CN108156093A - 适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法和系统 - Google Patents

适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，包括：设置至少两个优先级队列，数据发送优先级最高的优先级队列被定义成高优先级队列；接收一个或者多个应用数据包，根据设定的优先级分类规则对接收的应用数据包分别进行优先级标记，将之分配至与其优先级对应的优先级队列中；实时监控当前网络带宽，并且设定一带宽阈值，将监控结果与带宽阈值作比对，响应于网络带宽小于带宽阈值，按照预先设定的数据包过滤策略，将除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包丢弃，只发送高优先级队列内的应用数据包。本发明在无线网络信号弱时，利用IP信息包过滤系统将非核心业务端口发出的优先级低的数据包过滤掉，保证核心应用的数据传输。

Description

适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法和系统
技术领域
本发明涉及无线数据传输，属于一种适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法和系统。
背景技术
很多无线设备，数据传输带宽较低，而且在使用中带宽不稳定，波动较大。在生产环境中，多个网络应用会争夺有限的无线网络资源，这时就会发生网络拥塞。尤其在移动端，当无线设备在移动设备上时，很容易受到周围环境的影响，在网络信号弱的情况下，无法保证核心业务的数据传输。
当前主流的国产无线设备，在面对多个网络应用使用网络资源时遵从尽力而为服务模型，技术上通过先进先出队列来实现。当应用发出的数据包到达无线设备时，加入数据包缓冲队列尾部，发送数据模块从缓冲队列头部取数据，不同应用的数据包一视同仁，对网络资源的占用只与发送时间的先后有关。无线网络会使用全部的资源来发送数据包，但对数据传输的时延、可靠性等性能不能提供任何保证。这样会导致网络资源被数据传输量大的非核心应用所占用，一些实时性要求高的核心应用发送数据无法得到快速响应，甚至根本无法发送数据。
低带宽多应用数据传输拥塞问题在有线路由设备上已经有一套解决办法，遵从区分服务模型，根据服务要求对不同业务的数据包进行分类，在数据包头的保留字段进行优先级标记，然后对不同优先级的数据包，提供不同的数据传输策略。当应用发出的数据包到达有线路由设备时，先根据数据包头的保留字段判断数据包优先级，实时性要求高的业务会加入低时延队列。当没有拥塞时，所有属于低延时队列的数据包都可以被发送，在发生拥塞时，进入低延时队列的数据包被限速，超出规定流量的数据包将被丢弃。
这套解决办法在有线路由设备上运行效果较好，但是无线设备本身传输带宽较低，在使用时容易受周围环境的影响，带宽波动大。在通信发生阻塞时，核心业务数据包容易被丢弃，影响核心业务的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法和系 统，旨在解决无线网络设备在网络拥塞时的数据传输问题，具体的，利用流量标记技术对数 据包进行分类，实时监控网络带宽情况，在无线网络信号弱，带宽较低时，利用iptables(IP 信息包过滤系统)技术将非核心业务端口发出的优先级低的数据包过滤掉，保证核心应用 的数据传输。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，所述方法包括：
设置至少两个优先级队列，其中，数据发送优先级最高的优先级队列被定义成高优先级队列；
接收一个或者多个应用数据包，根据设定的优先级分类规则对接收的应用数据包分别进行优先级标记，并且将之分配至与其优先级对应的优先级队列中；
实时监控当前网络带宽，并且设定一带宽阈值，将监控结果与带宽阈值作比对，响应于网络带宽小于带宽阈值，判定当前网络信号弱，以及
按照预先设定的数据包过滤策略，将除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包丢弃，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包。
进一步的，所述方法还包括：
响应于当前网络带宽大于等于带宽阈值，判定当前网络信号优；
按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包直至完成对所有高优先级队列内应用数据包的发送；
按照预先设定的发送规则发送其他优先级队列的应用数据包。
进一步的，所述预先设定的发送规则是指，
采取轮询的方式，按照用户预先配置的百分比依次从不同优先级队列中取出一定数量的数据包发送。
进一步的，所述预先配置的百分比遵循以下规则：
优先级高的优先级队列所占据的百分比高于优先级低的优先级队列所占据的百分比。
进一步的，所述预先设定的发送规则还包括：
响应于轮询到其中一个优先级队列时该优先级队列为空，立即轮询下一个优先级队列。
进一步的，所述设定的优先级分类规则是指，根据应用数据包的服务类型字段的前三位来标记该应用数据包。
进一步的，所述预先设定的数据包过滤策略是指，
采用IP信息包过滤系统对应用数据包进行过滤。
进一步的，通过在filter表的forward链中加入除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包对应应用的IP和端口号以实现对前述应用数据包的过滤。
本发明还提及一种采用前述方法的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输系统，包括数据接收模块、网络状态监控模块、策略管理模块和数据发送模块；
所述数据接收模块，用以接收应用数据包，对接收的应用数据包进行优先级标记，并且将之分配至与其优先级对应的优先级队列中；
所述网络状态监控模块，用以监控网络带宽，判定当前网络状态，并且将判定结果发送至策略管理模块；
