CN102098301B - 多链路自适应的数据传输方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络传输技术领域，具体为一种多链路自适应的数据传输的方法与系统。所述方法包含如下步骤：初始检测每条链路带宽值，按照理论带宽值的90%作为该链路的实际传输数据的速率，动态的检测和调整每条链路的带宽。所述系统包含：网络传输质量检测模块，用于动态的检测网络的状态；链路传输带宽调整模块，用于根据网络传输质量，按照正相关关系动态调整每条链路的实时传输带宽值；数据分流模块，用于根据不同的数据包信息来确定该数据包从哪条链路传向客户端。本发明既可以充分利用用户的链路资源，为用户提供较高的带宽，同时对每条链路带宽的检测和调整，使得本发明又具有较高的带宽利用率。本发明真正实现了多链路的带宽融合。

Description

多链路自适应的数据传输方法与系统

技术领域

本发明属于网络传输技术领域，具体涉及同时利用多条链路，并且链路的带宽具有较大波动的数据传输的方法与系统。

背景技术

随着技术的发展，人们也越来越依赖网络进行数据的交互。目前网络传输多用单链路进行传输。但是，当用户需求的带宽大于单条链路的带宽时，单条链路不能满足用户的需求，这导致用户对网络满意度的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供多条链路带宽融合以增加传输带宽的方法及相应的系统，以便充分利用用户端的多条链路来达到提高传输带宽，满足用户对高带宽的需求。

为了解决以上技术问题，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供一种自适应多链路数据传输的方法，具体步骤为：

A、服务器主动检测每条链路                                               的初始带宽值；

B、服务器根据每条链路的带宽值，按照正相关关系调整每条链路的数据传输量；

C、服务器动态检测和调整每条链路的带宽值；

D、服务器动态检测是否有链路恢复正常工作或者出现故障；

E、服务器根据当前链路的状态，确定系统能采用的链路的数量。

本发明中，步骤B，服务器根据链路的带宽值，确定每条链路的数据传输量，可以按如下方式进行：

B1、服务器根据每条链路的带宽值的90%来确定该链路的数据传输速度；

B2、服务器将一个发送周期（N个数据包，N值的确定根据实际网络的延时和接收端对缓冲的要求来确定，一般经验值选取100）的数据包中的 个数据包通过带宽为的 链路传输。

B3、服务器利用策略路由或者Linux下的Bonding技术实现多条链路的数据融合。

本发明中，步骤C，为了确定每条链路的数据传输速度，本发明的检测和调整每条链路的带宽值可以按如下方式进行：

C1、服务器在进行数据传输时，为通过链路 传输的数据包做上其特殊的标记，即在传输的UDP（User Datagram Protocol：用户数据包协议）数据包的包尾，添加1字节的标记，其数值为 ；

C2、服务器端要保存每次带宽做出调整时RTSP（Real Time Streaming Protocol：实时流传输协议）的计数值Rf，以作为判断用户端反馈过来的丢包率是否采用；

C3、用户端在接收数据时，识别数据包上的标记，并为其记数，并向服务器反馈计数值和此次记数周期中的第一个数据包的RTSP的计数值Ry；

C4、当服务器端接收到用户的反馈后，通过判断本地保存的RTSP的记数值Rf和反馈回来的Ry的大小，若 则说明本次记数的数据包中包含上次调整带宽之前发送的数据包，故本次反馈将不予采用。当 时，说明本次记数的数据包全部能够正确反应当前的网络状况，所以本次反馈将通过一阶窗口预测模型来预测下一时刻的带宽值。同时更新Rf的值；

C5、根据预测的带宽值，按照正相关关系设置每条链路的带宽值。

本发明中，步骤D可按如下方式进行：

D1、配置网络链路对应的Udev(Linux kernel 2.6系列的设备管理器)配置，使得当链路出现故障或者恢复正常工作时触发一定的处理程序来通知上层应用程序；

