CN104184677B - 一种流量整形的驱动方法及驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量整形的驱动方法及驱动器，所述方法包括：流量整形步骤：设置定时时间，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包，并在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包；迭代步骤：当所述ACK确认包发送完毕后，返回所述流量整形步骤。本发明通过在驱动层进行流量整形，使得数据包可以按固定速率发送，并预留一定的带宽及时发送ACK确认包，避免了由于ACK确认包的延迟发送，导致网络阻塞的情况，提高了用户体验。

Description

一种流量整形的驱动方法及驱动器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种流量整形的驱动方法及驱动器。

背景技术

在TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议）传输过程中，当每次新的数据发送前，都需要对之前的数据对方是否接收到进行确认，即ACK（响应）确认包。而在延迟或者传输速率低下的情况时，这些ACK确认包就会被迫延误而无法到达目的地。此时数据发送方就不得不耗费一定的时间来等待接收这些ACK确认包。特别是针对DSL（Digital Subscriber Line，数字用户专线）和电缆连接的用户，当上传速度达到一定的程度时，上行数据就很有可能减缓或者显著的降低下载速度，尤其是对于拥有较小上行速率的用户表现更严重。这是因为当上行被占满时，数据的确认就会被这些上行的数据所阻塞而延迟。

随着无线终端的发展，例如4G无线终端，由于其带宽比较大，为了更好的利用好上下行通道带宽，其上下行通道带宽的配比一般都大于1:2，甚至1:9。这样在整个通讯链路中没有任何流量整形措施的情况下，必然会导致下行ACK确认包延迟的情况，从而导致下行通道被堵塞。如图1所示，为下行通道堵塞示意图，图中S101是下行通道，数据种类有：服务器正常发送数据包和上行ACK确认包；S102是上行通道，数据种类有：客户端正常发送数据包和下行ACK确认包。S101和S102两个通道是并行的，由于在TCP/IP传输过程中，当每次新的数据发送前，都需要对之前的数据对方是否接收到而进行确认。所以当上行通道达到通行能力极限的时候，即在缓冲区还有较多的待发送的数据包，此时无法为新到的下行ACK确认包提供发送带宽，那么下行通道的数据包就会等待，直到收到下行ACK确认包为止，进而出现网络堵塞。

以上情况，可以统称为上下行带宽不对称网络。目前为止，在一般情况下，都会通过增加TCP数据包的容量，让它可以一次发送更多的数据而不需要立即的确认。此时存在的主要问题就是，这样的修改方式，将会导致Ping值居高不下（造成网络延迟现象，俗称的Lag），对于浏览网页尤其是进行网络游戏的用户，这样很可能造成严重的后果。对于TCP包大小在512k的数据包，延迟接近2秒的话，就已经很不正常了。总而言之，仅仅将TCP数据包的容量增大，不会让下载速度达到带宽的极限数值，并且对于延迟发送ACK确认包的情况也不能得到较好的改善。

发明内容

本发明提供一种流量整形的驱动方法及驱动器，用以解决现有技术中由于ACK确认包的延迟发送，导致网络堵塞的问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种流量整形的驱动方法，包括：

流量整形步骤：设置定时时间，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包，并在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包；

迭代步骤：当所述ACK确认包发送完毕后，返回所述流量整形步骤。

可选地，本发明所述方法还包括：

流量整形开启步骤：检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内数据发送通道的平均发送速率，当趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值V_T时，执行所述流量整形步骤，开启流量整形功能。

可选地，本发明所述方法中，所述在定时时间内按照设定的固定速率发送缓存队列中的数据包，包括：

设定数据包发送门限V_T′，将所述V_T′折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送；其中，V_T′＞V_T。

可选地，本发明所述方法中，在定时时间到达时，所述方法还包括：检测本次定时时间内数据发送通道的实际平均发送速率求取所述与V_T′的比值，按照设定的调整规则，将所述V_T′向比值趋于1方向进行调整，并以调整后的V_T′作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

