CN107534605B - 用于选择网络连接集中器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于针对可由通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径来选择网络连接集中器的选择方法，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径，所述方法包括以下步骤：a)对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，PN)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；b)获得针对至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M；以及c)基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器。本发明可应用于所述多路径TCP(MPTCP)协议。

Description

用于选择网络连接集中器的方法

本发明涉及电信领域，并且具体地涉及适合于实现互联网协议(IP)的通信网络。更具体地，本发明涉及在IP网络(即，能够执行取决于在网络中输送的数据流量的性质而不同的处理的网络)中提供“增值”服务。

本发明适用于任何类型的客户端设备，比如固定终端或移动终端、或者家庭网关、或者企业网关、或者实际上网络运营商网关。出于简洁的原因，在下文中经常将任何类型的客户端设备都称为“终端”。

如今，如智能电话或者个人计算机(PC)等终端能够激活并使用与一个或多个物理接口相关联的多个逻辑接口。这种终端被称为多接口(Multi-Interface，MIF)终端。

可为这种MIF终端分配多个IP地址，从而使得它们可连接至不同类型的网络，诸如固定网络、移动网络或者无线局域网(WLAN)，其中，象征性示例将为WiFi网络并且采用可以是同时或延迟的方式。这些IP地址可以：

●属于同一地址族或者属于不同的地址族(IPv4、IPv6或两者)；

●具有不同的生存期；

●具有不同的范围，例如私有IPv4地址、本地范围的唯一IPv6地址(即，唯一本地地址(ULA))或者全局范围的IPv6地址(全局单播地址(GUA))；并且

●可以被分配给同一逻辑网络接口或者不同的逻辑网络接口。

然而，应当观察到的是，由于使用多个接口的能力取决于连接至(多个)网络的条件、设备的位置或其他因素，因此“MIF”特性是易失性的。MIF设备可以在建立简单连接(即沿着单条路径与给定第三方建立的连接)的同时或者在建立简单连接之后具体地利用对其可用的多个接口。还可以观察到的是，设备并未先验地知道其是否有可能使用多条不同的路径来建立与给定第三方的通信。更确切地，所述设备仅在其尝试与第三方建立多路径连接的阶段结束时获取此信息(在适当的情况下)。

当终端具有能够连接至不同类型的接入网络(例如：固定网络、移动网络、或WLAN)的多个接口时，其于是受益于被称为“混合”的接入，因为其组合了不同的接入网络技术。有关具有混合接入的终端的待提供服务依赖于在网络中引入使得有可能聚合终端的所有网络连接(例如：WLAN和3G、或ADSL、WLAN和4G)的功能。

在此方面(参见维基百科)，应当回想到的是，在网络领域中，术语“聚合链路”指定了将多个网络接口分组在一起，就好像它们构成单个接口，具体地为了将吞吐量增加到超出单个链路的极限的目的，并且可选地为了确保在网络链路故障的情况下由其他接口接管(冗余原则)。链路聚合适用于沿着这种链路输送的任何类型的流量，包括IP流量。

链路聚合还可以用于通过多条链路来共享流量。在这种情况下，在组成链路聚合的链路/接口当中共享流量的方式取决于各种参数；例如，其取决于流量的类型(诸如TCP或UDP)或者取决于流量工程策略(诸如所需的服务质量(QoS))。

应当观察到的是，链路聚合未关于远程机器的配置作出假设。由此，源机器可以使用这种功能来激活链路聚合程序而无需远程机器。

可以设想各种聚合模式，包括以下三种模式：

●备用模式：此模式在于在主路径不可用的情况下使用次路径，这是出于提高网络可用性以及因此提高通过各链路建立的IP连接的鲁棒性和可靠性的目的；

●绑定模式：此模式在于使用与可用路径中的一些或全部可用路径相关联的资源，与给定应用相关联的IP流可能被多条路径共享；使用所有路径或者其中的仅一部分路径的决定可以例如通过流量的性质或者与每条路径相关联的可用性或可靠性特性来调整，所述特性从一条路径到另一条路径可以发生极大的变化；针对此绑定模式所选择的所有路径被认为是主路径：以及

●“舒适”模式：此模式类似于绑定模式，除了给定应用的流并不被多条路径共享，而是通过单条路径被发送之外。

应当观察到的是，这些模式不是相互排斥的，并且它们不专用于任何一种特定类型的流量。由此，可以独立于待沿着以各种模式中的一种或另一种模式聚合的路径输送的流量的性质来使这些模式发挥其作用。

术语“网络连接集中器”用于指定使得有可能利用可由设备使用以便与远程设备建立通信的各条路径来聚合连接的任何网络功能。使用网络连接集中器具体地具有以下效果：被本地设备看作是多路径连接的连接可能被远程设备看作是简单的连接。

通过示例的方式，网络连接集中器可以是并入到家庭网关或企业网关中的功能，或者其可以与多路径TCP(MPTCP)或流控制传输协议(SCTP)代理功能或者与通用路由封装(GRE)隧道终止点、或者实际上与IP-in-IP隧道或2级隧道的终止点共存。在适当的情况下，由网络集中器对所有多路径进行的聚合可能导致建立一个或多个虚拟隧道，例如，以便促进与建立通信相关联的管理操作(通过隔离在如以此方式聚合的各路径之上建立的通信的流量特性，并且改进用于检测故障的过程)。