D2、通过处理程序来处理这些突发事件，并向上层应用程序报告。

本发明还提出了一种相应于上述自适应多链路数据传输的方法的系统，该系统包含：

网络传输质量检测模块，用于动态的检测网络的状态；

链路传输带宽调整模块，用于根据网络传输质量，按照正相关关系动态调整每条链路的实时传输带宽值；

数据分流模块，用于根据不同的数据包信息来确定该数据包从哪条链路传向客户端；

在本发明中，所述网络传输质量检测模块包含：

发送数据封转单元，用于在服务器端封装发送的数据，以满足客户端统计数据包的需求；

传输质量确定单元，用于根据客户端的反馈信息来预测每条链路的下一时刻的带宽值；

接受数据统计单元，用于在客户端识别数据包上的标记，并为每条链路计数，并产生向服务器端反馈的数据信息。

在本发明中，所述链路传输带宽调整模块包含：

链路状态管理模块，用于根据预测的链路的状态决定当条链路是否停止使用，如果当前链路带宽值小于预设值则停止使用该链路；

带宽更改模块，用于将预测的带宽值按照正相关关系转换成实际应用的传输带宽值。

在本发明中，所述数据分流模块包含：

确定传输链路模块，用于根据各条链路的带宽值来决定该数据包从哪条链路中通过，并且要保证链路带宽利用率最大；

策略路由模块，用于将确定好传输链路的数据包，通过策略路由的方式将该数据包路由到该链路上，来实现多链路的传输。

本发明利用策略路由和Linux下的bonding技术实现了多链路的带宽融合，同时动态的测量每条链路的实际带宽，并按照其带宽值来分配每条链路的流量，这样既能提高可用带宽的上限，同时还实现了带宽的高利用率。这样就可以在不提高单条链路带宽值的情况下，通过本发明来满足用户对高带宽的需求，同时提高了传输数据的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的总体流程图。

图2是本发明带宽测量的流程图。

图3是一种自适应多链路数据传输系统的结构示意图。

具体实施方式

    本发明的关键在于能够实时的测量每条链路的带宽。下面将对照附图并结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

一般而言，现在很多的网络的实时传输都是单链路的，但是单链路有时不能满足用户对网络带宽的需求，同时，由于多链路传输时数据的延时比较大，而且还涉及到如何充分利用多条链路的带宽的问题。

    如图1所示，本发明具体实现自适应多链路数据传输的系统，基于上述思考，采用了如下处理：

1、服务器检测每条链路的初始带宽值；

2、服务器根据每条链路的初始带宽值，按照正相关关系调整每条链路的数据传输量；

3、服务器动态的检测和调整每条链路的带宽值。

如图2所示，服务器检测和调整每条链路的带宽值可以采用如下方式：

首先服务器通过向每条链路发送测试数据包来检测目前服务器可以使用的传输数据的链路的数目。然后服务器分别通过每条链路向用户端快速的发送大量的数据包组，这些数据包组的时间间隔是按照指数递减的。用户端接收到数据包后，通过分析相邻数据包分组的时间间隔，来确定该链路的最大可用带宽值。并且连续测试5次，客户端将这5次的带宽值做平均后取得每条链路的初始带宽值。当每条链路都测试结束完毕后，用户端向服务器端反馈每条链路的带宽值。完成带宽测量的初始化阶段。

服务器端得到每条链路的带宽值之后，按照测量带宽值的90%来确定每条链路的传输速率（为了提高系统传输的正确性，同时考虑到预测的带宽具有一定的延时性）。初始化结束后，系统进入正常工作状态。其包含以下几个关键部分：

1、每条链路带宽的测量:

本发明中每条链路带宽的测量分为服务器部分和用户端部分两部分，下面将做详细的说明（为了便于说明，我们假设系统中可用的链路为2条，分别为T1，T2，当然系统可以支持多于两条链路的情况）：

a、假设我们预测的下一时刻的两条链路的带宽分别是Ｘ、Ｙ，且本发明以100个数据包为一个发送和测量带宽的周期（根据延时等取得的经验值），那么一个周期中有 个数据包通过链路T1传输，有 个数据包通过T2传输，同时本发明采用的发送策略为每次发送数据包时随机产生一个1到100的数据NUM，如果，则该数据包通过链路T1进行传输，反之则通过链路T2进行传输。这种传输策略既能充分利用不同链路的带宽，同时使用随机数的方式还避免了同一条链路上的数据连续发送带来的瞬时发送带宽的过大，有利于提高传输的正确率；

