CN102845042B - 一种应用层多个活动物理接口的带宽聚集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用层多个活动物理接口的带宽聚集系统及方法。所述系统包括：一个用于接收用户定义的输入的用户接口；至少一个用于创建及更新列有至通信链路中特定目的的路由的路由表的路由表更新器；至少一个位于协议栈应用层的控制模块；以及连接至应用层的多个物理接口，用于传输及接收所述控制模块指派的数据。

Description

一种应用层多个活动物理接口的带宽聚集系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别的，本发明涉及网络通信以及在应用层系统中实现多个物理通信链路的带宽聚合，从而，提高系统的整体带宽。
背景技术
带宽是一种通信资源，可以基于可用的及消耗的数据进行衡量，具体表示为bits/sec。其是一种用于确定物理或通信链路的状况以及容量的参数。
带宽是很多领域中的核心概念，其中包括信息理论、无线通信、信号处理以及光谱学。在固定单位时间内可用以传输的数据量表示为每秒的位数(bps)或每秒的字节数。例如：
a.V.90调制解调器支持56Kbps的理论最大带宽。同样地，FastEthernet理论上最大能够支持100Mbps的带宽。
b.天线性能内的频率范围，至于一些特性，遵照规定的标准。(2.4-2.5GHz天线具有100MHz的带宽)
每个通信链路具有其自身的带宽。带宽的下降会减少链路的数据速率；这会导致信息的丢失。而信息的丢失会降低应用的质量，从而降低服务质量QOS(QualityofService)。反之增加带宽则能增加数据速度并且提高服务质量，减少下载及上传的数据传输时间。
QOS的目的在于保证网络传输可预测结果的能力。QOS范围内网络性能要素通常包括可用度(正常运行时间)、带宽(吞吐率)、等待时间(延迟)以及出错率。因此，QOS涉及到网络流量的优化。
特别地，将与不同的物理接口相关的多个物理层的带宽聚合，以及与有线、无线网络的不同通信链路进行通信将会提高系统的整体带宽。我们所了解的先前技术中与带宽聚合相关的技术问题如下：
由Allen等人发明的专利号为7805156的美国专利公开了一种通信网络带宽的动态聚合系统及方法。所述专利中需要一个控制网络和网络控制员用以进行带宽聚合。且聚合需要特定的网络体系结构，如控制网络的组合、负载网络以及出口网络。
由Bruckman等人发明的专利号为7336605的美国专利公开了一种建立具有带宽保证的连接的方法，用以在第一和第二端点间包括多个平行物理链路的逻辑链路之上传输数据。所述专利需要服务水平协议，并且聚合是基于链路层—利用与电气与电子工程师协会IEEE(InstituteofElectricalandElectronicEngineers)标准802.3一致的链路聚合组，其中链路聚合是由一个分离的系统进行的，且还需要一个核心控制系统。
由Pedersen等人发明的专利号为6879590的美国专利公开了一种促进物理通信链路与高带宽逻辑链路聚合或合并的的方法、装置和系统。所述专利进行基于链路层的聚合。且使用一个在传输端和接收端均有计数元件的链路合并工具。其还进一步修改了数据链路帧的大小以及引进了超级帧。
由Allen等人发明的专利号为7720098的美国专利公开了一种在无线广域网络WWAN(WirelessWideAreaNetwork)中为无线用户进行动态带宽扩展的方法。所述专利中需要通信管理器用以管理客户群之间的流量，而且还需要能够从每个数据包显示数据信息的聚集服务器容纳数据，以及在将传输数据至外网前对数据包重新测序，利用特定的网络架构进行无线通信。
由Parrella等人发明的专利号为7260651的美国专利公开了一种通过覆盖一个超级传输以及在传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)/IP通信网络中缓存结构来提高无线网络中带宽效率的系统及方法。所述专利并不对多物理接口进行带宽聚集。其仅仅只是描述了一种由一个通过通信网络传输至第二电脑系统的第一电脑系统将数据进行压缩的方法，并创建一个在终端需要对应模块的虚拟网络(需要至少两个通过通信链路连接的电脑系统)。
由Parrella等人发明的专利号为2003078964的美国专利公开了一种减少通信网络与用户之间信息传输时间的系统及方法。所述专利并没有利用多接口进行带宽聚集，其仅将应用或浏览器中的用户数据进行缓存，将从主服务器中所选择的数据分布在一个通信网络的多个缓存中。使用特定的网络架构和建立虚拟专用网VPN(VirtualPrivateNetwork)。
