CN102594703B - 基于中继节点的互联网通信系统和通信路径选择方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于中继节点的互联网通信系统，包括接入互联网的服务器和路由器，还包括用于在服务器之间转发数据包的中继节点和用于计算服务器间最优传输路径的选路决策节点，所述选路决策节点与服务器和中继节点相连，所述服务器包括第一链路质量检测模块，所述中继节点包括第二链路质量检测模块、上报模块和转发模块，该系统改善了服务器间直接传输时丢包率高及延时长的缺点，可以对服务器及中继节点之间的链路质量进行动态监测，大大改善了服务器间的通信服务质量，用于该系统的通信路径选择方法包括链路质量检测、链路质量参数上报及最优传输路径计算等步骤，其使得通信系统的各组件以最优化的方式协同工作，最终实现改善通信质量的效果。
Description
技术领域
本发明涉及互联网通信技术领域，涉及一种基于中继节点的互联网通信系统及应用该系统的通信路径选择方法。
背景技术
互联网上的信息传播是不可靠的，其主要表现为互联网通信的丢包率、延时性能等指标没有保证，在跨运营商或者在跨省份的互联网上传输数据时，数据传输丢包、延时大的问题尤为严重，在这样的网络上部署多媒体服务时，用户使用音频、视频等服务的主观感受是较差的，图1所示为该模式下的典型网络结构，图中当客户端1和客户端2通过服务器1、服务器2进行通信时，因为两个服务器分属于不同的运营商，故服务器1和服务器2之间的媒体传输质量通常较差；为了解决服务器和服务器之间的传输问题，通常的做法是将服务器部署在质量比较好的运营商机房，如双线甚至三线机房，这样不同运营商的用户访问该服务器或该服务器访问位于其他运营商服务器时的链路质量就会有一定的提高，参见图2，该系统将图1中服务器2移到同时属于运营商1和运营商2的双线机房，则用户1和用户2之间的通信等同于同一运营商网络内的通信，其链路质量相对有保证。不过在实践中，即便是后者也还是存在以下不足：首先，一个国家可能有多个运营商，服务提供商很难找到一个覆盖所有运营商的机房，使得任意两个服务器都通过该类机房来实现同运营商网络内的通信；其次，实践表明，同运营商内的服务器间通信，如果只依赖于运营商的路由来传输，其链路质量也不能完全保证。
发明内容
本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种基于中继节点的互联网通信系统和用于该系统的通信路径选择方法，上述系统和方法配合可以动态地检测网络传输质量状况并据此选择服务器间不同的通信路径，以保证较为稳定的传输质量。
为了达到上述目的，采用如下技术方案：
一种基于中继节点的互联网通信系统，包括接入互联网的服务器和路由器，所述服务器至少为两台，还包括用于在服务器之间转发数据包的中继节点和用于计算服务器间最优传输路径的选路决策节点，所述选路决策节点与服务器和中继节点相连，所述服务器包括第一链路质量检测模块，所述中继节点包括第二链路质量检测模块、上报模块和转发模块，其中：
第一链路质量检测模块用于获取当前服务器与中继节点或与其他服务器之间的链路质量参数；
第二链路质量检测模块用于获取当前中继节点与服务器或与其他中继节点之间的链路质量参数；
上报模块用于将所述链路质量参数上报至选路决策节点；
转发模块用于转发当前中继节点收到的数据包；
作为一种具体实施例，所述中继节点之间两两直接相连。
作为一种具体实施例，所述中继节点之间通过互联网连接。
一种用于基于中继节点的互联网通信系统的通信路径选择方法，包括以下步骤实现：
S1:链路质量检测；
第一链路质量检测模块定期探查当前服务器与其他服务器及与每个中继节点之间的链路质量参数，与此同时，第二链路质量检测模块探查当前中继节点与其他中继节点及与每个服务器之间的链路质量参数；
S2：服务器和中继节点将上一步骤得到的链路质量参数发送给选路决策节点；
S3：选路决策节点根据上报结果计算出任意两个服务器之间的最优传输路径；
S4：服务器根据上一步骤的最优传输路径向其他服务器发送数据包。
进一步地，所述链路质量参数至少包括通信延时数据和丢包率中的一种。
更进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：选择从发送服务器到目标服务器之间的可能路径并计算每条路径的链路质量权值F，