图1a、图1b和图1c示出了与网络连接集中器相关联的各种类型的架构。

这些附图示出了连接至一个或多个IP网络的终端T。这些不同接入网络的性质可以是有线的、无线的或者其他；而且，这些接入可以是多种的，即，终端T可以具有同时地或以其他方式连接至不同接入网络的能力。

终端T经由具有网络连接集中器功能的N个节点(P₁，P₂，……，P_N)连接至IP网络。通过示例的方式，这种节点可以是网关(家庭网关或企业网关)或IP路由器。在附图中，可看出：

-终端可以连接至由已经部署了至少一个网络连接集中器的单个IP连接提供商管理的单个网络(图1a)；或者

-终端可以连接至m个网络R1，……，Rm，所有这些网络托管至少一个网络连接集中器(图1b)；或者实际上

-终端可以连接至m个网络R1，……，Rm，其中的一些网络托管多个网络连接集中器(图1c)。

然而，使用用于建立通信的多条路径引起了各种问题。

普遍接受的是，使用多条路径之间的负载共享机制需要确保那些路径拥有可比较的传送质量水平，具体地以避免削弱以给定连接为特征并且在那些不同路径之上交换的数据的完整性(所述传送质量可以由多个参数(具体包括：等待时间、抖动、和丢包率)来表征)。

当终端受益于混合接入时，其利用其全部接口的实际能力通常与正在讨论的接入网络中的每个接入网络的质量相关联，如由所述终端所感知的。可以就可用带宽、访问期望内容的时间方面、或者实际上就传输两个连续分组的延迟变化方面来表示此质量。此质量从一个接入网络到另一个接入网络自然地发生变化，并且可以呈现差异，所述差异可以如此之大以至影响在不同接入网络之上建立多路径通信；在通信可能变得不可理解的这种程度上，丢失在通信期间交换的流的完整性的风险随着这种差异的任意增加而增加。聚合链路将呈现具体取决于网络连接集中器位置的质量。

这些不同的质量水平可影响在多路径连接的背景下建立附加子流。以上所提及的完整性丢失的风险等级可能仅促使终端建立简单连接，即使那意味着丢失以多路径连接为特征的益处，诸如就带宽而言优化可用资源。

在不具有其自己的使其能够建立多路径连接的装置的终端的背景下并且通过调用在终端所连接至的接入网络中部署的网络连接集中器来这样做，还可使得这种风险更严重。在此背景下，当终端不一定具有用于选择呈现最佳质量保证(例如，取决于流量的性质、应用的性质或与通信相关联的服务的性质)的集中器所需的信息和情报时，解决与使用所述多个可用集中器相关联的不同质量水平(例如，取决于终端寻求与其建立通信的远程终端的位置)的问题相应地变得更加复杂。

在第一方面，本发明因此提供了一种用于针对可由通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径来选择网络连接集中器的选择方法，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径，所述方法包括以下步骤：

a)对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，P_N)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；

b)获得针对至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M；以及

c)基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器。

应当观察到的是，本发明可以由任何IP设备来实现。所述设备可以是任何种类(例如，终端、路由器、家庭网关)，并且其可以是MIF设备或单接口设备。所述设备可以具有分配给其物理或逻辑接口中的每个接口的一个或多个IP地址。如果其位于自身连接至一个或多个网络并且与链路聚合机制兼容的代理设备(诸如路由器或家庭网关)的后面，则其可以同样很好地仅具有一个接口。

还应当观察到的是，本发明的所述选择方法适用于所有种类的IP流量。具体地，所述方法可以有利地被实现用于准备交换使用以下协议中的任何协议传输的数据：TCP、UDP、SCTP、IP-in-IP、TCP-over-UDP、或TCP-over-TCP。通过示例的方式，建立GRE或IP-in-IP隧道使得有可能聚合终端与一个或多个集中器之间的IP流量(具体地包括TCP和UDP流量)的一部分或全部。

本发明具体提供以下优点：

●(多个)网络连接集中器的确定性选择；

●适配用于网络连接条件(例如，根据可用的访问吞吐量)的可能性；

●用于避免连接质量降级的装置(所述降级可能是由在与具有非常不同的质量水平的单个连接相关联的流中涉及的多条路径造成的)；

●增加由终端使用的网络的容量；

●受益于链路聚合机制的优点，但无需关于远程服务器的一部分的任何情报；以及

●积极检测为网络异常，从而使得作出合适的决定以用于将流量(如果必要的话)重定向朝向另一网络连接集中器。

而且，根据本发明的服务质量评估可以由通信设备用来标识哪些路径适合于被聚合，其方式使得当涉及到与那些路径相关联的资源时保持统一的服务质量水平。具体地，通信设备可以维持多个聚合，每个对应的聚合呈现对应的服务质量水平。清楚地是，建立统一的聚合(即，其中的元素均呈现可比较的服务质量水平)取决于所选的(多个)集中器。根据本发明，通信设备可以在选择集中器之前或之后继续建立统一的聚合。如果所述通信设备通过建立统一的聚合来开始，则针对所述集中器的全部，应当优选地执行此操作。

具体地，在输送不是服务质量约束的对象的应用流时可能涉及呈现普通服务质量的路径；然而，使用这种路径通常只有在所讨论的应用适合于指定其在服务质量方面的要求时才是合理的。