由Izmailov等人发明的专利号为20050015511的美国专利公开了一种为实际有效地创建数据分布最佳化网络机制而动态发现利用未使用资源的方法及装置。所述专利需要特定的网络架构用以进行带宽增强。其基于网络层以及应用层，但并不完全是基于应用层。
由Lee等人发明的专利号为2010202310的美国专利公开了一种通过聚集多个带宽以提供宽频通信服务的带宽聚集系统。所述专利需要在目的端预置一个相应的模块以用于进行带宽聚集，从而完成多带宽的聚集。其适用于基站以及移动系统，特别地适用于于无线网络中的资源分配机制。
由Nomura等人发明的专利号为6973504的美国专利公开了一种实现在通信节点网络的节点之间的减少带宽预留所需资源的方法及系统。所述专利需要一个特定的网络系统以及用户感兴趣站点的聚集路径，以及有一个已分配的比第二用户站点小的带宽。
由Mater等人发明的专利号为20100011230的美国专利公开了一种通过链路聚集逻辑确定聚集的链路组间的网络流量的负载是否允许一个或多个聚集链路组失活，其中聚集链路组与多个网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)相合并。所述专利通过一个或多个失活的聚集链路组进行负载均衡，关机或是进入与一个或多个聚集链路相对应的NICs的功率节省模式
在“移动主机的带宽聚集传输等级机制”中Magalhaes公开了一种适用于传输层的信道聚集方案，为移动节点提供了增强的带宽。所述专利需要在目的端设置相应的模块并且工作在移动环境中。
在“异构无线网络中实时应用的带宽聚集”中Chebrolu公开了一些可用于移动用户接入互联网内容的无线接口。所述专利需要一个由基础设施代理网络层组成的网络层结构以进行带宽聚集。
在“下一代无线网络的带宽聚集—QOS质量协商机制”中Taleb公开了一种带宽聚集—QOS质量协商机制，以使用户能够对他们所需要的服务等级进行动态协商，并通过利用带宽聚集实现。所述专利使用基于服务水平协议的带宽聚集以及数据包重排序。
以上所讨论的现有技术中存在的缺陷如下，首先他们所公开的系统及方法需要特定的网络架构，如一个综合控制网络，负载网络，以及一个外网。其次上述技术中多数需要一个控制网络以及一个网络控制员以进行带宽聚集，并且还需要服务水平协议，相反或相应的模块/元件和网络代理以及进行带宽聚集。第三，其中的一些进行的是带宽分配及管理，而并不是带宽聚集。最后，这些方法在带宽聚集方面没有利用任何的应用层。
因此，不通过任何源端与目的端之间特定的网络架构、代理系统、服务水平协议或网络控制系统，尤其是终端不利用任何对应模块或元件的前提下，如何达到对应用层的多个活动物理接口进行带宽聚集成为了现有技术中亟待解决的技术问题。
发明目的
本发明的主要目的在于提供一种应用层多个活动物理接口的带宽聚集系统及方法。
本发明的另一目的在于提供一种可随应用层中使用控制模块的活动物理接口增强下载及上传数据传输速率，以及增加相关电脑系统整体带宽的系统及方法。
本发明的另一目的在于提供一种确定应用层中可加入带宽聚集过程的活动物理接口的系统及方法。
本发明的另一目的在于提供一种带宽聚集系统的生成方法及系统，该带宽聚集系统可通过同步从多个物理接口传输及接收数据，从而减少整体数据处理的操作时间。
本发明的另一目的在于提供一种将保持物理层的物理接口的数据传输接收路径、介质访问控制MAC(MediaAccessControl)以及其他上层功能模块/未改变功能进行聚集的系统及方法。
本发明的另一目的在于提供一种可聚集多个活动物理接口带宽的应用层构架。
发明内容
以下将对系统、元件及方法进行描述，可以理解，由于本发明可以以多种不同于上述具体限定的公开方式进行实施，因此并不仅限于上述特定的系统及方法。同时，应用于上述描述中的技术亦仅是用于描述特定的实施方式，并非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围仅限于权利要求。
本发明设计了一种用于聚集应用层多个活动物理接口带宽的系统。
作为本发明的一特征，一种系统及方法被提供用以确定系统中现有的活动物理接口及其关联网络协议IP(InternetProtocol)地址。
作为本发明的另一特征，一种系统及方法被提供用以确定上述接口的网关IP地址。接口被作为新路由及下一跳，以相同的权重/优先级被添加入路由表中。
作为本发明的另一特征，一种方法及系统被提供用以维持多个平行操作线程。操作线程的数量与待聚集带宽的接口的数量相同。操作线程可如数据传输一样进行数据同步获取。所述系统将整体数据在相关接口间进行划分以便于处理，使数据分割的比例与接口默认数据的速率相同。