可选地，本发明所述方法还包括：当检测到实际平均发送速率与V_T′的比值在设定的区间范围内时，关闭流量整形功能；其中，所述设定的区间范围为设定的趋于1的区间范围。

依据本发明的另一个方面，提供了一种驱动器，包括：

流量整形模块，用于设置定时时间，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包，并在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包；

迭代模块，用于在所述ACK确认包发送后，继续触发所述流量整形模块。

可选地，本发明所述驱动器还包括：

流量整形开启模块，用于调用QoS模块检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内数据发送通道的平均发送速率当所述趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值V_T时，使能所述流量整形模块，开启流量整形功能。

可选地，本发明所述驱动器中，所述流量整形模块，进一步用于设定数据包发送门限V_T′，将所述V_T′折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送；其中，V_T′＞V_T。

可选地，本发明所述驱动器中，所述流量整形模块，进一步用于在定时时间到达时，调用QoS模块检测本次定时时间内数据发送通道的实际平均发送速率求取所述与V_T′的比值，按照设定的调整规则，将所述V_T′向比值趋于1方向进行调整，并以调整后的V_T′作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

可选地，本发明所述驱动器还包括：流量整形关闭模块，用于当检测到实际平均发送速率与V_T′的比值在设定的区间范围内时，关闭流量整形功能；其中，所述设定的区间范围为设定的趋于1的区间范围。

本发明有益效果如下：

首先，本发明通过在驱动层进行流量整形，使得数据包可以按固定速率发送，并预留一定的带宽及时发送ACK确认包，避免了由于ACK确认包的延迟发送，导致网络阻塞的情况，提高了用户体验。

其次，考虑到做流量整形就必须要限制对应数据发送通道带宽的门限，本发明还提供了一种自适应匹配通道带宽门限的方案，该自适应匹配方案，同比于固定门限，实现了最大限度的利用数据发送通道带宽，使得数据包发送速度达到带宽的极限数值，进一步增加了用户体验。

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一简单地介绍，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。

图1为下行通道堵塞示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种流量整形的驱动方法的流程图；

图3为经过流量整形处理后的下行通道示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种流量整形的驱动方法的流程图；

图5为本发明实施例三中自适应流量整形示意图；

图6为本发明实施例提供的一种驱动器的结构框图。

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做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。

为了解决现有技术中由于ACK确认包的延迟发送，导致网络堵塞的问题，本发明实施例提供一种流量整形的驱动方法及驱动器，所述方法一方面，在一定时间内按照固定速度发送上行数据包，并预留一定的带宽及时发送下行ACK确定包，避免了ACK确认包的延迟发送。另一方面，提出了自适应匹配方案，实现了自适应流量整形，使得数据包发送速度达到带宽的极限数值。下面就通过几个具体实施例对本发明的实施过程进行详细阐述。

实施例一

本发明实施例提供一种流量整形的驱动方法，所述方法适用于任何由于ACK确认包的延迟发送导致网络堵塞的情况，针对该情形的堵塞，目前主要存在于不对称上下行网络的情形中，例如上下行通道带宽的配比为1:2，甚至为1:9，此时，就极易出现在上行通道中对下行ACK确认包进行延迟发送，造成下行堵塞。所以，为了能够清楚阐述本发明，以下就以对上行数据发送通道进行流量整形为例进行阐述，其他情形的实施参照下述方式。

如图2所示，本实施例所述方法包括以下步骤：

步骤S201，设置定时时间；

优选地，在该步骤前，增加需要进行流量整形的条件限制，即并非任何时候均要进行流量整形过程；具体的，在步骤S201前增加步骤S200：检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内上行通道的平均发送速率当趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值V_T时，执行步骤S201，开始流量整形；否则，按正常数据处理方式对数据包及ACK确认包进行处理。

其中，趋于流量整形判定阈值V_T是指接近阈值V_T但还未达到V_T，对于接近的程度用户可以根据需求进行灵活设定，例如设定V_T为趋近。进一步地，设定的判定阈值V_T应小于上行通道最大带宽，优选地，V_T等于上行通道最大带宽的0.4～0.6倍。

步骤S202，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包；优选地，该步骤通过如下方式实现：

设定数据包发送门限V_T′，将所述V_T′折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送，其中，V_T′＞V_T。

