计算链路层接口集中的每个链路层接口的度量值。然后在处理块315中，根据该集中的链路层接口的对应度量值来为数据流分配链路层接口以优化通信性能。
以下更详细地描述对于过程301的一些实施例而言由处理块执行的过程。
图3b示出用于在处理块311中选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集的过程302的一个实施例的流程图。在处理块321中，过程302开始于使链路层接口集为空。在处理块322中，确定是否要考虑任何更多的可用链路层接口。如果否的话，则在处理块326中输出该集。否则，在处理块323中，挑选可用链路层接口之一。在处理块324中，对等待考虑中的当前链路层接口的队列进行检查以查看它是否小于某一先前预定阈值。这样的先前预定阈值可以被静态地或动态地选择。如果该队列小于预定阈值，则当前链路层接口被添加到链路层接口集。否则，处理直接移到处理块322的另一重复。这样的处理以相同的方式继续进行，直到已经考虑到所有可用的链路层接口并且最后在处理块326中输出该集。
图3c示出用于在处理块314中执行用于链路层接口的平均数据传输速率度量的计算的过程303的一个实施例的流程图。在处理块331中，监视传输TX和接收RX帧上的数据速率。在处理块332中，计算移动平均DTX和DRX。在处理块333中进行检查以查看新流是否正被计算。如果是的话，则最新的移动平均DTX和DRX被用来计算组合的平均数据传输速率度量D(t)，并且在处理块331中重新开始对于新数据流的处理。否则，重复开始于处理块331的对于当前数据流的处理。
图3d示出用于在处理块314中执行用于链路层接口的能耗度量的计算的过程304的一个可替换实施例的流程图。在处理块341中，监视所传输的数据业务的比例RTX和所接收的数据业务的比例RRX。在处理块342中，计算预期传输时间ETTTX和ETTRX。对于一个实施例，预期传输时间可以如下计算：
ETT＝(O+Bt/r)(1-ef)-1其中O是信道接入开销，Bt是数据帧中的比特数，r是数据速率，以及ef是误帧率。可以通过经由接口发送周期性测试帧或通过测量现有数据业务来计算ETT。
在处理块343中，能耗ETX和ERX通过使用数据业务比例和预期传输时间来计算，例如通过将它们与用于传输和用于接收的功耗分别乘在一起。然后在处理块344中，将能耗ETX和ERX加和在一起以计算能耗度量E。
图3e示出用于在处理块314中执行用于链路层接口的度量值的计算的过程305的另一可替换的实施例的流程图。在处理块351中，计算平均数据速率D(t)，例如与在过程303中一样。在处理块352中，计算能耗E，例如与在过程304中一样。在处理块353中，确定数据流的参数α。在一些实施例中，可以根据策略逻辑122h或策略逻辑216将参数α作为介于零(0.0)和一(1.0)之间的值来输入，并且能够根据数据流的特性和需要来调整该参数。例如可以为参数α选择值0.5以平衡能耗和吞吐量之间的优化。在处理块354中，度量值被计算为如下比率：
(D(t))α/E(1-α)。
将会认识到，当在网络业务中发生改变时，路径选择部件能够检测接口中的拥塞，并且使用约束动态路径选择、基于优化能耗和/或吞吐量的度量来动态地改变分配给本地网络上的数据流的接口以改进通信性能。
图3f示出用在多个网络通信接口之间动态地切换用于数据流的约束路径选择的过程301的一个实施例的流程图。在处理块361中，进行检查以查看是否所有的接口都满足约束条件？如果是的话，则无需切换，并且在处理块361中重复处理。否则，某一接口不满足约束条件，因此在处理块362中，选择满足约束条件的链路层接口集。在处理块363中，对该链路层接口集进行检查以查看它是否为空。如果是的话，则不可能进行切换来改进通信性能，并且处理从处理块363终止。否则处理在处理块364中继续进行，在处理块364中计算链路层接口集中的每个链路层接口的度量值。然后在处理块365中，根据该集中的新链路层接口的对应度量值来为数据流分配该新链路层接口以优化通信性能。
将会认识到，混合组网架构的路径选择部件的实施例可以使用约束动态路径选择来向设备提供在数据链路层中同时使用多个接口来与网络上的其他设备进行通信的能力。能够被路径选择部件使用的过程的实施例基于优化能耗和/或吞吐量的度量来动态地选择用于网络上的通信的接口，并且能够根据数据流的特性进行调整。当在网络业务中发生改变时，路径选择部件能够检测接口中的拥塞，并且动态地改变分配给数据流的接口以改进通信性能。
