CN103152382A - 面向多宿主网络的多文件并发传输控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多宿主网络环境下进行多文件多流并发传输的控制和调度方法，在多宿主网络环境下，客户端和服务器均处在多种异构网络环境中，通过获取泛在网络状态信息（如信噪比SNR）对多个文件进行调度，充分利用多条链路进行并发传输文件。实现了多宿主网络环境中多文件多流并发传输，提高了网络传输效率。

Description

面向多宿主网络的多文件并发传输控制方法

技术领域

本发明属于多宿主网络并发控制领域，具体涉及一种在多宿主网络环境下多文件多流并发传输的调度和控制方法。 

背景技术

泛在网（Ubiquitous Network）泛指无处不在的网络，即能够实现任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）、任何人（Anyone）、任何物（Anything）的通信网络。由于泛在网络中任何数字终端都可以随时随地利用宽带网络，因而将传统网络的概念扩展到更为宽广的领域，深入到人们生活的方方面面，具有惊人的应用前景。泛在网日益受到多个国家和相关国际组织的重视，日本在2004年就提出“U-Japan”战略，韩国也紧随日本，确立了U-Korea规划。泛在网在部分国家已经从战略远景变成了现实，一些先导应用已经开始服务于社会、经济、生活的许多领域。 

泛在网将融合蜂窝移动网络、传感器网络、宽带网络、广播电视网络、物联网等等，包含了各种数字化终端设备。与现有网络相比，泛在网分布极为广泛且异构复杂。泛在网在原有网络上叠加了一些新的网络能力，从而提供一些新的服务。 

多宿主网络是泛在网的一种表现形式，在多宿主网络环境中，终端设备均接入多个宿主网络。这样，终端设备之间的通信、终端设备与远端服务器之间的通信均存在多条链路。这就增大了网络通信的灵活性和终端设备的整体带宽。 

多流并发传输可以获得较高的网络吞吐量和较低的到端延迟，极大地提高网络资源利用率。然而，泛在网中不同的子网在带宽、通讯距离、传输速率与实现的协议栈等方面有着较大的差异，使得多流并发传输时需要可靠性和稳定性保障。 

发明内容

本发明目的在于提供一种面向多宿主网络的多文件多流并发传输控制方法，有效地提高了网络资源利用率和极大地改善了多文件下载的速度，提 升了用户体验。 

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是： 

一种面向多宿主网络的多文件多流并发传输控制方法，所述多宿主网络环境中客户端与服务器之间建立了多条链路；其特征在于所述方法包括以下步骤： 

（1）客户端向服务器提出N个文件下载请求； 

（2）服务器获取客户端当前所处各个宿主网络的信噪比SNR，服务器根据网络的信噪比SNR和网络带宽W来计算各个宿主网络的数据传输率C，其中C＝W·log(1+SNR)；； 

（3）服务器将请求下载的N个文件依据文件大小（S）进行排序，从小到大，依次为File₁，File₂,...,File_N；根据宿主网络的数据传输率C，将客户端所处的M个宿主网络，按C从小到大进行排序，依次为HN₁,HN₂,...,HN_M；按照以下策略进行并发传输： 

i）如果N=M，即要下载的文件数目正好与客户端所处的多宿主网络数目相等，则服务器依次将N个文件分配到M条链路上按照高传输链路优先传输大文件的原则进行并发传输，直到所有文件均已传输完毕； 

ii）如果N<M，即要下载的文件数目少于链路数目，则服务器将N个文件分别分配到HN_M-N+1,HN_M-M+2,...,HN_M链路上按照高传输链路优先传输大文件的原则进行并发传输，直到所有文件均已传输完毕； 

iii）如果N>M，即要下载的文件数目多于宿主网络数目，则服务器先将M个文件分配到M个网络HN₁,HN₂,...,HN_M链路上按照高传输链路优先传输大文件的原则进行并发传输；待传输完毕，所有M条链路都空闲下来，再根据剩下要下载的文件数目与宿主网络数目的比较结果，按照i）～iii）的策略进行并发传输，直到所有文件均已传输完毕； 

其中M,N均是自然数。 

本发明提供一种在多宿主网络环境内，利用多条链路进行多流并发传输的方法。具体的多宿主网络环境中服务器接入IP核心网，网络带宽有足够保障。客户端处在多宿主网络环境下，即处于多个宿主网络并存的环境中，并客户端接入多个异构网络（如蜂窝移动3G网、wifi网络等等）与IP核心网相连。利用多流控制进行多文件并发传输的方法，按照如下步骤进行： 

1）客户端将要下载的多个文件名发送给服务器，即传达多个文件下载请求，并将客户端所处的多个异构网络的IP地址发送给服务器； 

2）服务器收到多个文件下载请求和客户端可接收文件的客户端的多个异构网下的IP地址； 

3）服务器根据客户端的多个宿主网络下的IP地址，从宿主网络信息服务器获取到客户端所处的多个异构网络的网络状态信息，这里主要用到宿主网络的信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）。 