进一步地，本发明还提出了一种提高整体数据传输及接收速率的方法及系统，进而减少应用程序在传输及获取数据时的操作时间，保证开放系统互联OSI(OpenSystemInterconnection)各个层或TCP/IP栈的功能性，如物理，介质接入，网络，传输等未改变的。
带宽聚集系统需要多个活动物理接口及不止一个网络连接。与本发明一致，下列前提条件是用户在实现该系统前定义输入所需要的：
a.所有需要聚集的接口数量；
b.接口标识，如eth0/eth1，ppp0/ppp1等；
c.以kbps表示的数据速率(kilobitspersecond)；
d.数据操作的统一资源定位符URL(UniformResourceLocator)；如视频流的URL，或上传或下载文件的URL。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明将以以下附图进行说明，其中：
图1为本发明多个实施例中可在应用层进行多个通信链路带宽聚集的系统的结构示意图；
图2为本发明多个实施例中在应用层系统进行多个通信链路带宽聚集方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明涉及通信技术领域，特别涉及网络通信以及在应用层系统中实现多个物理通信链路的带宽聚合，从而提高系统的整体带宽。
本发明中所述用以在应用层进行多个通信链路带宽聚集的系统组成如下：
a)一个用于接收用户定义输入的用户接口；
b)至少一个路由表更新器，用于为带宽聚集创建以及更新多个活动物理接口的路由；以及，
c)至少一个在协议栈应用层中的控制模块，用以在多个活动物理接口间进行数据分布，以及从多个物理接口进行封装。
图1为本发明多个实施例中用于聚集多个通信链路带宽的基于应用层的系统100的结构示意图。系统100包括用户接口102、一个路由表更新器104、一个路由表106、一个控制模块108、物理接口300，以及运行在TCP/IP协议栈200顶部的应用层。TCP/IP栈200进一步还包括一个超文本传输协议HTTP(HyperTextTransportProtocol)(未在附图中显示)，一个文件传输协议FTP(FileTransferProtocol)202，一个传输协议204，一个网络协议IP(InternetProtocol)206，一个介质访问控制MAC协议208，以及一个物理层协议210。
根据本发明的一个优选实施例，所述用户接口102接收用户定义的输入，如接口id，默认接口带宽，URL/目的地址，操作模式(上传，下载，流等)，所述系统100所使用的文件名。所述用户接口102包括用户接口包括处理设备的用户接口，如电脑，PDA，笔记本等。
在本发明的优选实施例中，以下前置条件是实现该系统所需的用户输入内容：
a)需要聚集的接口的整体数量；
b)接口标识，如eth0/eth1，ppp0/ppp1等；
c)以kbps表示的数据速率(kilobitspersecond，千位节/秒)；
d)数据操作的URL；如视频流的URL，或上传或下载文件的URL。
在本发明进一步的实施例中，路由表更新器104确定在当前关联的计算系统中的活动接口。根据本发明的一个优选实施例，路由表更新器104被用于更新列有至通信链路中特定路径路由的路由表106。
路由表更新器104以默认作为关键词在路由表106中进行搜索，确认IP地址，并将已存在的默认活动接口300的IP地址设为默认路由。
路由表更新器同时还在路由表106中以接口标识i.e及eth0、ppp0等关键词进行搜索，从而确定IP地址以及上述接口300的网关IP地址。在这种情况下，这些活动接口作为非默认接口存在。
根据本申请的一个重要实施例，路由表更新器104是带宽聚集系统100的一个组成部分。
进一步地，路由表更新器104为被选择进行带宽聚集的接口修改路由表106。其将这些接口作为默认路由，连同作为下一跳的其网关地址一同加入现有系统100的路由表106中。路由表更新器106为该接口的数据接收和传输赋予相同的优先级。
控制模块108位于由TCP/IP协议栈200组成的应用层，其中TCP/IP协议栈200还包括多种协议层，如超文本传输协议HTTP(未在附图中显示)，文件传输协议FTP202，传输协议204，网络协议IP206，介质访问控制MAC协议208，以及物理层协议210或上述之组合。
根据本发明的一个特征，控制模块108依据接口默认数据速率确定接口数据传输及接收的分布的数据量。假设n个接口的数据速率/带宽分别为n1，n2…nn，由该n个接口进行处理的数据的比例为n1：n2……nn。即控制模块108保持接口分布的数据量的比例与接口默认数据速率的比例相同。