b、本发明为了实时预测和调整带宽，首先为通过TN的数据包做上其独特的标记，即在传输的UDP数据包的包尾，添加1字节的标记，其数值为N；

c、本发明是借助于RTSP协议传输，在服务器端要保存每次带宽做出调整时RTSP的计数值Rf，以作为判断用户端反馈过来的丢包率是否采用；

d、本发明在用户端有一个记数和鉴别程序，它通过鉴别标记位，分别为每条链路记数，并保存本次记数周期中第一个数据包的RTSP的计数值。当记数端记满一个周期之后，向服务器端反馈每条链路的计数值和初始RTSP的计数值Ry；

e、当服务器端接收到用户的反馈后，通过判断本地保存的RTSP的记数值Rf和反馈回来的Ry的大小，若 则说明本次记数的数据包中包含上次调整带宽之前发送的数据包，故本次反馈将不予采用。当 时，说明本次记数的数据包全部能够正确反应当前的网络状况，所以本次反馈将通过一阶窗口预测模型来预测下一时刻的带宽值。同时更新Rf的值。

f、当服务器通过一阶窗口预测模型预测出每条链路的带宽后，我们根据正相关关系来真正的确定每条链路的实际传输带宽，这里的正相关关系就是指网络的实际传输带宽与网络预测的带宽的变化方向一致，就是说当预测的网络变差时，实际的传输带宽也要变小，而当预测的网络变好时，实际的传输带宽也要相应的增加。

在没有链路出现故障或者有新的链路加入时，不断的循环a～f就可以一直正常的工作下去。

2、带宽的融合：

本发明为了能够充分利用服务器端的链路资源，采用了带宽融合的技术。本发明通过利用Linux下的策略路由和Linux下的Bonding技术。

a、当多条链路具有不同网关出口时，本发明采用Linux下的策略路由模式，通过配置基于源地址的策略路由模式，来达到带宽融合。首先系统会根据当前每条链路的带宽值决定当前将要传输的数据包要通过哪条链路进行传输。然后通过策略路由，实现不同的源地址的数据包从各自不同的网关被路由到目标地址。

b、当多条链路具有相同的网关出口时，本发明采用Linux下的Bonding技术，将多条链路虚拟成一条链路，然后通过这一条虚拟的链路进行数据的传输，这时客户端只能看到一条虚拟的链路。这样就不存在多条链路路由的问题。而且Bonding技术还支持多种的发送策略。本系统采用的是基于最大系统带宽利用率的发送方式，就是按照不同链路的实际带宽值来分配每条链路的发送数据包的数量。如果服务器希望提供稳定的服务，可以利用激活-备份模式，这时系统的鲁棒性会得到很大的提高。

3、动态的检测可用链路的数量：

本发明可以自动的检测可用链路的数量，当有条链路断掉时，会触发系统设置的Udev规则，这时，Udev会触发处理程序来处理这一异常情况，处理程序会通知上层应用程序将该链路从可用链路表中剔除。如果通过客户端反馈的信息计算得到某条链路的带宽过低（低于预设值），那么带宽管理模块会将这条链路从发送链表中剔除，并会在后续的传输过程中，向该链路发送测试包，直至通过客户端反馈的信息计算得到的带宽值高于预设值时，才再次将该链路加入发送链表中。

如果系统发现一条新的链路可用时，这是会触发Udev规则，这是Udev会触发处理程序来处理这一异常情况。处理程序会通知上层应用将这条链路加入可用链表中，并初始化该链路的带宽。

如图3所示，一种自适应多链路数据传输的系统，该系统包含：

网络传输质量检测模块，用于动态的检测网络的状态；

链路传输带宽调整模块，用于根据网络传输质量，按照正相关关系动态调整每条链路的实时传输带宽值；

数据分流模块，用于根据不同的数据包信息来确定该数据包从哪条链路传向客户端；

本发明通过利用为每条链路做特殊的标记，从而能很方便的预测和调整每条链路的带宽，而且本发明还根据预测带宽值来进行数据的传输，这样再结合带宽融合的技术。本发明真正实现了带宽的扩展，同时还实现了带宽很高的利用率。

Claims (3)