步骤S203，在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包。

步骤S204，当ACK确认包发送完毕后，返回步骤S201。

经过上述流量整形处理，可以达到较为理想的数据包及ACK确认包的发送情形，具体如图3所示。

综上所述，本发明实施例考虑到不对称上下行网络情况下，由于下行ACK确认包被延迟，导致下行通道堵塞。所以，必须限制上行通道的发送速率，并且预留一定的带宽用来发送下行ACK确认数据包。这样在保证上行通道足够高的带宽利用率的同时，保证下行通道的带宽利用率不受影响。

实施例二

本发明实施例提供一种流量整形的驱动方法，确切地说，提供了一种自适应流量整形的驱动方法，该方法包含实施例一的所有步骤，并对实施例一的实施过程做了进一步扩展。本实施例仍以对上行数据发送通道进行流量整形为例进行阐述，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S401，设置定时时间；

步骤S402，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包；该步骤的具体实现方式为：

设定数据包发送门限V_T′，将所述V_T′折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送，其中，V_T′＞V_T。

步骤S403，在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包。

步骤S404，在定时时间到达时，自适应调整数据包发送门限V_T′；

该步骤的具体实现过程为：在定时时间到达时，检测本次定时时间内数据发送通道的实际平均发送速率求取所述与V_T′的比值，按照设定的调整规则，将所述V_T′向比值趋于1方向进行调整，并以调整后的V_T′作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

需要说明的是，该步骤S404与S403是并行的实现过程，虽然通过403、404表述，但并不代表二者为顺序的执行关系。

步骤S405，当ACK确认包发送完毕后，返回步骤S401，直到检测到实际平均发送速率与V_T′的比值在设定的区间范围内时，关闭流量整形功能；其中，设定的区间范围为设定的趋于1的区间范围。

综上所述，本发明实施例考虑到不对称上下行网络情况下，由于下行ACK确认包被延迟，导致下行通道堵塞。所以，必须限制上行通道的发送速率，并且预留一定的带宽用来发送下行ACK确认数据包。这样在保证上行通道足够高的带宽利用率的同时，保证下行通道的带宽利用率不受影响。另外，还自适应匹配上行速率门限，经过多次匹配过程，可以得到一个最佳的上行速率门限，实现了最大限度的利用上行通道带宽，使得数据包发送速度达到带宽的极限数值。

实施例三

本实施例提供一种流量整形的驱动方法，确切地说，提供了一种自适应流量整形的驱动方法，该实施例是实施例二所述方法的一种具体实施方式，该实施例在流量整形理论的基础上，阐述了自适应控制流量整形的过程，如图5所示，为本实施例自适应流量整形框图。

本实施例所述流量整形驱动方法包括如下步骤：

步骤1，策略器调用QoS模块实时收集当前上行通道和下行通道的实际发送速率，即占用带宽；

步骤2，策略器检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内（该时间范围可以随机设定）内上行通道和下行通道的平均发送速率；

步骤3，策略器检测上行通道带宽的平均发送速率是否趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值，若是，则判定需要进行流量整形，执行步骤5；否则，判定无需进行流量整形，执行步骤4；

其中，流量整形判定阈值的设定方式包括：获取终端当前注册网络的最大上行带宽MaxUP，设所述判定阈值等于0.4～0.6倍的MaxUP。当然，该判定阈值只是本发明的优选取值方式，本领域技术人员根据具体需求可以在MaxUP以内进行灵活取值。

其中，获取终端当前注册网络的最大上行带宽MaxUP的方式包括：在PC驱动初始化的时候，通过PC驱动和UE板侧的控制通讯协议获取得到板侧SIM卡的当前注册网络的最大上行带宽和最大下行带宽。进一步地，如果注册的网络发生变化，也需要UE侧主动通知给PC驱动，上报当前注册网络的最大上行带宽和最大下行带宽。