在本发明的另一实施例中，控制模块108创建多个与活动物理接口数目相同的线程，其中控制模块108保持作为主要的主线程。可操作线程通过不同的物理接口300，独立传输或接收控制模块108所分配的数据。控制模块108将由本地系统接口所接收的数据合并，还将活动物理接口300传输的数据进行分布。所述控制模块合并本地系统中接口所接收的数据，以及利用网页脚本通过写操作和对远程系统执行访问操作发送至远程系统的数据。系统的数据传输及接收速率为物理接口300数据速率之和。
根据本发明，数据传输及接收所经过的物理接口300通过其特定的IP地址/接口标识合并。因此数据分布及与物理接口300的合并仅发生在应用层。
上述系统100并不需要任何特定的网络架构进行带宽聚集，也不需要任何网络代理或控制器。同时上述系统100并不需要在终端系统/目的节点设置任何的模块/元件或计数元件(如客户服务架构)以及任何的服务水平协议。上述系统100运行在应用层，从而便于系统的整合。
图2为本发明多个实施例中在应用层系统进行多个通信链路带宽聚集方法的流程图。在上述方法的初始步骤10中，系统中多个活动物理接口通过路由表更新器以执行命令的形式确定。在确定多个活动接口之后，在下一步骤20中，接口及其网关的IP地址通过路由表更新器搜寻路由表获取。在下一步骤30中，多个活动物理接口连同网关通过路由表更新器被添加入各活动物理接口，从而更新路由表，数据分布的比例由活动物理接口间的传输和接收，基于控制模块所给出的活动物理接口的数据速率确定。在下一步骤50中，控制模块为每个活动物理接口创建多个操作线程。在下一步骤60中，控制模块将各个活动物理接口及其对应的操作线程合并。在下一步骤70中，数据被分布至各个用于传输的活动物理接口中。在上述方法最后的步骤80中，来自于多个活动物理接口的数据由控制模块同步接收。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性﹑而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
有益效果
本发明具有如下技术进步：
1)提供一个通过一个单独的物理接口增强与外网(兼容有线网及无线网)通信数据n倍速率的系统，其中n为有相同数据速率/带宽的物理接口的数量，并且与类似的网络通信。
2)提供一个能够聚集处理系统中多个物理接口数据速率/带宽的系统，即假设当前有n个包含数据速率为b1，b2……bn的接口，那么处理系统的数据速率则为b1+b2+……bn，即∑bi其中i＝1至n；
3)提供一种系统，其中数据能够通过多个物理接口被同步传输或接收；
4)提供一种带宽聚集系统，用以减少在多个物理接口同步传输或接收数据时的整体处理时间；
5)提供一种系统，合并物理接口的数据传输以及接收路径，除了增加网络层的路由表之外，保持物理层，介质接入控制MAC以及其他高层功能性元件/功能不变；以及，
6)提供一种只与TCP/IP栈应用层接口的系统，同时将数据传输以及数据接收进行聚集，从而提高正在操作的处理系统的整体带宽。

Claims (19)

1.一种通过一个应用层架构动态聚集多个活动物理接口的多个带宽的系统，其特征在于，所述系统包括：
a)一个用户接口，适用于接收一个用户定义的输入，用以从一个路由表确定默认及非默认活动物理接口的网络协议IP地址及其网关；
b)至少一个路由表更新器，适用于根据默认及非默认活动物理接口的IP地址及网关创建以及升级所述多个活动物理接口的路由表，所述多个活动物理接口用于带宽聚集；以及，
c)至少一个位于一个协议栈应用层的控制模块，适用于确定参与带宽聚集的所述多个活动物理接口，并进一步通过利用多个网页脚本在所述多个活动物理接口间进行数据分布、数据传输、数据接收以及数据组合，其中所述控制模块为所述多个活动物理接口间的传输及接收确定数据分布的比例，并保持数据分布的比例与多个活动物理接口的默认数据速率的比例一致。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户定义的输入包括需要进行带宽聚集的接口的整体数量，所述接口的标识，所述接口的默认带宽或数据速率，统一资源定位符URL或地址可选目的端，操作类型，由所述物理接口进一步处理的文件名。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路由表更新器以默认作为关键词在路由表中进行搜索，以确定所述默认活动物理接口的网络协议IP地址及所述默认活动物理接口的网关的网络协议IP地址。