所述策略管理模块，根据接收的判定结果以切换应用数据包的传输策略，并且将经对应传输策略筛选出的应用数据包依次发送至数据发送模块；
所述数据发送模块，用以接收策略管理模块发送的应用数据包，将之发送至对应的地址。
进一步的，所述传输策略包括：
响应于网络带宽小于带宽阈值，按照预先设定的数据包过滤策略，将除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包丢弃，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包；
响应于网络带宽大于等于带宽阈值，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包直至完成对所有高优先级队列内应用数据包的发送，再按照预先设定的发送规则发送其他优先级队列的应用数据包。
本发明的有益效果在于：
(1)无线网络设备根据周围网络环境自动反馈，调整数据包过滤策略。
(2)在网络信号弱时，使用IP信息包过滤系统过滤非核心业务数据包，保证核心业务的正常运行。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法的工作流程图。
图2为本发明的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输系统的结构图。
图3为本发明的网络信号弱时的数据传输流程图。
图4为本发明的网络信号优时的数据传输流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
结合图1，本发明提及一种适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，所述方法包括：
步骤1、设置至少两个优先级队列，其中，数据发送优先级最高的优先级队列被定义成高优先级队列。
步骤2、接收一个或者多个应用数据包，根据设定的优先级分类规则对接收的应用数据包分别进行优先级标记，并且将之分配至与其优先级对应的优先级队列中。
优先级分类规则存在很多种方式，在一些例子中，我们根据应用数据包的服务类型字段的前几位来标记该应用数据包，能够最直观地表明该应用数据包是否属于核心数据包，选取的字段位数越多，优先级分类越细。
例如，应用数据进入无线网络设备后，数据接收模块中的分类器会根据数据包头的服务类型字段的前三位来标记数据包，最多可以将数据包分成23＝8类。
假设初始设定的优先级队列有三个，根据优先级由高到低的顺序，分别定义为高优先级队列、正常优先级队列和低优先级队列。
应当理解，优先级队列的数量是可以根据实际应用需求调整的。
在前述例子中，我们可以将其中0和1优先级的数据包分配至高优先级队列，2和3优先级的数据包分配至正常优先级队列，4-7优先级的数据包分配至低优先级队列。
步骤3、实时监控当前网络带宽，并且设定一带宽阈值，将监控结果与带宽阈值作比对，响应于网络带宽小于带宽阈值，判定当前网络信号弱，否则判定当前网络信号优，再根据不同的网络信号强度选择不同的应用数据包传输策略。
为了支持前述方法，结合图2，本发明还提及一种采用前述方法的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输系统，包括数据接收模块、网络状态监控模块、策略管理模块和数据发送模块。
所述数据接收模块，用以接收应用数据包，对接收的应用数据包进行优先级标记，并且将之分配至与其优先级对应的优先级队列中。
所述网络状态监控模块，用以监控网络带宽，判定当前网络状态，并且将判定结果发送至策略管理模块。
所述策略管理模块，根据接收的判定结果以切换应用数据包的传输策略，并且将经对应传输策略筛选出的应用数据包依次发送至数据发送模块。
所述数据发送模块，用以接收策略管理模块发送的应用数据包，将之发送至对应的地址。
简单来说，数据接收模块负责接收应用数据包，网络状态监控模块会在网络带宽波动时切换网络状态，策略管理模块在网络状态变化时改变数据包过滤策略，数据发送模块接收数据包过滤器过滤之后的数据包并向外发送数据包。
例如，采用网络状态监控模块实时监控网络带宽，当无线设备受外部环境影响，信号强度弱时，网络状态监控模块会给策略管理模块发送网络信号弱的信号，反之发送网络信号优的信号。策略管理模块再根据网络状态监控模块反馈的网络状态选择不同的应用数据包传输策略。
在此基础上，下面对不同的应用数据包传输策略进行阐述。
一、当网络信号弱时
结合图3，按照预先设定的数据包过滤策略，将除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包丢弃，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包。
当网络信号弱时，网络状态监控模块检测到网络信号的变化，给策略管理模块发送网络状态差的信号。策略管理模块启动低带宽数据包过滤策略，将正常优先队列和低优先队列的数据包丢弃，只有高优先级队列的数据包才能通过数据包过滤器进入发送队列，然后向外发送数据包。
这样在网络信号弱时，使所有网络资源全部分配给核心业务，短时间内放弃非核心业务的数据传输，确保核心业务的正常运行。
优选的，所述预先设定的数据包过滤策略是指，采用iptables(IP信息包过滤系 统)对应用数据包进行过滤，即：iptables通过四表五链里面定义的规则处理接收到的数据 包。
例如，通过在filter表的forward链中加入除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包对应应用的IP和端口号以实现对前述应用数据包的过滤。
针对前述例子，本申请通过在filter(过滤)表的forward(转发)链中加入正常优先队列和低优先队列中数据包对应应用的IP和端口号来定义规则，过滤掉非核心应用的数据包。加入过滤数据包规则写法示例如下：
iptables-t filter-A FORWARD-s 192.168.1.0/24-p udp--dport 50070-j DROP
二、当网络信号优时
