CN106453356B - 无线网络双边加速传输方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线网络双边加速传输方法和系统,包括以下步骤:客户端和服务端基于用户数据报协议构建双边加速传输协议;客户端和服务端基于双边加速传输协议进行数据传输。本发明的协议可以根据客户端不同的网络类型设置不同的初始传输窗口,是传输控制协议连接无法实现的。对于加快数据传输特别是小请求的传输具有比较好的效果,能够缩短网络带宽探测估算的时间开销。移动端的网络切换会比较频繁,传输控制协议在这种情况下需要重新创建连接才能继续通信,本发明的协议不需要重新建立连接,可以减少网络切换时重建连接的时间开销。
Description
技术领域
本发明涉及无线网络传输领域,特别涉及一种无线网络双边加速传输方法和系统。
背景技术
互联网传输层采用的协议主要是传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP),前者是基于连接的可靠的传输协议,有流量控制和拥塞控制等功能,后者是无连接不可靠的传输协议,目前网络传输主要采用传输控制协议。发送端与接收端在传输数据之前,必须就传输控制协议连接的相关信息达成一致,这需要通过传输控制协议的三次握手机制来协商及建立。
现有传输控制协议连接的方法如图1所示,首先在客户端进行步骤S101,客户端向服务端发送握手信号SYN消息。服务端收到SYN消息后,进行步骤S102,服务端向客户端发送SYN+ACK消息,表示服务端已经收到SYN消息。客户端收到服务端发来的消息后,最后进行步骤S103,向服务端发送ACK,表示服务端发来的数据已经确认接收无误。客户端和服务端要进行数据传输时,继续进行步骤S104,客户端向服务端发送数据传输请求;步骤S105,服务端接收到客户端发来的传输请求后,与客户端之间进行首窗口传输。
在客户端和服务端之间的传输控制协议连接在建立之初,双方都不清楚网络链路的可用带宽是多少,因此首先要有一个探测估算的机制,然后还需要根据网络状态的不断变化来动态调整传输速度。传输控制协议用来探测估算网络带宽的方法是慢启动(slowstart)机制,发送端在传输控制协议连接建立的时候会为传输窗口设置一个初始值,这是发送端在收到接收端回复的确认报文(ACK)之前可以发送的最大数据量。以后每收到一个确认报文,慢启动机制会让发送端将传输窗口增加一个传输控制协议报文段,这就可以多发送两个新的传输控制协议分组,这个增长过程会一直持续到传输窗口达到门限值或者发生分组丢失。传输控制协议的慢启动阶段通常被称为“指数增长”阶段,因为传输控制协议连接传输的数据量在向网络链路的实际可用带宽迅速地逼近。
对比传统的固网(有线网络),无线网络(2G/3G/4G/WIFI)的主要特点有:(1)带宽有限且不同网络的带宽差异大;(2)时延波动大,网络切换比较频繁;(3)由于信号衰减或者噪声干扰导致随机丢包多。如果时延对于固网连接是限制性能的重要因素,那么它对无线连接会是更重要的性能瓶颈,因为无线网络的时延要比固网大得多。无线网络的时延大而且会发生网络切换,一旦发生网络切换,传输控制协议客户端必须和服务端重新建立连接才能继续传输数据。如果网络切换比较频繁,那么双方在建立传输控制协议连接上耗费的开销就会比较多。
无论网络带宽有多大,每个传输控制协议连接都必须经历慢启动阶段,也就是传输控制协议连接不可能一开始就能完全利用网络链路的最大带宽。对于大数据量请求的传输,由于传输时间比较长,慢启动阶段的影响会比较小,但是对于小数据量请求的传输,常常会出现传输窗口还没达到门限值但是请求就已经完成的情况。慢启动限制了可用的传输量,这对小数据量的传输很不利。