路径可以从聚合中排除或者那条路径可以包括在聚合中，其方式为根据网络状况随时间推移而改变。所述通信设备可以将其他标准(诸如有可能在聚合的路径上输送的流量的性质)考虑在内，以便将路径包括在聚合中或者从聚合中排除路径。应当观察到的是，从聚合中排除路径并不意味着那条路径必须由所述终端去激活。

而且，在与连接相兼容的通信设备符合通过多路径建立的(以上所提及的)MPTCP协议的情况下，本发明使得有可能通过提高质量以及管理子流的以MPTCP协议为特征的过程的鲁棒性来显著地改进工程以及这种连接(如下所述)的操作。例如，出于工程原因，如以上所提及的使隧道发挥其作用可以有利地与MPTCP功能(诸如卸载MPTCP代理，如果远程服务器与MPTCP协议相兼容的话)进行组合；网络运营商因此可优化专用于代理功能的网络资源。

根据具体特性，在所述步骤c)期间，所述选择的集中器P_k(i)为与经由所述路径i已经从所述通信设备到达的其他集中器的服务质量值QoS(i，j)相比而言服务质量值QoS(i，k(i))最佳的集中器，其中，j≠k(i)。

通过这些规定，所产生的服务质量对于所述一组M条通信路径中的每条路径来说是最佳的。

根据其他具体特性，在步骤c)期间，针对所述M条路径中的所有路径以及针对所述M条路径当中的最大数量的路径来选择单个集中器P_k，此集中器P_k为与已经从所述通信设备到达的其他集中器的服务质量值QoS(i，j)相比而言服务质量值QoS(i，k)最佳的集中器，其中，j≠k。

通过这些规定，以简单的方式保持由通信设备经由所述M条路径中的任何路径发出的消息的源地址。

应当观察到的是，当所述终端仅具有一条单通信路径时，以上简要描述的实施例两者均变得数学上基本上完全相同。而且，当总是同一集中器提供最佳服务质量值时(无论路径如何)，那些实施例自然地给出相同的结果。

在第二方面，本发明还提供了各种设备。

由此，本发明首先提供了一种通信设备，所述通信设备具备用于执行以下操作的装置：

-对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，P_N)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；

-获得针对来自可由所述通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径中的至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径；以及

-基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器。

所述通信设备可以包括客户端设备(诸如用户终端)或者其可以包括代理设备(诸如路由器或家庭网关)，所述代理设备适合于实现多路径连接并且连接至可选地适合于实现多路径连接的客户端设备。

其次，本发明还提供了一种用于选择网络连接集中器的服务器，所述服务器具有用于以下操作的装置：针对至少所述路径i，辅助将由如以上简要描述的通信设备发出的或向所述通信设备发送的流量重定向朝向所述选择的集中器。

由这些设备提供的优点与由以上简要阐述的选择方法提供的那些优点基本相同。

应当观察到的是，有可能在软件指令的背景下和/或在电子电路的背景下实现那些不同的设备。

在第三方面，本发明提供了一种用于选择网络连接集中器的系统，所述系统包括：

-通信设备，所述通信设备具有用于执行以下操作的装置：

●对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，P_N)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；以及

●获得针对来自可由所述通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径中的至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径；以及

-服务器，所述服务器用于选择网络连接集中器，并且具有用于执行以下操作的装置：

●基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器；以及

●针对至少所述路径i，辅助将由所述通信设备发出的或向所述通信设备发送的流量重定向朝向所述选择的集中器。

本发明还提供了一种计算机程序，所述计算机程序可从通信网络中下载和/或被存储在计算机可读介质上和/或可由微处理器执行。由于所述计算机程序包括当在计算机上被执行时用于执行以上简要阐述的选择方法的步骤的指令，因此所述计算机程序是显著的。

由所述系统以及由所述计算机程序提供的优点与由以上简要阐述的选择方法提供的那些优点基本相同。

在阅读作为非限制性示例给出的特定实施例的以下详细说明时，本发明的其他方面和优点显现。本说明书参照附图，在附图中，

-以上所述的图1a、图1b和图1c示出了与网络连接集中器相关联的各种类型的架构；

-图2示出了形成单个MPTCP连接的TCP子流的聚合；

-图3示出了放置在与MPTCP兼容的代理设备后面的TCP或MPTCP终端；

-图4示出了本发明的实施例，在所述实施例中，机器人执行服务质量测试并且向专用服务器通知那些测试的结果；

-图5a和图5b示出了本发明的实施例，在所述实施例中，终端向专用服务器通知服务质量测试的结果；

-图6示出了指示远程服务器的地址的TCP选项；以及

-图7示出了终端与远程服务器之间的通信机制的示例，在所述示例中，使用图6中所示的TCP选项。

本发明涉及可由通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径。这个组可以包括对所述通信设备已知的所述路径中的全部、或者其中的仅一部分。