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路由表更新器以包括eth0和ppp0的接口标识作为关键词在路由表中进行搜索，估算首个IP地址作为路由表中所述非默认活动物理接口的网关IP地址。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述控制模块为每个活动物理接口创建操作线程，从而为分配给所述操作线程的数据进行同步传输或接收，其特征在于，所述操作线程的数量与所述多个活动物理接口的数量一致。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块合并本地系统中接口所接收的数据，以及利用网页脚本通过写操作和对远程系统执行访问操作发送至远程系统的数据。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统通过使用一个单独的活动物理接口增强n倍与外部网络通信的数据速率，其中n为由相同数据速率或带宽组成以及与相似网络通信的活动物理接口的数量。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述外部网络包含有线或无线网络，或二者合并之网络。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统能够聚集处理系统中所述多个活动物理接口的数据速率，从而增加每个活动物理接口的数据速率。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，一个传输层协议被用以执行系统。
11.一种在一个应用层架构上动态聚集多个活动物理接口的多个带宽的方法，其特征在于，所述方法包括以下处理器实现的以下步骤：
a)通过使用一个路由表更新器执行命令，确定所述多个活动物理接口；
b)通过使用所述路由表更新器搜索路由表，确定所述多个活动物理接口的IP地址及网关的IP地址；
c)通过使用所述路由表更新器，为每个活动物理接口增加多个活动物理接口及其网关，从而创建及更新所述路由表；
d)通过使用一个控制模块，确定多个活动物理接口间用于数据传输及接收的数据分布的比例，并通过所述控制模块保持数据分布的比例与多个活动物理接口的默认数据速率的比例一致；
e)通过所述控制模块为多个活动物理接口中的每个活动物理接口创建多个操作线程；
f)通过使用控制模块，将数据分布至用于传输或接收的多个活动物理接口中的每个活动物理接口；
g)通过使用控制模块从多个活动物理接口同步接收数据；以及，
h)通过使用所述控制模块将所述多个活动物理接口中的每个活动物理接口与其对应的操作线程合并，从而参与带宽聚集。
12.如权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：合并本地系统中的接口接收的数据，合并通过使用网络脚本通过写操作和对远程系统执行访问传输至相同远程系统的数据。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法独立于任何特定的网络架构以进行带宽聚集。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个活动物理接口通过应用层架构以其特定的IP地址或接口标识联系，用以促进应用层中数据分布及与所述活动物理接口的合并。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法独立于任何网络代理或控制器以进行带宽聚集。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法独立于任何的服务等级协议。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法运行于应用层。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法使用一个单独的活动物理接口增强n倍与外部网络通信的数据速率，其中n为由相同数据速率/带宽组成以及与相似网络通信的活动物理接口的数量。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述外部网络包含有线或无线网络，或二者合并之网络。
CN201180006551.3A 2010-02-26 2011-02-25 一种应用层多个活动物理接口的带宽聚集系统及方法 Active CN102845042B (zh)

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