为了缩短慢启动过程所经历的时间同时为了降低网络拥塞的概率,比较有用的方法是根据传输控制协议连接的网络类型来设置不同的初始传输窗口。对于带宽比较大的网络,适当增大初始传输窗口对于加快小数据量的传输特别有利,但是传输控制协议无法为每条连接单独设置初始传输窗口,所有连接必须共用同样的初始窗口。也就是对传输控制协议连接而言,带宽比较大的3G/4G网络也必须和带宽比较小2G网络设置相同的初始传输窗口,这对小请求在3G/4G网络下的传输非常不利。
综上所述,现有技术存在的问题是:(1)客户端与服务端需要三次握手之后才能建立连接,使得创建一个传输控制协议连接的时间开销较大;(2)传输控制协议连接无法为不同网络设置对应的初始窗口;(3)传输控制协议连接在网络切换时需重新进行连接。
发明内容
为了解决现有技术的问题,本发明实施例提供了一种无线网络双边加速传输方法和系统。所述技术方案如下:
一方面,一种无线网络双边加速传输方法,包括以下步骤:
客户端和服务端基于用户数据报协议构建双边加速传输协议;
客户端和服务端基于双边加速传输协议进行数据传输。
进一步的,客户端和服务端基于用户数据报协议构建双边加速传输协议的具体步骤包括:
客户端向服务端注册,从服务端获取客户端的通用唯一识别码;
服务端向客户端发送客户端的通用唯一识别码,同时根据客户端的网络类型设置初始传输窗口及其他协议参数。
进一步的,客户端和服务端基于双边加速传输协议进行数据传输的具体步骤为:
客户端向服务端发送包含所述通用唯一识别码的数据传输请求,并在数据传输过程中向服务端反馈信息;
服务端接收客户端发送的所述包含通用唯一识别码的数据传输请求,通过服务端设置的初始传输窗口和其他协议参数,与客户端进行包含所述通用唯一识别码的数据传输。
进一步的,设置初始传输窗口的方法为:对于不同网络类型,将初始传输窗口设置为不同值;对于2G网络,设置初始传输窗口值为10;对于3G网络,设置初始传输窗口值为20;对于4G网络,设置初始传输窗口值为30;对于WIFI网络,设置初始传输窗口值为15。
进一步的,其他协议参数包括:慢启动门限和超时重传时间初始值。
进一步的,无线网络双边加速传输方法还包括:
当客户端发生网络切换时,客户端向服务端发送新网络信息;
服务端接收客户端发送的新网络信息,并根据客户端的通用唯一识别码和新网络信息,在服务端更新客户端对应的传输窗口及其他协议参数;
客户端和服务端继续进行包含通用唯一识别码的数据传输。
另一方面,一种无线网络双边加速传输系统,包括:
客户端和服务器,客户端和服务器基于用户数据报协议构建双边加速传输协议,然后再根据双边加速传输协议建立连接进行数据传输。
进一步的,客户端包括:
注册模块,用于收集客户端的信息,并向服务器注册;
第一收发模块,与注册模块连接,用于向服务器发送信息,并接收服务器发送给客户端的信息。
进一步的,服务器包括:
设置模块,用于处理注册模块的注册信息,生成客户端的通用唯一识别码,并根据客户端的网络类型设置初始传输窗口及传输协议参数;
第二收发模块,与设置模块和第一收发模块连接,用于接收客户端发给服务器的信息,并向客户端发送信息。
进一步的,注册模块还包括:网络子模块,用于识别客户端的网络类型信息。
进一步的,设置模块还包括:管理子模块,用于管理客户端信息,处理客户端网络切换时的更新信息。
可选的,客户端还包括:检查模块,与第一收发模块连接,用于定时生成心跳包,并通过第一收发模块向服务器发送心跳包。