本发明总体上适用于管理多路径IP连接的任何协议。在关于此协议的某些特性的几项提醒之后，随后是对适用于MPTCP协议的本发明的描述。

首先，应当回顾的是，如在互联网工程任务组(IETF)规范RFC 793中具体限定的，传输控制协议(TCP)是连接至IP网络(例如，互联网)的终端所使用的主要协议之一，从而使得文献经常指代“TCP/IP”协议组。TCP协议用于在连接至本地网络(例如，内联网)或者互联网的终端上执行的应用之间采用可靠、有序且无差错的方式输送数字数据流。TCP协议在OSI模型的传输层级别处进行操作。网络浏览器在它们连接至远程服务器时使用TCP协议；TCP协议还用于输送电子邮件或者用于将文件从一个地方传送至另一个地方。通过TCP连接传输如HTTP、HTTPS、SMTP、POP3、IMAP、SSH、FTP、Telnet等协议以及各种其他协议。由源终端的地址和端口号以及还由目的地终端的地址和端口号来标识TCP连接。

两个终端例如为了优化TCP连接的质量的目的而可以在它们之间交换的TCP消息中插入所谓的“TCP选项”。这种选项占据在TCP报头的末尾处可用的空间，并且这种选项的长度被表示为八位组(8位字节)。这种选项是描述TCP选项的性质的唯一标识符。例如，值“0”指示选项列表的末尾，并且值“2”指示TCP分段的最大大小(即最大分段大小(MSS))。

MIF终端的到来使得有可能经由可用网络来使用多条路径的资源以便建立TCP连接，从而利用分配给MIF终端的各接口的IP地址中的一部分或全部。然而，这种可能性引入了以TCP协议的操作模式为特征的复杂性：假定任何TCP连接与IP地址和端口号相关联，则那些信息项中的至少一个信息项的任何变化具有不利于当前TCP连接的运行的性质，并且因此不利于使用所述TCP连接的服务。当向终端给出新IP地址时，或者当终端连接至另一个网络时，或者实际上当与IP地址的接口不再可用时，这种改变是特别有害的。例如，然后需要用于告知远程TCP第三方IP地址不再有效的装置以便确保维持现有的连接，而无需中断由那个TCP连接提供的服务。

2009年，IETF委任“mptcp”工作组以便指定对TCP协议的能够适应由将多个IP地址分配给终端的各逻辑或物理接口的可能性引起的约束的扩展。那个工作组发布了针对MPTCP协议(某些智能电话和某些操作系统已经能够实施的协议)的初始规范(参见A.Ford(A.福特)、C.Raiciu(C.莱修)、和M.Handley(M.汉德利)“TCP extensions for multipathoperation with multiple addresses(用于使用多个地址进行多路径操作的TCP扩展)”，RFC 6824，2013年1月)。MPTCP协议具体地用于满足在终端是移动的情况下确保IP会话的连续性的需求。IETF设想使得提升当前MPTCP规范的地位，从而使得这些规范成为IETF意义上的真正标准。

因此，已经提出了MPTCP协议以用于将TCP连接的例如与这种地址变化相关联的不合时宜的断裂的任何风险最小化，并且更一般地，以便满足根据背景所提出的要求，在所述背景中，终端具有经由一个或多个接口而连接至一个或多个网络的能力。而且，在试图建立MPTCP连接失败的情况下，文档RFC 6824针对所述连接自动切换至简单的TCP连接作出了规定。

在MPTCP协议的背景下，术语“子流”用于指定TCP连接，所述TCP连接依赖于使用可用对(IP地址对、端口号对)之一。因此，MPTCP连接是TCP子流的聚合。通过示例的方式，图2示出了终端A与终端B之间的MPTCP连接；在终端A的地址A1与终端B的地址B1之间建立初始子流；随后，在终端A的地址A2与终端B的地址B1之间建立附加子流。MIF终端因此可连接至新的网络、或者可将自身与一些网络分离，同时维持单个多路径连接。

MPTCP协议的应用的尤其有利的示例是使用文件传输协议(FTP)的资源的同时传送大量文件。充当FTP客户端的设备可动态地利用使其能够接入FTP服务器的所有可用路径，条件是FTP服务器能够使用由FTP客户端建立的各种MPTCP连接。因此，相较于TCP连接，显著缩短了传送数据所需的时间。

可以针对MPTCP协议设想各种用途，比如：

●在多个无线接入网之间交换数据；

●通过将流量的一部分切换至无线接入网来降低移动网络上的负载；

●通过同时利用多个接入链路的资源并且通过在那些不同链路上分享来自一个或多个MPTCP连接的流量负载来优化对网络资源的使用，从而使得有可能显著地增大与建立MPTCP连接相关联的带宽；以及

●在主路径断裂的情况下通过将流量从主路径输送至备用路径来使MPTCP连接更可靠，并且这样做的方式对于用户而言是透明的(即，无需中断服务)。

操作系统使得被称为应用编程接口(API)的专用编程接口对应用可用以便与TCP层和IP层进行交互。常规的可用于TCP/IP应用的API是“套接字”接口。所述“套接字”接口由如“本地套接字地址”、“远程套接字地址”和“协议”等若干属性来表征。IETF已经在文档RFC6897中指定了对TCP/IP API的扩展(被称为MPTCP API)，以便使得应用能够控制MPTCP连接。

除了被称为MP_CAPABLE(MP_能够)的TCP选项(即指示发送终端与MPTCP扩展兼容)被包括在包含连接初始化标志(SYN)的消息中和随后的消息中之外，和任何常规TCP连接一样对MPTCP连接进行初始化。MPTCP终端可通过使用被称为ADD_ADDR(添加_地址)的TCP选项来告知远程终端关于附加IP地址的可用性，而不一定创建相关联的子流。