其中：F＝f1+f2；
f1为发送服务器从发送报文到接收到来自目标服务器反馈报文之间的通信延时数据的权值函数；
f2为数据包从发送服务器与目标服务器之间的丢包率的权值函数。
S32：比较每条路径的链路质量权值F，以链路质量权值F最小的路径为最优通信路径。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明所述的基于中继节点的互联网通信系统设置有中继节点，可以在服务器之间转发数据包，改善了服务器间直接传输时丢包率高及延时长的缺点；设置选路决策节点，可以对服务器及中继节点之间的链路质量进行动态监测并选择最优通信路径进行服务器间的数据传输，大大改善了服务器间的通信服务质量，应用该系统的通信路径选择方法使该系统的各组件以最优化的方式协同工作，最终实现改善通信质量的效果。
附图说明
图1是现有技术中服务器跨运营商网络的通信系统示意图
图2是现有技术中服务器位于双线机房的通信系统示意图。
图3是本发明所述基于中继节点的互联网通信系统结构示意图。
图4是本发明所述基于中继节点的互联网通信系统的中继节点功能模块示意图。
图5是本发明所述基于中继节点的互联网通信系统中选路决策节点收集链路质量参数示意图。
图6是本发明所述基于中继节点的互联网通信系统中路由器与中继节点的关系示意图。
具体实施方式
参见图3-图6，本发明所述的基于中继节点的互联网通信系统，包括接入互联网的服务器和路由器，所述服务器至少为两台，还包括用于在服务器之间转发数据包的中继节点和用于计算服务器间最优传输路径的选路决策节点，所述选路决策节点与服务器和中继节点相连，所述服务器包括第一链路质量检测模块，所述中继节点包括第二链路质量检测模块、上报模块和转发模块，其中第一链路质量检测模块用于获取当前服务器与中继节点或与其他服务器之间的链路质量参数，第二链路质量检测模块用于获取当前中继节点与服务器或与其他中继节点之间的链路质量参数，上报模块用于将所述链路质量参数上报至选路决策节点，转发模块用于转发当前中继节点收到的数据包。
对于到达中继的报文，其目的IP是中继的IP，而非目的服务器的IP地址。
报文中同时指示了中继应转发数据的下一节点地址。
根据需要，所述中继节点之间可以假设直达专线实现两两直接相连，也可以相互之间通过互联网连接，在上述两种情况下，中继节点间均可两两进行通信从而构成一张中继节点网，当服务器与另一服务器通信时，可以先将流量中转到某个中继节点上去，再由该中继节点转交到其他中继节点并最终送达目的服务器，或直接转交给目的服务器。
通过上述描述可知，本发明的中继节点不是IP路由器，它是基于运营商的路由器组成的网络之上的中转节点，其和路由器之间不交换路由协议信息。
基于上述系统，一种用于该系统的通信路径选择方法，包括以下步骤实现；
S1:链路质量检测；
服务器的第一链路质量检测模块定期探查当前服务器与其他服务器及与每个中继节点之间的链路质量参数，与此同时，第二链路质量检测模块探查当前中继节点与其他中继节点及与每个服务器之间的链路质量参数，所述链路质量参数可以是通信延时数据和丢包率等预设参数。
在本实施例中，所述丢包率和延时数据通过以下方法计算：
假定探查方为节点A，被探查方为节点B(其中节点A和节点B可以是任意一个服务器或中继节点)，则在链路质量检测模块的作用下，节点A周期性地向节点B发送带有序号的报文，节点B收到此种报文后，根据序号是否连续就可知道是否有丢包，丢了多少包，从而计算出两点间的丢包率η；与丢包率η的检测同步地，节点A还向节点B发送带有时间戳(t0)的报文，节点B收到该报文后，立即将该报文发回节点A，在本实施例中，假设节点A收到反馈报文的时间为t1，则A节点和B节点之间来回程的传输延时数据T(即时间)，其中：
T＝t1-t0； (1)
t0为节点A发送报文的时间；
t0为节点A接收到来自节点B的反馈报文的时间。
S2：服务器和中继节点将上一步骤得到的链路质量参数发送给选路决策节点；
得到上述丢包率和通信延时数据后，服务器和中继节点将链路质量参数发送给选路决策节点，为下以步骤的路径选择提供动态参考数据。
S3：选路决策节点根据上报结果计算出任意两个服务器之间的最优通信路径，其中该步骤又分为以下两个阶段：