4）服务器根据信噪比SNR和网络带宽W来计算各个宿主网络的容量C，即最大数据传输率。我们用C来表示终端与服务器建立链接的这条链路的传输状态。C越大，链路状态越好，数据传输的效率就越高。 

5）服务器将请求下载的N个文件依据文件大小（S）进行排序，从小到大，依次为File₁,File₂,...,File_N，依据各宿主网络的链路状态C，将终端所处的M个宿主网络，按网络数据传输率C从小到大进行排序，HN₁,HN₂,...,HN_M。 

6）如果N=M，即要下载的文件数目正好与客户端所处的多宿主网络数目相等，此时，服务器就依次将N个文件分配到N条链路上HN₁,HN₂，...，HN_N上进行并发传输。并使得更大的文件分配到信号传输状态更好的链路上进行传输，从而节省了并发传输时间； 

7）如果N<M，即要下载的文件数目少于链路数目，则将N个文件分别分配到HN₁,HN₂,...,HN_M上进行并发传输，使得所有文件尽量在链路状态好的链路上进行传输。并使得更大的文件分配到信号传输状态更好的链路上进行传输，节省了并发传输时间； 

8）如果N>M，即要下载的文件数目多于宿主网络数目，这时先将前M个文件分配到M个网络HN₁,HN₂,...,HN_M上进行传输，使得更大的文件分发到状态更好的链路上进行传输，节省了并发传输时间。待所有M条链路都空闲下来。再比较M与N-M的大小，按照如下策略进行： 

若M=N-M，则转向步骤6）； 

若M>N-M，则转向步骤7）； 

若M<N-M，则转向步骤8）； 

9）完成泛在网下多文件多流并发传输。 

本发明技术方案中高传输链路优先传输大文件的原则为尽量使得更大的文件分配到信号传输状态更好的链路上进行传输，这样可以节省了并发传输时间。 

本发明提供了一种在多宿主网络环境下，客户端向服务器提出多文件下载请求时，实现多流并发传输的方法。有效地降低了延迟，提高了网络资源的利用率，大大改善用户体验。 

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是： 

本发明技术方案提高网络利用率：有效地利用多宿主网络环境下多网络并存的资源，充分利用多条链路进行数据传输，大大地提高了网络资源利用率；本发明技术方案提高传输速率：因为在传输数据的过程中，实现了利用多条链路并发传输数据，有效地提高了数据传输的速率。 

本发明技术方案改善用户体验：在进行并发传输之前，服务器会根据文件大小和用户所处多宿主网络的网络状态信息，来对要下载的文件进行调度，分别分配到各个宿主网络上进行并发传输，极大地改善了用户体验。 

本发明技术方案合理利用网络资源：宿主网络服务器获取到客户端所处的多宿主网络环境下的各个宿主网络的状态信息（如SNR和网络带宽），有了这些信息，就能够在进行多条链路并发传输时合理地分配网络资源。 

综上所述，本发明提供了一种在多宿主网络环境下，利用多宿主网络进行多个文件并发传输的方法。有效地提高了网络利用率、合理地利用网络资源、有效地提高传输速率和极大地改善了用户体验。 

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 

图1为多宿主网络环境下客户端与服务器之间存在多条链路； 

图2表示客户端与服务器之间消息和文件下载的流程图； 

图3表示服务器在做多流并发传输时对多个文件的调度。 

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是 用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。 

实施例 

如图1～图3所示为在多宿主网络环境下进行多流并发控制来进行多文件的传输方法。首先，需要通过宿主网络服务器获取客户端所在多宿主网络环境下的各宿主网络的状态信息（如SNR和网络带宽W），服务器依据这些信息和客户端申请下载的文件大小信息，进行合理调度，将多个文件分发到多条链路上进行并发传输。使得多文件传输所耗时间最短。其特别之处在于：在多宿主网络环境中利用异构网络信息来进行文件调度，以实现多文件多流并发传输，提高了网络资源利用率。 

具体的实施步骤如下： 

1.服务器接入IP核心网，网络带宽有足够保障。客户端处在多宿主网络环境下，即处于多个宿主网络并存的环境中，并客户端接入多个宿主网络（如蜂窝移动3G网、wifi网络等等）与IP核心网相连。 

2.客户端利用一条链路与服务器建立连接，向服务器请求文件列表。 

3.服务器收到请求，将文件列表发送给客户端； 

4.客户端收到文件列表，将要下载的多个文件名发送给服务器，即传达多个文件下载请求，并将客户端所处的多个异构网络的IP地址发送给服务器； 

5.服务器收到多个文件下载请求和客户端可接收文件的客户端的多个异构网下的IP地址； 

6.服务器根据客户端的多个异构网络下的IP地址，从宿主网络信息服务器获取到客户端所处的多个异构网络的网络状态信息，这里主要用到信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）。 