可选的,服务器还包括:释放模块,与第二收发模块连接,用于根据心跳包判断客户端活跃状态,若超时未收到心跳包则使第二收发模块释放与第一收发模块之间的连接。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明的协议可以根据客户端不同的网络类型设置不同的初始传输窗口,是传输控制协议连接无法实现的。对于加快数据传输特别是小请求的传输具有比较好的效果,能够缩短网络带宽探测估算的时间开销。移动端的网络切换会比较频繁,传输控制协议在这种情况下需要重新创建连接才能继续通信,本发明的协议不需要重新建立连接,可以减少网络切换时重建连接的时间开销。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中传统无线网络传输的方法流程图;
图2是本发明实施例一提供的无线网络双边加速传输的方法流程图;
图3是本发明实施例一提供的无线网络双边加速传输的方法流程图;
图4是本发明实施例二提供的无线网络双边加速传输的系统结构图;
图5是本发明实施例二提供的无线网络双边加速传输的系统结构图;
图6是本发明实施例二提供的无线网络双边加速传输的系统结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明提供一种无线网络双边加速传输方法,如图2所示,包括以下步骤:步骤S201,客户端和服务端基于用户数据报协议(UDP)构建双边加速传输协议;步骤S202,客户端和服务端基于双边加速传输协议进行数据传输。
具体的,如图3所示:
步骤S301,客户端初始化。客户端收到指令,启动客户端,将客户端的各项参数恢复到初始的默认值,使整个客户端达到默认状态,为与服务端建立连接作好准备。初始化的具体项目内容包括:获取移动设备的信息,包括系统类型(Android,iOS等)、互联网协议地址(IP)、物理地址(MAC)、网络类型(WIFI/2G/3G/4G)、运营商类型(IMSI,InternationalMobile Subscriber Identification Number)、设备识别号(IMEI,International MobileEquipment Identity)等;检查配置信息,比如加速节点的服务器互联网协议地址和端口等。
步骤S302,客户端向服务端注册,从服务端获取客户端的通用唯一识别码(UUID)。注册请求内容包括:系统类型、网络类型、运营商类型、设备识别号、物理地址等。
步骤S303,服务端向客户端发送客户端的通用唯一识别码,同时根据客户端的网络类型设置初始传输窗口及其他协议参数。服务端收到客户端的注册请求后,生成一个全局唯一的标识号即通用唯一识别码返回给客户端。通用唯一识别码的组成包括:当前日期和时间、时钟序列以及全局唯一的电气和电子工程师协会(IEEE)机器识别号,例如在本实施例中,2G网络下的通用唯一识别码可以是4cdbc040-657a-4847-b266-7e31d9e2c3d9,在其他实施例中如3G、4G或WIFI网络下的通用唯一识别码也与此类似。通用唯一识别码可以根据客户端的系统类型、物理地址、设备标识号、注册时间以及随机数生成算法来生成并保证唯一性,可以适用于各种网络。通用唯一识别码用于标识该连接,双方后续的所有消息交互过程都需要携带这个通用唯一识别码。服务端会管理一个连接表,根据通用唯一识别码来维护每个客户端的网络协议地址、端口、网络类型等信息。在空闲时段,双方会有心跳机制,用于探测对端是否存活。
任何的传输控制协议(TCP)连接在开始传输数据时,首先都需要经历慢启动阶段,这个阶段的目的是探测估算网络带宽,避免短时间内突然传输大量的数据导致网络拥塞。在慢启动阶段,首先传输初始窗口设定数据量,在收到对端回复的确认报文(ACK)后,增大传输窗口,然后继续传输数据,如此发送/确认往返交互,直到有发生丢包或者窗口增长到门限值。缩短慢启动阶段的这种交互过程对加速整个传输过程的意义比较大。不同的无线网络,带宽和时延差别很大,为了缩短慢启动过程同时降低发生网络拥塞的可能性,需要为不同网络类型的连接设定不同的初始传输窗口。传输控制协议是实现在系统内核层级上的协议,无法单独为每个连接设定初始传输窗口。本发明基于用户数据报协议在应用层构建可靠传输协议,可以为不同网络类型的连接设置不同的初始传输窗口。在本实施例中,服务端根据客户端2G、3G、4G或WIFI等不同的网络类型,设置不同的初始传输窗口,减少慢启动阶段的交互时间,能够在较短时间内更充分的利用网络的可用宽带,对加快网络传输尤其是小数据量请求的传输特别有利。