由于如由远程终端所感知的外部IP地址不需要与在本地可见的那些IP地址相同，因此指示可用的且适合于与第三方进行通信的多个IP地址可能导致在建立某些TCP子流时失败。这就是MPTCP协议的ADD_ADDR选项包括用于清楚地标识可用IP地址的地址标识符(被称为“地址ID”)的原因。此规定旨在避免由已经建立MPTCP连接的两个终端之间的包跟随的路径上的NAT的存在而产生的问题。ADD_ADDR选项还用于在MPTCP终端之一没有将相同的端口号用于所有可用IP地址的情况下传输端口号。

同样地，MPTCP协议指定了具体旨在使得有可能穿过防火墙的规定。更确切地，MPTCP协议的规范规定了如在TCP报头中指示的序列号特定于每个子流，而在MPTCP协议的数据序列信号(DSS)选项中指示的序列号用于将这些子流与相同的MPTCP连接相关联。

因此，MPTCP协议寻求摆脱由所谓的“中间盒子”(即通信链中的中间功能)(诸如NAT和防火墙)的当前网络中的大规模激增引起的约束。

具体地，MPTCP协议利用以下TCP选项：

●MP_CAPABLE：以上所提及的此选项用于告知远程终端发送终端与MPTCP选项兼容；

●ADD_ADDR：以上所提及的此选项用于添加新地址；其包括也用于提供端口号的可选双八位组字段(在适当的情况下)；

●REMOVE_ADDR(移除_地址)：此选项用于移除地址；

●MP_PRIO(MP_优先级)：此选项用于修改连接的优先级；

●MP_JOIN(MP_加入)：此选项用于标识与建立新子流相关联的TCP连接；

●MP_FAIL(MP_失败)：此选项用于返回至没有MPTCP选项的TCP模式；以及

●MP_FASTCLOSE(MP_快速闭合)：此选项用于快速闭合MPTCP连接。

可以在若干模式下激活MPTCP协议：

-本机模式：两个MPTCP终端建立与可用地址和/或端口号相对应的所有子流；并且利用所有这些子流；

-主模式：两个MPTCP终端指定子流，但是仅这些子流的子集实际上用于传送数据；

-次模式：在子流的“主”子集不可用(或过载)的情况下，于是请求子流的“次”子集以便提供MPTCP连接的连续性；以及

-备用模式：两个MPTCP终端使用单个子流；在失败的情况下，将流量切换至出于那个目的而创建的新子流。

如以上所提及的，本发明的选择方法可以由各种类型的通信设备来实现。所述通信设备可以例如是客户端设备(诸如IP终端)、或者直接连接至网络的网关(诸如家庭网关或企业网关)。应当观察到的是，位于网关后面的MIF终端可以利用所述方法而无需与网关的任何协调。

本发明的方法还可以由被称为代理设备、位于网络中并且以客户端设备(诸如终端或网关)的名义起作用的装备来执行(这种代理设备被认为是“仿真”或“模拟”其客户端)。由此，基于本发明的方法的结果，连接至代理设备的客户端设备被配置。此配置使得客户端设备能够受益于对可用网络资源(多路径连接的特性)的使用的优化，并且还可在短时间长度内建立多路径连接。通过示例的方式，图3示出了放置在与MPTCP兼容的代理设备R后面的TCP或MPTCP终端T。

应当观察到的是，本发明的通信设备可以被配置用于放弃利用用于与某些网络聚合网络链路(以及因此执行任何种类的集中器选择)或者在某些操作条件下(例如，当网络连接集中器过载时)的资源。

随后是对本发明的选择方法的实施例的描述。

在第一步骤中，与多路径通信可兼容的终端T对位于所述终端T所连接至的至少一个网络中的一组N≥1个集中器(P₁，P₂，……，P_N)(例如，MPTCP中继列表)进行标识。此确定可以是终端T被静态配置的结果，或者其可以是动态标识或动态发现程序的结果。

在此方面，应当回顾的是，发现将给定设备连接至给定第三方的各路径可通过示例的方式通过使用用于动态地分配IP地址的协议(诸如动态主机配置协议(DHCP))或者通过创建映射的机制(诸如端口控制协议(PCP)、通用即插即用(UPnP)机制、互联网网关设备(IGD)机制、或NAT会话遍历实用程序(STUN)机制)来实施，其中，术语“映射”用于指定将内部IP地址和内部端口号与外部IP地址和外部端口号进行关联。

可以采用域名列表({名称1，名称2，……，名称N})的形式或者采用IP地址列表({IP@1，IP@2，……IP@N})的形式向终端T呈现以各连接集中器的标识为特点的信息。可以设想用于标识连接集中器的其他装置。

如果在终端T中配置至少一个域名(或标识符)，则调用机制以用于将此标识符解析为一个或多个IP地址。例如，可以查询域名服务(DNS)以便恢复(多个)相应的IP地址。针对所述标识符列表的要素中的每个要素来实现这些解析机制。

终端T因此恢复N个IP地址{IP@1，IP@2，……，IP@N}其中，N≥1。这些地址可以是IPv4地址或IPv6地址。由此，所述列表可以仅由IPv4地址、或者仅由IPv6地址、或者实际上由IPv4地址和IPv6地址两者的混合来构成。