S31：选路决策节点选择从发送服务器到目标服务器之间的可能路径并计算每条路径的链路质量权值F，其中：
F＝f1+f2； (2)
f1为发送服务器从发送报文到接收到来自目标服务器反馈报文之间的通信延时数据的权值函数；
f2为数据包从发送服务器与目标服务器之间的丢包率的权值函数。
下面公开一种可能的计算链路权值F的方法:
因为任意两个服务器之间的通信路径至少包含两个节点，故从发送服务器发送报文到接收到来自目标服务器之间的时间；
Ttotal＝T1+T1+...Tn,n为自然数； (3)
其中Tn为第n个节点发送报文到收到第n+1个节点的反馈报文之间的时间。
发送服务器至目标服务器之间的丢包率；
ηtotal＝η1*η2*η3*...ηn,n为自然数； (4)
其中ηn为第n个节点与第n+1个节点之间的丢包率。
联立公式(3)和(4)得到链路权值F的计算方法为：
F＝XTtotal+Yηtotal； (5)
其中X为Ttotal的权值参数，Y为ηtotal的权值参数。
应该明白，上述对链路权值的计算方法仅是一种可能的方式，本领域技术人员还可以在不脱离本发明权利要求限定范围的基础上对公式(2)中的权值函数f1和f2做出其他定义。
本实施例中，所述最优通信路径可能包含一个或多个中继节点，在这种情况下，中继节点的转发模块转发的目的地可能是另一中继节点，也可能是目的服务器，对于到达中继节点的报文，其目的IP是中继节点的IP，报文中同时指示了中继应转发数据的下一个节点地址。
如果服务器间不经过中继节点的链路质量比经过中继节点的通信质量好，则无需经过任何中继节点中转。
S32：比较每条路径的链路质量权值F，以链路质量权值F最小的路径为最优通信路径。
S4：服务器根据上一步骤的最优通信路径向其他服务器发送数据包。
根据S3步骤选定的最优通信路径，服务器将数据包发送至目标服务器，完成通信。
需要注意的是，本发明的贡献在于计算出不同服务器之间通信时需要经过的路径，而在传输过程中服务器和中继之间、中继与中继之间的路由仍然由路由器提供。在本系统中，服务器与中继节点之间、中继节点与中继节点之间的通信路径上可能存在多个路由器，路由器的设置功能实现与现有技术相同。
Claims (3)
1.一种用于基于中继节点的互联网通信系统的通信路径选择方法，其特征在于，
所述基于中继节点的互联网通信系统包括：接入互联网的服务器和路由器，所述服务器至少为两台，还包括用于在服务器之间转发数据包的中继节点和用于计算服务器间最优传输路径的选路决策节点，所述选路决策节点与服务器和中继节点相连，所述服务器包括第一链路质量检测模块，所述中继节点包括第二链路质量检测模块、上报模块和转发模块；
其中：第一链路质量检测模块用于获取当前服务器与中继节点或与其他服务器之间的链路质量参数；第二链路质量检测模块用于获取当前中继节点与服务器或与其他中继节点之间的链路质量参数；上报模块用于将所述链路质量参数上报至选路决策节点；转发模块用于转发当前中继节点收到的数据包；
所述通信路径选择方法，包括以下步骤实现：
S1:链路质量检测；
第一链路质量检测模块定期探查当前服务器与其他服务器及与每个中继节点之间的链路质量参数，与此同时，第二链路质量检测模块探查当前中继节点与其他中继节点及与每个服务器之间的链路质量参数；
S2：服务器和中继节点将上一步骤得到的链路质量参数发送给选路决策节点；
S3：选路决策节点根据上报结果计算出任意两个服务器之间的最优传输路径；
S4：服务器根据上一步骤的最优传输路径向其他服务器发送数据包。
2.如权利要求1所述的通信路径选择方法，其特征在于，所述链路质量参数至少包括通信延时数据和丢包率中的一种。
3.如权利要求2所述的通信路径选择方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31：选择从发送服务器到目标服务器之间的可能路径并计算每条路径的链路质量权值F，其中：F＝f1+f2；
f1为发送服务器从发送报文到接收到来自目标服务器反馈报文之间的通信延时数据的权值函数；
f2为数据包从发送服务器与目标服务器之间的丢包率的权值函数；S32：比较每条路径的链路质量权值F，以链路质量权值F最小的路径为最优通信路径。
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