步骤4，按照正常发送方式进行数据发送过程；

步骤5，设置定时器，以及通过分类器对包类型进行区分（即区分是数据包还是ACK确认包）；

步骤6，在定时时间内将数据包按固定速度发送到数据发送队列；

该步骤具体实施过程为：设定上行发送门限V_T′，将所述V_T′折算成令牌个数，作为令牌桶的值，当发送数据包时，利用令牌桶算法控制数据包的发送速度。由于令牌桶的值由设定的上行速率门限确定，那么当利用令牌桶算法进行数据包发送时，就实现了一定时间内按固定速度发送数据包这一过程。其中，V_T′要大于流量整形判定阈值，优选的V_T′要尽可能大一些，为后续V_T′向下精确调整提供余地。

其中，令牌桶算法工作方式如下：1，令牌以一定的速率放入桶中；2，每个令牌允许源发送一定数量的比特；3，发送一个包，流量调节器就要从桶中删除与包大小相等的令牌数；4，如果没有足够的令牌发送包，这个包就会等待直到有足够的令牌或者包被丢弃，也有可能被标记更低的DSCP；5，桶有特定的容量，如果桶已经满了，新加入的令牌就会被丢弃。因此，在任何时候，源发送到网络上的最大突发数据量与桶的大小成比例。令牌桶允许突发，但是不能超过限制。

步骤7，在定时时间到达时，停止数据包发送，将所有下行ACK确认包直接发送到数据发送队列；

也就是说，由于下行ACK确认包占用很少的带宽，可以在每个定时器事件到来时，把所有的下行ACK确认包直接发送，不受令牌算法的控制，直接发到发送队列中去，这样就可以及时发送下行ACK确认包。而正常上行数据包则不同，当定时事件到来后，停止把正常上行数据包发送到发送队列中去，等待直到处理完下行ACK确认包。

步骤8，定时时间到达时，还调用QoS模块获取该定时时间内上行通道的平均速率，求取该平均值与当前上行发送门限V_T′的比值，按照设定的调整规则，将所述V_T′向比值趋于1方向进行调整，并将调整后的V_T′作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

该步骤中，调整V_T′体包括：

本发明中，调整V_T′的最理想状态为设定的定时时间内的平均速率与V_T′的比值趋近于1，所以，在后续调整时，要将V_T′向比值趋于1方向进行调整。

对此，本实施例中给出几个比值区间，用以对不同的比值进行不同的调整。具体的：

趋于1的比值区间R1，可以但不限于为0.95～1；

比值过小的比值区间R2，可以但不限于为0～0.5；

位于区间R1和R2间的顺序连接的多个区间Rx；具体划分标准可以根据需求进行自定义，例如区间R3，0.5～0.7；区间R4，0.7～0.85；区间R5，0.85～0.95。

其中，区间R2，对应的调整步进值可以设置的较为大一些，调整方向为向减小V_T′方向调整；区间Rx，当Rx越靠近区间R1，区间Rx的调整步进越小，调整方向均为向减小V_T′方向调整。

综上所述，本实施例中，根据设定的定时间内的平均速率与V_T′的比值结果，对V_T′非线性调整，并将调整后的V_T′作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

步骤9，检测调整后V_T′是否进入区间R1，若是，则把此时V_T′的值作为最优上传带宽门限值，并停止流量整形；否则，返回步骤5。

实施例四

本实施例提供一种驱动器，如图6所示，包括：

流量整形模块610，用于设置定时时间，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包，并在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包；

迭代模块620，用于在所述ACK确认包发送后，继续触发所述流量整形模块610。

基于上述主体架构下，以下给出本实施例的几个优选方案，用以更好的实施本发明。

优选方案一：本实施例所述驱动器，还包括：

流量整形开启模块630，用于调用QoS模块检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内数据发送通道的平均发送速率当所述趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值V_T时，使能所述流量整形模块610，开启流量整形功能。

也就是说，该优选方案，增加需要进行流量整形的条件限制，只有当前速率满足特定条件时才进行流量整形，否则即按普通方式处理。其中，V_T小于数据发送通道最大带宽，优选地，V_T等于上行通道最大带宽的0.4～0.6倍。

优选方案二，本实施例中，流量整形模块610，设定数据包发送门限V_T′，将所述V_T′折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送，其中，V_T′＞V_T。