如果终端T在步骤S1结束时仅恢复了一个地址(IP@1)，则其自然地选择针对全部多路径连接的相应集中器。

相比而言，根据本发明，如果在本步骤结束时终端T已经恢复了N≥2个地址{IP@1，IP@2，……，IP@N}，则终端T针对M条通信路径选择这些N个集中器中的一个或多个集中器。

初始地，在本实施例的第二步骤期间，终端T获得针对至少一条路径i以及针对可经由此路径i从终端T到达的集中器P_j(以及优选地针对所有这些集中器)的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M。

在本实施例中并且通过示例的方式，往返时间(RTT)延迟被用作服务质量参数。其他参数(例如，下路径延迟或上路径延迟或者实际上可用带宽)可自然地用于表征终端T与网络连接集中器之间的路径质量。

而且，可以使用若干服务质量参数的组合来选择集中器。在这种情况下，可以通过与待给予服务质量参数的优先级(换言之，按优先级顺序对服务质量参数进行分类)有关的指令来丰富本发明的选择方法；由此，选择将支持对具有最高优先级的服务质量参数进行优化的集中器，并且在发生冲突的情况下，采用优先级顺序的以下参数将用于在集中器中作出决定。

而且，在本实施例在，使用被称为“PROBE”消息的测试消息来获得RTT。这种PROBE消息可以例如是互联网控制消息协议(ICMP)消息，并且具体为ICMP“ping”命令(即“回声应答”响应之前的ICMP“回声”请求)、或者用于建立TCP会话或实际上交换“时间戳”TCP选项的消息。可以自然地实现其他机制以用于测量所选服务质量参数的值。

终端T将PROBE消息发送至所述列表中的每个地址{IP@1，IP@2，……，IP@N}以便计算与路径i相关联的RTT(i，j)。优选地，经由所考虑的M条路径中的每条路径来发送PROBE消息；换言之，将每个对应的PROBE消息与由从分配给终端T的M个地址中选择的对应地址M构成的源地址一起发送(具体地，如果针对每个连接网络为其分配不同地址的话)。如果相同的地址用于连接至多个接入网络，则终端必须发送与所存在的主动接入网络一样多的PROBE消息；然后终端必须强制经由可用接口中的每个可用接口来路由PROBE消息。

然而，应当观察到的是，集中器经由给定路径可能不可到达；具体地，可能发生的是：终端T不能够在那条路径之上向那个集中器发送PROBE消息，或者其接收作为ICMP错误消息作为响应。

可以将从下表中获得的结果可视化。

如果RTT测量揭示了各路径之间的显著失真，则可以规定终端T具有决定不使用多条路径来建立通信的能力、或者在建立多路径连接时避免包括某些路径的能力。例如，在这种情况下，只要网络连接未得到改善，终端T就可以针对其所有通信从“多路径”模式切换至“简单连接”模式。指示此主要变化的阈值可以由服务提供商来配置，或者可以在执行所述方法的计算机程序中被编码。

最后，在第三步骤中，从已经从终端T到达的集中器P_j当中选择至少一个集中器，如上所述。

为了这样做，针对至少一条路径i初始地判定其他集中器P_j中的哪个集中器P_k(i)与服务质量值QoS相比(i，j)具有最佳服务质量值QoS(i，k(i)(即，具体地，RTT的值最小)，其中，j≠k(i)。

为了执行此判定，可以针对容差值(其可以例如在终端T中被配置)作出规定。由此，当且仅当在以下情况下时，两次测量RTT1和RTT2才可以被认为是相等的：

│RTT1-RTT2│<δt

通过示例的方式，容差值δt可以由网络连接提供商来设置，或者其可以采用环境变量的形式被配置，或者实际上其可以在执行本发明的计算机程序中被编码。

如果终端T具有单个接口以及由此仅一条路径(换言之，M＝1)，则从通过那条路径到达的那些集中器当中选择具有最小RTT的集中器。此集中器然后可以由终端T使用以便建立多路径通信，例如通过在服务终端T处充当MPTCP中继。

如果终端T具有多个物理接口或逻辑接口以及由此多条路径(换言之，M>1)，则可设想若干变体。

在第一变体中，针对至少一条路径i，所选择的集中器为与经由路径i已经从终端T到达的其他集中器的RTT值相比RTT最小的集中器。

由此，在此第一变体中，针对所述一组M条路径中独立于其他路径的每条路径选择集中器(这不会以任何方式防止针对两条不同的路径来选择相同的集中器(如果适用的话)。

就服务质量而言，此第一变体是有利的。相比而言，其引起了以下问题：缺乏使得能够保留由终端T发送的消息的源地址的机制，即，使得终端T能够利用两种不同的集中器，而无需将经由那两个集中器中继的消息与不同的源IP地址一起发送的机制。

在第二变体中，针对所述一组M条路径选择单个集中器，所述集中器为与针对M条路径当中最大数量的路径已经从终端T到达的其他集中器的RTT值相比RTT最小的集中器。

由此，在此第二变体中，针对所有M条路径选择单个集中器。

此第二变体呈现了以简单的方式保留由终端T经由M条路径中的任何路径发送的消息的源地址的优点。相比而言，从服务质量的角度来看，可以发现其是次优的。

为了实现此第二变体，参考上表，可以进行如下操作。在(与给定路径相关联的)每行中，“1”被写入与同最小RTT相关联的集中器相对应的框中，并且“0”被写入所有其他框中。在此之后，对列中的每一列进行求和，并且所选择的集中器为呈现最大总和值的集中器。