对于初始传输窗口的设置,2G网络可以将传输窗口的初始值设置为10;3G网络可以将传输窗口的初始值设置为20;4G网络可以将传输窗口的初始值设置为30;WIFI网络可以将传输窗口的初始值设置为15。
对于其他协议参数的设置,2G网络可以设置慢启动门限(slow start threshold)带宽为200Kbps左右,超时重传时间(Retransmit Timout,RTO)初始值为300~1000ms;3G网络可以设置慢启动门限带宽为1Mbps左右,超时重传时间初始值为100~200ms;4G网络可以设置慢启动门限带宽为10Mbps左右,超时重传时间初始值为100ms以内。
当发送端的发送速度接近设置的慢启动门限带宽速度的时候,就可能需要调整发送速度,尽量避免发生拥塞丢包,慢启动门限带宽速度的值会在实际传输过程中根据网络状况进行调整。WIFI网络的超时重传时间类似4G,发送端发出的数据包如果超过了设定的超时重传时间还没有收到对端的确认报文,则会进行重传。超时重传时间会根据后续数据传输过程中测量到的往返时延(RTT)来进行调整。更多协议参数可参考传输控制协议的BIC和CUBIC拥塞控制算法的实现。
步骤S304,客户端向服务端发送包含该通用唯一识别码的数据传输请求,并在数据传输过程中向服务端反馈信息。
步骤S305,服务端接收客户端发送的包含该通用唯一识别码的数据传输请求,通过服务端设置的初始传输窗口和其他协议参数,与客户端进行包含该通用唯一识别码的数据传输。在本实施例中,协议在建立连接时会参照传输控制协议的三次握手机制,以建立可靠的传输连接。本实施例中的协议的连接类型是长连接,它总是尽可能维护并复用现有的连接,而不会频繁地创建和释放连接。
可选的,本发明的方法还包括:
步骤S306,当客户端发生网络切换时,客户端向服务端发送新网络信息。当客户端的接入网络类型发生变化,如客户端从WIFI网络环境进入4G网络环境或由2G网络进入3G网络时,客户端向服务端发送信息,通告新的网络信息。
步骤S307,服务端接收客户端发送的新网络信息,并根据客户端的通用唯一识别码和新网络信息,在服务端更新客户端对应的传输窗口及其他协议参数。传输控制协议连接是基于网络协议地址和端口来标识的。一旦有网络切换导致网络协议地址发生变化,就必须要重新建立连接,之后双方才能继续进行数据交互。这可能导致传输过程会有一段时间的中断。在时延大的网络,重建连接的开销会更大,导致更大的传输延迟。本发明的协议,传输层采用无连接的用户数据报协议,应用层采用通用唯一识别码来唯一标识连接,即使发生网络切换导致网络协议地址变化,通用唯一识别码也不会改变。客户端会监测网络切换事件,一旦发生网络切换,可以实时通知服务端更新客户端的相关信息,尽量保证传输过程的无缝切换,减少传输延迟。
步骤S308,客户端和服务端继续进行包含该通用唯一识别码的数据传输。
本发明的协议可以根据客户端不同的网络类型设置不同的初始传输窗口,是传输控制协议连接无法实现的。对于加快数据传输特别是小请求的传输具有比较好的效果,能够缩短网络带宽探测估算的时间开销。移动端的网络切换会比较频繁,传输控制协议在这种情况下需要重新创建连接才能继续通信,本发明的协议不需要重新建立连接,可以减少网络切换时重建连接的时间开销。
实施例二
本发明还提供一种无线网络双边加速传输系统,如图4所示,包括客户端100和服务器200,客户端100和服务器200基于用户数据报协议构建双边加速传输协议,然后再根据双边加速传输协议建立连接进行数据传输。