1.一种多链路自适应的数据传输的方法，具体步骤为：

A、服务器主动检测每条链路L1,L2...Ln的初始带宽值R1,R2...Rn；

B、服务器根据每条链路的带宽值，按照正相关关系调整每条链路的数据传输量；

C、服务器动态检测和调整每条链路的带宽值；

D、服务器动态检测是否有链路恢复正常工作或者出现故障；

E、服务器根据当前链路的状态，确定系统能采用的链路的数量；

所述步骤B按如下方式进行：

B1、服务器根据每条链路的带宽值的90％来确定该链路的数据传输速度；

B2、服务器将一个发送周期的数据包中的数据包通过带宽为Rj的链路传输；N为一个周期内数据包个数；

B3、服务器利用策略路由或者Linux下的Bonding技术实现多条链路的数据融合；

其特征在于，所述步骤C按如下方式进行：

C1、服务器在进行数据传输时，为通过链路Li传输的数据包做上其特殊的标记，即在传输的UDP数据包的包尾，添加1字节的标记，其数值为i；这里UDP为用户数据包协议；

C2、服务器端保存每次带宽做出调整时RTSP的计数值Rf，以作为判断用户端反馈过来的计数值是否被采用来预测下一时刻的带宽值；这里RTSP为实时流传输协议；

C3、用户端在接收数据时，识别数据包上的标记，并为其记数，并向服务器反馈计数值和此次记数周期中的第一个数据包的RTSP的计数值Ry；

C4、当服务器端接收到用户的反馈后，通过判断本地保存的RTSP的记数值Rf和反馈回来的Ry的大小，若Rf＞Ry，则说明本次记数的数据包中包含上次调整带宽之前发送的数据包，故本次反馈不予采用；当Rf＜Ry时，说明本次记数的数据包全部能够正确反应当前的网络状况，所以本次反馈将通过一阶窗口预测模型来预测下一时刻的带宽值；同时更新Rf的值；

C5、根据预测的带宽值，按照正相关关系设置每条链路的带宽值。

2.如权利要求1所述的多链路自适应的数据传输方法，其特征在于，所述步骤D按如下方式进行：

D1、配置网络链路对应的Udev配置，使得当链路出现故障或者恢复正常工作时触发一定的处理程序来通知上层应用程序；这里Udev为Linux kernel 2.6系列的设备管理器；

D2、通过处理程序来处理这些突发事件，并向上层应用程序报告。

3.一种多链路自适应的数据传输系统，其特征在于，所述数据传输系统包含：

网络传输质量检测模块，用于动态的检测网络的状态；

链路传输带宽调整模块，用于根据网络传输质量，按照正相关关系动态调整每条链路的实时传输带宽值；

数据分流模块，用于根据不同的数据包信息来确定该数据包从哪条链路传向客户端；

所述网络传输质量检测模块包含：

发送数据封装单元，用于在服务器端封装发送的数据，以满足客户端统计数据包的需求；

传输质量确定单元，用于根据客户端的反馈信息来预测每条链路的下一时刻的带宽值；

接受数据统计单元，用于在客户端识别数据包上的标记，并为每条链路计数，并产生向服务器端反馈的数据信息；其中：

服务器在进行数据传输时，为通过链路Li传输的数据包做上其特殊的标记，即在传输的UDP数据包的包尾，添加1字节的标记，其数值为i；这里UDP为用户数据包协议；

服务器端保存每次带宽做出调整时RTSP的计数值Rf，以作为判断用户端反馈过来的计数值是否被采用来预测下一时刻的带宽值；这里RTSP为实时流传输协议；

用户端在接收数据时，识别数据包上的标记，并为其记数，并向服务器反馈计数值和此次记数周期中的第一个数据包的RTSP的计数值Ry；

当服务器端接收到用户的反馈后，通过判断本地保存的RTSP的记数值Rf和反馈回来的Ry的大小，若Rf＞Ry，则说明本次记数的数据包中包含上次调整带宽之前发送的数据包，故本次反馈不予采用；当Rf＜Ry时，说明本次记数的数据包全部能够正确反应当前的网络状况，所以本次反馈将通过一阶窗口预测模型来预测下一时刻的带宽值；同时更新Rf的值；

所述链路传输带宽调整模块包含：

链路状态管理模块，用于根据预测的链路的状态决定当前链路是否停止使用，如果当前链路预测的带宽值小于预设值则停止使用该链路；

带宽更改模块，用于将预测的带宽值按照正相关关系转换成实际应用的传输带宽值；

所述数据分流模块包含：

确定传输链路模块，用于根据各条链路的带宽值来决定该数据包从哪条链路中通过，并且要保证链路带宽利用率最大；

策略路由模块，用于将确定好传输链路的数据包，通过策略路由的方式将该数据包路由到该链路上，来实现多链路的传输。