如果两个或更多个集中器呈现所述总和的同一最大值，则通过应用次选择标准来选择那些集中器之一。例如，可以选择具有“最大”IP地址的集中器。

在此方面，应当回顾的是，当且仅当“a1b1c1d1>a2b2c2d3”时，IPv4地址(IPv4@1＝ a1.b1.c1.d1)才被认为大于另一IPv4地址(IPv4@2＝a2.b2.c2.d3)。例如，地址“11.22.33.44”被认为大于地址“1.2.3.4”。为了将IPv4地址与IPv6地址进行比较，可以通过示例的方式使用RFC 6724算法(“互联网协议版本6(IPv6)的默认地址选择”)。

重要的是观察到，本发明的通信设备的装置不一定包含在通信设备内。由此，本发明的一个实施例可以在于激活代表通信设备(或者实际上多个通信设备)发送PROBE消息的一个或多个机器人。(多个)机器人执行的测试的频率可以由网络服务运营商来配置。使用机器人的优点是为了避免可能在(多个)通信设备中所需的可能软件更新。

可以在不同的网络接入点中激活机器人的若干实例，以便针对一个或多个接入网络来进行测试。在这样做时，网络运营商可以有利地维护给出待由存取区配置的(多个)连接集中器之间的对应关系的映射。这种映射使得有可以维持连接质量的可见性以用于到达由运营商的合作方管理的网络集中器(例如，在固定/移动汇聚、或漫游的背景下)。这种映射还可以用于安装流量工程策略。

这些机器人因此可在诊断操作期间潜在地用于解决由用户指示的连接问题、或者用于在面对连接服务降级时积极地起作用。

在本发明的实施例中，通过被称为“REPORT()”消息的通知消息向位于网络中的实体(被称为集中器选择服务器(CSS))通知通信设备执行的测试的结果。此CSS实体的实用性是能够向所选(多个)连接集中器发出请求以便优化通信设备的通信，但无需通信设备明确地与调用(或者实际上选择)集中器的程序相关联。此实施例使得特别有可能在连接中涉及网络集中器，其方式对于通信设备(以及因此对于使用它的人)而言是透明的。

CSS实体的功能是用于指示底层网络将由通信设备发出的或者向通信设备发送的流量重定向至优化通信设备的服务质量的(多个)集中器。通过示例的方式，来自CSS实体对底层网络的指示可以在于通过使用动态路由协议的资源来注入具体路由。另一部署示例是安装分派器，所述分派器拦截来自或进入所有通信设备的流量；CSS实体然后可给出特定于每个通信设备的分派器指令以便将来自或进入每个通信设备的流量重定向至所选择的集中器。

图4示出了本发明的将机器人和CSS实体的使用进行组合的实现方式。

图5a和图5b通过示例的方式示出了根据本发明的向CSS实体通知服务质量测试结果的终端T的两个变体。

在图5a中示出的第一变体中，REPORT()通知消息至少包含所选连接集中器(Pi@)的地址、以及终端T的标识符T_ID(例如，其IP地址、其MAC地址、或其网络线标识符)。在此示例中，CSS实体负责将终端T的流量重定向至所选择的(多个)集中器。

在图5b中示出的第二变体中，REPORT()通知消息至少包含由终端T进行的所有测量以及终端T的标识符T_ID。在此第二变体中，CSS实体负责选择(多个)集中器并且负责指导底层网络，从而使得来自或进入终端T的流量由所选择的(多个)集中器拦截。此变体使得运营商能够控制提供给运营商的客户的服务，从而限制了可能例如由不良意图实现方式造成的任何服务降级。此变体还使得所述运营商能够优化对其已经部署的集中器的使用，并且可能地能够调节那些集中器在网络中的位置以便优化对资源的使用。例如，如果返回至已经活动的集中器的测量揭示了测量当中的显著失真，则运营商可以决定在存在点处激活新的网络集中器实例。

可以例如以规律的间隔和/或在每次网络连接条件发生变化时(例如，当新的网络附接时或者当存在与网络的附接丢失时，当分配给接口的地址到期时、或者实际上当发现新集中器时)实现本发明的方法。然而，在每次新连接时，不一定重复所述方法。重复测试之间的间隔可以由用户来配置，或者其可以由网络服务运营商来提供(例如，经由DHCP)，或者实际上其可以在实现本发明的计算机程序中被编码(默认值)。

当通信设备已经选择了新的集中器时，那个设备可以决定将其活动的连接立即迁移至新的集中器、或者维持对那些活动的连接所依赖的部分或全部集中器的使用。还可以规定通信设备能够决定不使用呈现普通质量的路径以便到达所选择的集中器。

在其通信中，通过使用分组封装机制或者任何其他形式的机制来将流量输送至第三方的地址处，通信设备可以以所选择的集中器为目标。通过示例的方式，随后是对有利地使得有可能避免封装分组的通信机制的描述；具体地，封装倾向于有损传输质量，例如由于其对被传输的分组的最大大小的影响、以及引起重排序问题的风险。

在此示例中，TCP选项用于指定远程服务器的地址：此TCP选项被称为ULTIMATE_DST(最终_DST)，并且其示出在图6中。集中器使用在此选项中指定的IP地址和端口号来向远程服务器传输数据分组。