如图5所示,客户端100包括注册模块101和第一收发模块102;服务器200包括设置模块201和第二收发模块202。注册模块101还包括网络子模块,设置模块201还包括管理子模块。
客户端100与服务器200建立连接时,客户端100首先进行初始化,达到初始默认状态,然后注册模块101收集客户端100的注册信息,包括系统类型、网络类型、运营商类型、设备识别号、物理地址等。第一收发模块102向第二收发模块202发起连接请求,发送客户端100的注册信息。第二收发模块202收到第一收发模块102的连接请求后,接收客户端100的注册信息,设置模块201根据第二收发模块202收到的客户端100的注册信息,生成客户端100的通用唯一识别码,并通过第二收发模块202将该通用唯一识别码发送给第一收发模块102,同时根据客户端100的网络类型在服务器200上设置好传输窗口和传输协议参数。
第一收发模块102收到第二收发模块202发送的通用唯一识别码后,客户端100通过第一收发模块102向服务器200发起携带该通用唯一识别码的数据传输请求。第二收发模块202接收到第一收发模块102发送的携带该通用唯一识别码的数据传输请求后,服务器200采用流量和拥塞控制机制,通过第二收发模块202可靠地向客户端100传输携带该通用唯一识别码的数据。客户端100的第一收发模块102接收服务器200的第二收发模块202发送的携带该通用唯一识别码的数据。类似传输控制协议,本发明协议的流量和拥塞控制也主要分为慢启动阶段和拥塞避免阶段。慢启动阶段,发送窗口快速增长,直到达到慢启动阈值或者有发生丢包,这时进入拥塞避免状态,这时会降低发送窗口大小,并处理丢包信息。本发明协议可以保证数据的可靠传输,并处理丢包、乱序等情况。服务器200发送的数据包都有用唯一的序列号来标识,客户端100在收到数据后会回复确认报文,服务器200根据确认报文信息来调整发送速度,统计往返时延,判定丢包信息等。
传输过程中,注册模块101的网络子模块时时收集客户端100的网络状况信息。第一收发模块102在接收第二收发模块202发送的数据的同时,时时将传输进度、网络信号状况及网络类型状况通过第二收发模块202反馈给设置模块201的管理子模块。设置模块201的管理子模块管理客户端100的相关信息,包括传输进度、网络环境、连接状态是否正常或有丢包、丢包率、重传比、往返时延等。处理客户端100在网络切换时的更新信息。
当客户端100所在网络环境发生变化,如客户端100从WIFI网络进入4G网络或由2G网络进入3G网络时,注册模块101的网络子模块收集到当前新的网络状况信息,将新的网络信息通过第一收发模块102发送给服务器200。设置模块201的管理子模块通过第二收发模块202接收到新的网络信息后,设置模块201根据新的网络信息,重新设置符合新网络环境的传输窗口和传输协议参数,保持第一收发模块102和第二收发模块202的连接。在本实施例中,网络信息指客户端所处的网络类型、运营商信息、互联网协议地址等信息。
如图6所示是本系统的另一种实施方式。客户端100还包括检查模块103,服务器200还包括释放模块203。
检查模块103定时生成心跳包,并通过第一收发模块102向服务器200发送该心跳包,证明客户端100处于活跃状态。释放模块203通过第二收发模块202接收到的心跳包来判断客户端100的活跃状态,如果第二收发模块202超时未收到心跳包,则说明客户端100已不再处于活跃状态,此时释放模块203控制第二收发模块202释放与第一收发模块102之间的连接。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无线网络双边加速传输方法,其特征在于,包括以下步骤:
客户端和服务端基于用户数据报协议构建双边加速传输协议,所述双边加速传输协议根据所述客户端的网络类型设置有不同初始传输窗口;
所述客户端和所述服务端基于所述双边加速传输协议进行数据传输。
2.如权利要求1所述的无线网络双边加速传输方法,其特征在于,所述客户端和服务端基于用户数据报协议构建双边加速传输协议的具体步骤包括:
所述客户端向所述服务端注册,从所述服务端获取所述客户端的通用唯一识别码;
所述服务端向所述客户端发送所述客户端的通用唯一识别码,同时根据所述客户端的网络类型设置初始传输窗口及其他协议参数。
3.如权利要求2所述的无线网络双边加速传输方法,其特征在于,所述客户端和所述服务端基于所述双边加速传输协议进行数据传输的具体步骤为:
所述客户端向所述服务端发送包含所述通用唯一识别码的数据传输请求,并在所述数据传输过程中向所述服务端反馈信息;
所述服务端接收所述客户端发送的包含所述通用唯一识别码的数据传输请求,通过所述服务端设置的初始传输窗口和其他协议参数,与所述客户端进行包含所述通用唯一识别码的数据传输。
4.如权利要求3所述的无线网络双边加速传输方法,其特征在于,
所述设置初始传输窗口的方法为:对于不同网络类型,将所述初始传输窗口设置为不同值;对于2G网络,设置所述初始传输窗口值为10;对于3G网络,设置所述初始传输窗口值为20;对于4G网络,设置所述初始传输窗口值为30;对于WIFI网络,设置所述初始传输窗口值为15;
所述其他协议参数包括:慢启动门限和超时重传时间初始值。
5.如权利要求4所述的无线网络双边加速传输方法,其特征在于,所述无线网络双边加速传输方法还包括:
当所述客户端发生网络切换时,所述客户端向所述服务端发送新网络信息;
所述服务端接收所述客户端发送的新网络信息,并根据所述客户端的通用唯一识别码和新网络信息,在所述服务端更新所述客户端对应的传输窗口及其他协议参数;
所述客户端和所述服务端继续进行包含所述通用唯一识别码的数据传输。
6.无线网络双边加速传输系统,其特征在于,包括:客户端和服务器,所述客户端和服务器基于用户数据报协议构建双边加速传输协议,然后再根据所述双边加速传输协议建立连接进行数据传输,所述双边加速传输协议根据所述客户端的网络类型设置有不同初始传输窗口。
7.如权利要求6所述的无线网络双边加速传输系统,其特征在于,所述客户端包括:
注册模块,用于收集所述客户端的信息,并向所述服务器注册;
第一收发模块,与所述注册模块连接,用于向所述服务器发送信息,并接收所述服务器发送给所述客户端的信息。
8.如权利要求7所述的无线网络双边加速传输系统,其特征在于,所述服务器包括:
设置模块,用于处理所述注册模块的注册信息,生成所述客户端的通用唯一识别码,并根据所述客户端的网络类型设置初始传输窗口及传输协议参数;
第二收发模块,与所述设置模块和所述第一收发模块连接,用于接收所述客户端发给所述服务器的信息,并向所述客户端发送信息。
9.如权利要求8所述的无线网络双边加速传输系统,其特征在于,
所述注册模块还包括:网络子模块,用于识别所述客户端的网络类型信息;
所述设置模块还包括:管理子模块,用于管理所述客户端信息,处理所述客户端网络切换时的更新信息。
10.如权利要求9所述的无线网络双边加速传输系统,其特征在于,
所述客户端还包括:检查模块,与所述第一收发模块连接,用于定时生成心跳包,并通过所述第一收发模块向所述服务器发送心跳包;
所述服务器还包括:释放模块,与所述第二收发模块连接,用于根据所述心跳包判断所述客户端活跃状态,若超时未收到所述心跳包则使所述第二收发模块释放与所述第一收发模块之间的连接。
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