结合图4，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包直至完成对所有高优先级队列内应用数据包的发送。
按照预先设定的发送规则发送其他优先级队列的应用数据包。
优选的，所述预先设定的发送规则是指，采取轮询的方式，按照用户预先配置的百分比依次从不同优先级队列中取出一定数量的数据包发送。
进一步的，所述预先配置的百分比遵循以下规则：
优先级高的优先级队列所占据的百分比高于优先级低的优先级队列所占据的百分比。
例如，在前述例子中，正常优先级队列的占比为50％，而低优先级队列的占比为20％。
所述预先设定的发送规则还包括：
响应于轮询到其中一个优先级队列时该优先级队列为空，立即轮询下一个优先级队列。
当网络信号优时，所有数据包均可通过数据包过滤器。此时，首先让高优先级队列中的数据包出队并发送，直到高优先级队列的数据包发送完，然后采取轮询的方式，按照用户预先配置的百分比依次从正常优先队列、低优先队列中取出一定数量的数据包发送。
如果轮询到某个队列时该队列恰好为空，则马上转而轮询下一个队列。这样在网络信号优时可以使优先级高的核心业务数据包能够得到优先处理，而低优先级的一般业务数据包在网络设备处理完核心业务后的空闲时间得到处理，即保证了核心业务的低延时，又充分利用了网络资源。
无线网络设备采用本发明提出的技术方案，能够解决在移动设备中多应用数据传输拥塞问题，保证网络资源的合理有效分配。在无线网络信号强时可以保证核心业务低延时通信的同时，充分利用网络带宽，在无线信号弱时依然能够利用有限的网络资源保证核心业务的正常运行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
设置至少两个优先级队列，其中，数据发送优先级最高的优先级队列被定义成高优先级队列；
接收一个或者多个应用数据包，根据设定的优先级分类规则对接收的应用数据包分别进行优先级标记，并且将之分配至与其优先级对应的优先级队列中；
实时监控当前网络带宽，并且设定一带宽阈值，将监控结果与带宽阈值作比对，响应于网络带宽小于带宽阈值，判定当前网络信号弱，以及
按照预先设定的数据包过滤策略，将除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包丢弃，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包。
2.如权利要求1所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于当前网络带宽大于等于带宽阈值，判定当前网络信号优；
按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包直至完成对所有高优先级队列内应用数据包的发送；
按照预先设定的发送规则发送其他优先级队列的应用数据包。
3.如权利要求2所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述预先设定的发送规则是指，
采取轮询的方式，按照用户预先配置的百分比依次从不同优先级队列中取出一定数量的数据包发送。
4.如权利要求3所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述预先配置的百分比遵循以下规则：
优先级高的优先级队列所占据的百分比高于优先级低的优先级队列所占据的百分比。
5.如权利要求2所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述预先设定的发送规则还包括：
响应于轮询到其中一个优先级队列时该优先级队列为空，立即轮询下一个优先级队列。
6.如权利要求1所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述设定的优先级分类规则是指，根据应用数据包的服务类型字段的前三位来标记该应用数据包。
7.如权利要求1所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，所述预先设定的数据包过滤策略是指，
采用IP信息包过滤系统对应用数据包进行过滤。
8.如权利要求7所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输方法，其特征在于，通过在filter表的forward链中加入除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包对应应用的IP和端口号以实现对前述应用数据包的过滤。
9.一种采用权利要求1所述方法的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输系统，其特征在于，包括数据接收模块、网络状态监控模块、策略管理模块和数据发送模块；
所述数据接收模块，用以接收应用数据包，对接收的应用数据包进行优先级标记，并且将之分配至与其优先级对应的优先级队列中；
所述网络状态监控模块，用以监控网络带宽，判定当前网络状态，并且将判定结果发送至策略管理模块；
所述策略管理模块，根据接收的判定结果以切换应用数据包的传输策略，并且将经对应传输策略筛选出的应用数据包依次发送至数据发送模块；
所述数据发送模块，用以接收策略管理模块发送的应用数据包，将之发送至对应的地址。
10.如权利要求9所述的适于低带宽弱连接环境的多应用数据传输系统，其特征在于，所述传输策略包括：
响应于网络带宽小于带宽阈值，按照预先设定的数据包过滤策略，将除高优先级队列之外的优先级队列中的应用数据包丢弃，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包；
响应于网络带宽大于等于带宽阈值，按照先进先出原则依次发送高优先级队列内的应用数据包直至完成对所有高优先级队列内应用数据包的发送，再按照预先设定的发送规则发送其他优先级队列的应用数据包。
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