7.服务器根据信噪比SNR和网络带宽W来计算各个宿主网络的容量C，即最大数据传输率，C＝W·log(1+SNR)。我们用来表示终端与服务器建立链接的这条链路的信号传输状态。当然，C越大，链路状态越好，数据传输的效率就越高。 

8.服务器将请求下载的文件依据客户端请求下载的文件大小（S）进行排序，假设共有N个文件，从小到大排序依次为：File₁,File₂,...,File_N，我们这里用最小优先调度策略，将文件按照文件大小从小到大进行排序，如果有大小相当的文件，就按用户请求下载的顺序排序，排好序的文件依次入队列QueueFile。假设客户端处在M个宿主网络环境中，将客户端的多个宿主网络按照链路数据传输率C从小到大依次排序：HN₁,HN₂,...,HN_M，并依次将M个宿主网络入队列QueueNet。 

9.如果N=M，即客户端请求下载的文件数目正好与客户端所处的多宿主网络环境下的接入网络数目相当，那么就按照两个排好顺序的队列，依次弹出队头进行匹配下载传输。这样，就能使得大文件用到链路状态最好的网络进行传输，从而可以节省时间，同时又是M个网络并发传输，合理地利用了网络资源。此时，假设N个从小到大排好序的文件的大小分别为：S₁，S₂，S₃,...S_N。M个宿主网络按照链路状态C从小到大排好序分别为：C₁，C₂，C₃，...C_M。这样，M个宿主网络并发下载N个文件所耗的时间为： 

$\mathrm{totalTime}=\max \{\frac{S_1}{C_1},\frac{S_2}{C_2},\frac{S_3}{C_3},...,\frac{S_N}{C_N}\}.$

10.如果N<M，即客户端请求下载的文件数目小于客户端所处的多宿主网络环境下的接入网络数目。那么，首先将网络队列QueueNet弹出前（M-N）项，然后，再同时从QueueFile队列和QueueNet队列弹出队头，进行匹配下载传输，直到QueueFile队列和QueueNet队列都为空。这样，充分利用了N个网络进行并发传输N个文件，并使得大文件在信号强度好的网络上进行传输，合理地配置了网络资源，有效地提高了网络资源利用率。此时，M个宿主网络并发下载N个文件所耗的时间为： 

$\mathrm{totalTime}=\max \{\frac{S_1}{C_{M-N+1}},\frac{S_2}{C_{M-N+2}},\frac{S_3}{C_{M-N+3}},...,\frac{S_N}{C_M}\}.$

11.如果N>M，即客户端请求下载的文件数目多于客户端所处的多宿主网络环境下的接入网络数目。那么，就先同时从QueueFile队列和QueueNet队列中弹出队头，进行匹配下载传输，直到QueueNet队列为空。M条链路同时进行并发传输数据，待所有网络传输完毕。再将M条链路按照此时的宿主网络状态信息C排序，按数据传输率从小到大，依次入队列 QueueNet。比较宿主网络数目M与剩余文件数目N-M的大小： 

如若M=N-M，则转向步骤9； 

如若M>N-M，则转向步骤10； 

如若M<N-M，则转向步骤11。 

直到QueueFile队列为空。如此，便完成了N个文件的并发传输，而且大文件被分配到信号强度好的链路上进行传输，达到了合理配置网络资源的目的，也更加有效地提高了网络资源利用率。此时，M个宿主网络并发下载N个文件所耗的时间为： 

$\mathrm{totalTime}=\max \{\frac{S_1}{C_1},\frac{S_2}{C_2},...,\frac{S_M}{C_M}\}+...+\max \{\frac{S_{N-j+1}}{C_{M-j+1}},\frac{S_{N-j+2}}{C_{M-j+2}},...,\frac{S_N}{C_M}\},$

其中j＝NmodM。每次分别用M个网络并发下载M个文件，待M个文件下载完毕，所有网络均空闲下来之后，再分配M个文件分别到M个网络上进行并发传输。如此下去，直到剩下的文件不足M个，比如剩下j个（j＝NmodM）。再将这j个文件分别分配到链路状态最好的j个网络上进行并发传输。 

12.这样的话，可以将N=M，N<M，N>M三种情况进行合并，N个文件从M条链路进行并发传输时所消耗的总时间为： 

其中j＝NmodM。先将N个文件分出

次M个文件，分别分配到M个网络上进行并发传输，每一轮传输的时间为

然后剩下j＝NmodM个文件分别分配到j个状态最好的链路上进行传输，所耗时间为： $\max \{\frac{S_{N-j+1}}{C_{M-j+1}},\frac{S_{N-j+2}}{C_{M-j+2}},...,\frac{S_N}{C_M}\}.$