优选方案三，本实施例所述驱动器进一步包括：

流量整形模块610，还用于在定时时间到达时，调用QoS模块检测本次定时时间内数据发送通道的实际平均发送速率求取所述与V_T′的比值，按照设定的调整规则，将所述V_T′向比值趋于1方向进行调整，并以调整后的V_T作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

优选方案四，该方案基于方案三实施，本实施例所述驱动器进一步包括：

流量整形关闭模块640，用于当检测到实际平均发送速率与V_T′的比值在设定的区间范围内时，关闭流量整形功能；其中，所述设定的区间范围为设定的趋于1的区间范围。

上述四个优选方案可以的结合方式包括：优选方案一与优选方案二相结合、优选方案一、二、三相结合、以及优选方案一、二、三、四相结合。

综上所述，本实施例通过在驱动层进行流量整形，使得数据包可以按固定速率发送，并预留一定的带宽及时发送ACK确认包，避免了由于ACK确认包的延迟发送，导致网络阻塞的情况，提高了用户体验。再者，考虑到做流量整形就必须要限制对应数据发送通道带宽的门限，本实施例还提供了一种自适应匹配通道带宽门限的方案，该自适应匹配方案，同比于固定门限，实现了最大限度的利用数据发送通道带宽，使得数据包发送速度达到带宽的极限数值，进一步增加了用户体验。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种流量整形的驱动方法，其特征在于，包括：

流量整形步骤：设置定时时间，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包，并在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包；

迭代步骤：当所述ACK确认包发送完毕后，返回所述流量整形步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

流量整形开启步骤：检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内数据发送通道的平均发送速率当趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值V_T时，执行所述流量整形步骤，开启流量整形功能；其中，趋于流量整形判定阈值V_T是指接近阈值V_T但还未达到V_T。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在定时时间内按照设定的固定速率发送缓存队列中的数据包，包括：

设定数据包发送门限V′_T，将所述V′_T折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送；其中，V′_T＞V_T。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在定时时间到达时，所述方法还包括：

检测本次定时时间内数据发送通道的实际平均发送速率求取所述与V′_T的比值，按照设定的调整规则，将所述V′_T向比值趋于1方向进行调整，并以调整后的V′_T作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当检测到实际平均发送速率与V′_T的比值在设定的区间范围内时，关闭流量整形功能；其中，所述设定的区间范围为设定的趋于1的区间范围。

6.一种驱动器，其特征在于，包括：

流量整形模块，用于设置定时时间，在定时时间内按照预先设定的固定速率，发送缓存队列中的数据包，并在定时时间到达时，停止发送数据包，开始发送缓存队列中的ACK确认包；

迭代模块，用于在所述ACK确认包发送后，继续触发所述流量整形模块。

7.如权利要求6所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器还包括：

流量整形开启模块，用于调用QoS模块检测在前某一时间点至当前时刻这一时间段内数据发送通道的平均发送速率当所述趋于或大于等于预先设定的流量整形判定阈值V_T时，使能所述流量整形模块，开启流量整形功能；其中，趋于流量整形判定阈值V_T是指接近阈值V_T但还未达到V_T。

8.如权利要求7所述的驱动器，其特征在于，所述流量整形模块，进一步用于设定数据包发送门限V′_T，将所述V′_T折算为令牌数，在所述定时时间内基于所述令牌数，根据令牌桶算法发送所述数据包，实现数据包以固定速率发送；其中，V′_T＞V_T。

9.如权利要求8所述的驱动器，其特征在于，所述流量整形模块，进一步用于在定时时间到达时，调用QoS模块检测本次定时时间内数据发送通道的实际平均发送速率求取所述与V′_T的比值，按照设定的调整规则，将所述V′_T向比值趋于1方向进行调整，并调整后的V′_T作为设置下一定时时间内固定速率的依据。

10.如权利要求9所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器，还包括：

流量整形关闭模块，用于当检测到实际平均发送速率与V′_T的比值在设定的区间范围内时，关闭流量整形功能；其中，所述设定的区间范围为设定的趋于1的区间范围。