以上描述旨在说明本发明的优选实施例。根据以上讨论，下述也应是明显的，即尤其是在这种技术领域中(其中增长快并且不容易预见进一步的前进)，本发明可以由本领域技术人员在所附权利要求及其等同物的范围内、在不偏离本发明的原理的情况下在布置和细节上进行修改。

Claims (30)

1.一种能通过一个或多个机器实施的方法，所述方法包括：
从多个链路层接口中选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集；
计算所述链路层接口集中的每个链路层接口的度量值；以及
根据所述链路层接口集中的链路层接口的对应度量值来向数据流分配所述链路层接口以优化通信性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所选择的所述链路层接口集中的每一个链路层接口满足对应的本地链路层拥塞约束条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当等待特定链路层接口的本地队列小于预定阈值时，所述特定链路层接口满足所述对应的本地链路层拥塞约束条件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示最优数据速率的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述对应度量值是特定链路层接口的动态计算的平均数据速率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示最优能耗的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示数据速率与能耗的最优组合的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述对应度量值是数据速率D(t)与能耗E的组合，对于特定链路层接口，其通过使用数据流参数α被动态计算为(D(t))α/E(1-α)。
9.一种用于实施权利要求8所述的方法的有形的机器可读介质，在所述介质中存储了指令，所述指令在被所述一个或多个机器访问时使得所述一个或多个机器实施权利要求8所述的方法。
10.根据权利要求1所述的方法，包括：
检测分配给所述数据流的第一链路层接口何时不满足所述拥塞约束条件集的对应第一拥塞约束条件；
从所述多个链路层接口中选择满足所述拥塞约束条件集的另一链路层接口集；
计算所述另一链路层接口集中的每个链路层接口的新度量值；以及
根据所述另一链路层接口集中的第二链路层接口的对应新度量值来向所述数据流分配所述第二链路层接口以优化通信性能。
11.一种装置，包括：
选择逻辑，其与多个链路层接口操作性地耦合以从所述多个链路层接口中选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集；
度量逻辑，其与所述多个链路层接口操作性地耦合以计算所述链路层接口集中的每个链路层接口的度量值；以及
切换逻辑，其与所述选择逻辑和所述度量逻辑操作性地耦合以根据所述链路层接口集中的链路层接口的对应度量值来向数据流分配所述链路层接口以优化通信性能。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，当等待所述链路层接口集中的每一个链路层接口的本地队列小于预定阈值时，所选择的所述链路层接口集中的每一个链路层接口满足对应的本地链路层拥塞约束条件。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示最优数据速率的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示最优能耗的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示数据速率与能耗的最优组合的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述对应度量值是数据速率D(t)与能耗E的组合，对于特定链路层接口，其通过使用数据流参数α被动态计算为(D(t))α/E(1-α)。
17.根据权利要求11所述的装置，其中：
所述选择逻辑检测分配给所述数据流的第一链路层接口何时不满足所述拥塞约束条件集的对应第一拥塞约束条件，并且
从所述多个链路层接口中选择满足所述拥塞约束条件集的另一链路层接口集；
所述度量逻辑计算所述另一链路层接口集中的每个链路层接口的新度量值；以及