13.完成多宿主网络下多文件多流并发传输。 

通过这种实施，达到了充分合理利用多宿主网络资源的目的，有效地提高了网络资源利用率，有效地利用多宿主网络的特性，获取多宿主网络的状 态信息，合理利用这些信息，对文件下载时进行合理配置，使得大文件配置到网络状态更好的网络上进行传输，明显提高了整体的网络传输速率，达到了合理配置网络资源的目的。利用多宿主网络多网并存，同时并发传输，大大提高了网络资源利用率的同时，也大大提高了网络传输速率。从而，极大地改善了用户的体验。 

本实施的测试程序是在实验室模拟泛在网络的环境下进行的，实验是在中国科学技术大学苏州研究院亲民楼三楼实验室内进行的。所用到的硬件设备包括服务器（HP ProLiant DL388G7）,装的windows service 2008 standard操作系统，一台笔记本（Lenovo ThinkPad T420），装有windows 7 Home操作系统，这台笔记本配有两个无线网卡分别连入两个网关AP，无线路由器（TP-Link TL-WR841N），网关可以扩展为多个。开发的程序是基于JAVA的网络编程，在服务器端和客户端之间利用socket连接进行通信，客户端的界面是利用JAVA的Swing编写的。 

算法实现分为两个阶段，第一个阶段是网络状态信息获取，在服务器上模拟宿主网络服务器，不停地收集宿主网络信息如：SNR值，服务器获得这些信息以表征客户端所在网络的各个宿主网络的链路状态信息。 

第二阶段就是客户端向服务器申请下载多个文件，服务器收到客户端的请求，并根据宿主网络服务器上获得的客户端所处的泛在网的网络状态信息，对请求下载的文件进行排序和对宿主网络进行排序，进行合理的文件和宿主网络调度，对多个文件利用多个宿主网络进行并发下载。 

综上所述，采用本发明之后，可以更好地利用多宿主网络资源，并根据文件大小和网络状态信息，进行合理的调度，使得多宿主网络资源得到合理配置。利用多网并发传输，有效地提高了网络资源利用率和多文件下载速度，极大地改善了用户的体验。 

具体实现操作如下，首先建立两条链路，客户端与服务器之间有两个网络进行通信，分别为net1和net2。服务器获取两个网段的状态信息，如界面所示，包括网络的SNR信息，具体的宿主网络信息如表1所示： 

客户端可以获取服务器上的文件列表，包括book.txt、files.rar、movie.rmvb、music.mp3、article.pdf，申请传输了两个文件article.pdf（1,808KB）和music.mp3（3,145KB）。 

实现中展示了三种方法进行文件传输： 

第一种方法：只用net1网络，依次传输两个文件；传输使用的时间为14.092s；第二种方法：只用net2网络，依次传输两个文件；传输使用的时间为8.597s；第三种方法：同时用net1网络和net2网络进行并发传输两个文件，传输使用的时间为3.025s。 

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (1)

1.一种面向多宿主网络的多文件多流并发传输控制方法，所述多宿主网络环境中客户端与服务器之间建立多条链路；其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）客户端向服务器提出N个文件下载请求；

（2）服务器获取客户端当前所处各个宿主网络的信噪比SNR，服务器根据网络的信噪比SNR和网络带宽W来计算各个宿主网络的数据传输率C，其中C＝W·log(1+SNR)；

（3）服务器将请求下载的N个文件依据文件大小（S）进行排序，从小到大，依次为File₁,File₂,...,File_N；根据宿主网络的数据传输率C，将客户端所处的M个宿主网络，按C从小到大进行排序，依次为HN₁,HN₂,...,HN_M；按照以下策略进行并发传输：

i）如果N=M，即要下载的文件数目正好与客户端所处的多宿主网络数目相等，则服务器依次将N个文件分配到M条链路上按照高传输链路优先传输大文件的原则进行并发传输，直到所有文件均已传输完毕；

ii）如果N<M，即要下载的文件数目少于链路数目，则服务器将N个文件分别分配到HN_M-N+1,HN_M-N+2,...,HN_M链路上按照高传输链路优先传输大文件的原则进行并发传输，直到所有文件均已传输完毕；

iii）如果N>M，即要下载的文件数目多于宿主网络数目，则服务器先将M个文件分配到M个网络HN₁,HN₂,...,HN_M链路上按照高传输链路优先传输大文件的原则进行并发传输；待传输完毕，所有M条链路都空闲下来，再根据剩下要下载的文件数目与宿主网络数目的比较结果，按照i）～iii）的策略进行并发传输，直到所有文件均已传输完毕；

其中M，N均是自然数。

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