图7中示出了此ULTIMATE_DST选项在使用时的示例。此附图示出了具有多条路径的终端T。所述终端T应用本发明的连接集中器选择方法。令所选集中器为P₁。当终端T寻求与远程服务器建立连接时，其将那个服务器的地址插入ULTIMATE_DST选项中。在接收到此消息之后，P₁将用于存储终端T的地址与服务器的地址之间的关联性的条目实例化；在此之后，P₁用服务器地址来代替目的地地址。

本发明可通过软件部件和/或硬件部件在通信网络节点(例如用户终端、路由器、网关或集中器选择服务器)内实现。

可以将软件部件结合在用于管理网络节点的常规计算机程序中。这就是如在上文中提及的为什么本发明还提供了计算机系统的原因。计算机系统常规地包括使用信号来控制存储器以及输入单元和输出单元的中央处理器单元。而且，计算机系统还可以用于执行计算机程序，所述计算机程序包括用于实现本发明的选择方法中的任何选择方法的指令。

具体地，本发明还提供一种如以上所简要描述的计算机程序。计算机程序可以存储在计算机可读介质上并且可以适合于由微处理器来执行。所述程序可以使用任何编程语言，并且可以采用源代码、目标代码、或在源代码与目标代码之间的中间代码的形式，比如采用部分编译的形式或采用任何其他令人期望的形式。

本发明还提供了一种不可移除的或者部分或完全可移除的数据介质，所述数据介质包括如以上所简要描述的计算机程序的指令。

所述数据介质可以是能够存储程序的任何实体或设备。例如，所述数据介质可以包括存储装置，诸如只读存储器(ROM)(例如，压缩盘(CD)ROM或微电子电路ROM)、或磁记录装置(诸如硬盘或真正的通用串行总线(USB)闪存驱动器)。

而且，所述数据介质可以是适合于经由电缆或光缆、通过无线电或者通过其他手段来输送的可传输介质(比如，电信号或者光信号)。本发明的计算机程序可以具体地从诸如互联网的网络进行下载。

在变体中，所述数据介质可以是结合了程序的集成电路，所述电路被适配用于执行本发明的选择方法中的任何选择方法或者在执行本发明的选择方法中的任何选择方法时使用。

Claims (12)

1.一种用于针对可由通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径来选择网络连接集中器的选择方法，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径，所述方法包括以下步骤：

a)对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，P_N)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；

b)获得针对至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M；以及

c)基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器。

2.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，在所述步骤c)期间，所述选择的集中器P_k(i)为与经由所述路径i已经从所述通信设备到达的其他集中器的服务质量值QoS(i，j)相比而言服务质量值QoS(i，k(i))最佳的集中器，其中，j≠k(i)。

3.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，在步骤c)期间，针对所述M条路径中的所有路径以及针对所述M条路径当中的最大数量的路径来选择单个集中器P_k，此集中器P_k为与已经从所述通信设备到达的其他集中器的服务质量值QoS(i，j)相比而言服务质量值QoS(i，k)最佳的集中器，其中，j≠k。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的选择方法，其特征在于，在所述步骤b)期间，通过经由所述路径的测试消息(PROBE)传送来获得所述服务质量值。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的选择方法，其特征在于，所述通信设备与遵循多路径TCP(MPTCP)协议的多路径连接兼容。

6.一种通信设备，具有用于执行以下操作的装置：

-对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，P_N)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；

-获得针对来自可由所述通信设备使用的给定的一组M≥1条通信路径中的至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径；以及

-基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器。

7.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备包括客户端设备(T)。

8.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备包括代理设备(R)，所述代理设备适合于实现多路径连接并且连接至适合于实现多路径连接或者不适合于实现多路径连接的客户端设备(T)。

9.一种用于选择网络连接集中器的服务器(CSS)，所述服务器具有用于以下操作的装置：针对至少所述路径i，辅助将由根据权利要求6至8中任一项所述的通信设备发出的或向所述通信设备发送的流量重定向朝向所述选择的集中器。

10.一种用于选择网络连接集中器的系统，所述系统包括：

-通信设备，所述通信设备具有用于执行以下操作的装置：

·对位于所述通信设备所连接至的至少一个网络中的一组N≥2个集中器(P₁，P₂，……，P_N)进行标识，每个集中器使得有可能使用适合于由所述通信设备使用的多条路径来聚合连接；以及

·获得针对来自可由所述通信设备使用的给定的一组M≥1个通信路径中的至少一条路径i以及针对经由所述路径i从所述通信设备可到达的集中器P_j的至少一个服务质量参数QoS(i，j)的值，其中，i＝1，……，M，所述通信设备的每个对应接口连接至对应的路径；以及

-服务器(CSS)，所述服务器用于选择网络连接集中器，并且具有用于执行以下操作的装置：

·基于获得的所述服务质量值从所述组中选择至少一个集中器；以及

·针对至少所述路径i，辅助将由所述通信设备发出的或向所述通信设备发送的流量重定向朝向所述选择的集中器。

11.一种不可移除的或者部分或完全可移除的数据存储装置，所述数据存储装置包括用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的选择方法的步骤的计算机程序代码指令。

12.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序能够由微处理器执行，其特征在于，所述计算机程序包括指令，所述指令用于当所述计算机程序在计算机上被执行时执行根据权利要求1至5中任一项所述的选择方法的步骤。

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