所述切换逻辑根据所述另一链路层接口集中的第二链路层接口的对应新度量值来向所述数据流分配所述第二链路层接口以优化通信性能。
18.一种制品，包括：
包括数据的有形的机器可访问介质，所述数据在被机器访问时使得所述机器执行以下操作：
从多个链路层接口中选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集；
计算所述链路层接口集中的每个链路层接口的度量值；以及
根据所述链路层接口集中的链路层接口的对应度量值来向数据流分配所述链路层接口以优化通信性能。
19.根据权利要求18所述的制品，其中，当等待所述链路层接口集中的每一个链路层接口的本地队列小于对应预定阈值时，所选择的所述链路层接口集中的每一个链路层接口满足对应的本地链路层拥塞约束条件。
20.根据权利要求18所述的制品，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示最优数据速率的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
21.根据权利要求18所述的制品，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示最优能耗的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
22.根据权利要求18所述的制品，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示数据速率与能耗的最优组合的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
23.根据权利要求18所述的制品，包括数据，所述数据在被所述机器访问时使得所述机器执行以下操作：
检测分配给所述数据流的第一链路层接口何时不满足所述拥塞约束条件集的对应第一拥塞约束条件；
从所述多个链路层接口中选择满足所述拥塞约束条件集的另一链路层接口集；
计算所述另一链路层接口集中的每个链路层接口的新度量值；以及
根据所述另一链路层接口集中的第二链路层接口的对应新度量值来向所述数据流分配所述第二链路层接口以优化通信性能。
24.一种联网系统，包括：
第一网络设备，包括：
选择逻辑，其与第一多个链路层接口操作性地耦合以从所述第一多个链路层接口中选择满足拥塞约束条件集的链路层接口集，
度量逻辑，其与所述第一多个链路层接口操作性地耦合以计算所述链路层接口集中的每个链路层接口的度量值，以及
切换逻辑，其与所述选择逻辑和所述度量逻辑操作性地耦合以根据所述链路层接口集中的第一链路层接口的对应度量值来向数据流分配所述第一链路层接口以优化通信性能；以及
第二网络设备，包括：第二多个链路层接口，所述第二多个链路层接口之一与所述第一链路层接口操作性地耦合以促进来自所述数据流的数据在所述第一和第二网络设备之间通过网络的数据传输。
25.根据权利要求24所述的联网系统，其中：
所述第一网络设备的选择逻辑检测分配给所述数据流的所述第一链路层接口何时不满足所述拥塞约束条件集的对应第一拥塞约束条件，并且
从所述多个链路层接口中选择满足所述拥塞约束条件集的另一链路层接口集；
所述第一网络设备的度量逻辑计算所述另一链路层接口集中的每个链路层接口的新度量值；并且
所述第一网络设备的切换逻辑根据所述另一链路层接口集中的第二链路层接口的对应新度量值来向所述数据流分配所述第二链路层接口以优化通信性能。
26.根据权利要求25所述的联网系统，其中，当等待所述链路层接口集中的每一个链路层接口的本地队列小于预定阈值时，选择所述链路层接口集中的每一个链路层接口以满足对应的本地链路层拥塞约束条件。
27.根据权利要求25所述的联网系统，其中，根据所述另一链路层接口集中的所述第二链路层接口的指示最优数据速率的对应度量值来向所述数据流分配所述第二链路层接口。
28.根据权利要求24所述的联网系统，其中，根据所述链路层接口集中的所述第一链路层接口的指示最优能耗的对应度量值来向所述数据流分配所述第一链路层接口。
29.根据权利要求24所述的联网系统，其中，根据所述链路层接口集中的所述链路层接口的指示数据速率与能耗的最优组合的对应度量值来向所述数据流分配所述链路层接口。
30.根据权利要求29所述的联网系统，其中，所述对应度量值是数据速率D(t)与能耗E的组合，对于特定链路层接口，其通过使用数据流参数α被动态计算为(D(t))α/E(1-α)。
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