CN110662256B - 多路径跨协议传输的数据包调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多路径跨协议传输的数据包调度方法和系统，属于通信技术领域，第一传输单元作为发送端的中间设备，第二传输单元作为接收端的中间设备，第一传输单元和第二传输单元均配置有转发分组的物理接口及传输协议；传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，调整链路的发送速率，实现转发分组的时延可定制与发送速率的对齐。本发明减小了并发链路间的性能差异，减少了数据包乱序，可防止接收端缓存区拥塞，保证了安全性的前提下，提高了多路径跨协议传输系统整体吞吐量以及控制数据乱序。

Description

多路径跨协议传输的数据包调度方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多路径跨协议传输的数据包调度方法系统。

背景技术

蜂窝网络、无线局域网、无线城域网和无线自组网的广泛部署应用构建了一个多网络融合的异构网络环境，丰富了用户网络接入的可选择性。面对大容量业务传输，传统单路通信存在传输链路拥塞、吞吐量低等特点，已不能满足用户的体验要求。

为了提高网络资源的利用率，多路径传输技术开始迅猛发展，其核心思想是以资源共享的方式，把数据流分发到多条链路上来提高网络利用率，降低网络接入设备的成本开销，使利用电子设备的多网络接口特性实现多路径并行传输成为可能。多路径传输系统和多网络协议融合，将数据均匀分配到多条跨协议传输路径，充分利用带宽资源的同时也提升了数据传输的安全性，单条链路受到攻击者的窃听攻击也无法恢复出完整报文。

但是，多路径传输中，由于不同路径在带宽、延迟和丢包率等方面存在差异，如果数据在各路径调度不当，一方面，进行多路并行数据传输时差异化路径可能会造成严重的数据包乱序现象，乱序导致的重排序问题不仅会造成严重的接收端缓存问题还会带来不必要的丢包与重传，不能最大限度地传输数据，降低了偶联的整体传输性能；另一方面，数据调度的过程中，应兼顾各路径负载均衡，否则，窃听者攻击某负载较大的子路径可轻易还原出整个数据文件，将会造成系统安全性和稳定性降低。

在多路径传输技术中，IETF研究工作组提出的MPTCP协议(MultipathTransmission Control Protocol，多路径传输控制协议)在近年成为学术界的研究热点，其兼容传统TCP协议、网络中间体，不需要修改应用程序，有广阔的应用前景。在忽略差异化路径的前提下，MPTCP确实能提高网络的吞吐量和鲁棒性。但是在复杂的异构网络中，该协议对所有链路的调度同等对待，保证了子流的公平性与系统安全性，但是造成接收端数据包乱序现象严重，进而造成队头阻塞，应用延迟等一系列问题。

公布号为CN105099912A的中国发明专利申请，公开了一种多路径的数据调度方法及装置。该方法中，若存在一条路径上的I/O量与另一条路径上的I/O量的差值不小于所有路径的平均I/O量时，表明在某些路径上的I/O量相差较大，因此可以采用将数据调度给I/O量最小的路径的方式进行数据调度，以提高数据调度整体的传输性能，若不存在一条路径上的I/O量与另一条路径上的I/O量的差值不小于所有路径的平均I/O量，则表明路径上的I/O量相差不大，可以采用将数据轮询调度给各条路径的方式进行数据调度，从而可以节省数据调度资源。但该技术仅支持基于不同路径I/O量差异的调度，仍存在乱序导致的应用延迟和有效吞吐量降低等问题。

公布号为CN109039935A的中国发明专利申请，公开了一种基于时延的多路径数据调度方法。该方法根据各条数据传输路径的传输能力动态调整各自的传输任务量，让带宽大时延低的路径承担较多的任务，而带宽小时延高的路径承担相对较少的任务。通过合理地分配传输任务量，使得各条路径上数据块依次到达，从而减少接收端在缓存中等待的时间。但是，该方法中，各子流具有独立的拥塞控制，性能较好的链路在占用带宽等网络资源时表现出侵略性，不满足MPTCP设计目标的公平性，同时也由于负载不均造成安全性下降。另外，由于时延具有实时性，无法判定基于路径性能进行的任务分割是否有利于缓解缓存的拥塞和乱序现象，调度不当甚至可能加剧数据包乱序，分割数据块的条件和粒度具有不确定性。

公布号为CN106102093A的中国发明专利申请，公开了一种无线自组织网络中多路径数据包分配调度方法。该方法中，源节点根据各条路径的往返时延和可用带宽情况选择传送该数据包传输时间最小的路径进行传输，目的节点根据接收到数据包的情况获得链路时延并定期将链路时延反馈发回源节点，源节点又根据各路径的往返时间动态地调整各路径的数据包发送速率。但是，目的节点支持对源节点标记序列号的解析和时间戳的反馈，对于普适性较差的终端设备有一定的局限性。源节点每次收到反馈后选择往返时延最低的路径，不适应于链路性能随时间变化小的多路径系统，否则将等同于单一路径系统，攻击者拦截或窃听该链路，可轻易恢复整段原始数据，鲁棒性和吞吐量降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立足安全约束，在接收端进行数据包分配调度，以实现乱序改进的多路径跨协议传输的数据包调度方法及系统，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种多路径跨协议传输的数据包调度方法，该方法包括：

第一传输单元作为发送端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；第二传输单元作为接收端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；

所述第一传输单元和第二传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，提供TC调度环境，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，实时调整链路的发送速率，实现转发分组的时延可定制与发送速率的对齐。

优选的，当所述TC调度的调度方式为基于路径性能对齐的调度时，将物理接口与虚拟网络环路绑定或通过命名空间隔离流量，在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各链路时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，覆盖存储；

当差值超过阈值时，在数据包出端口操作进程中，根据TC参数，对实时吞吐量高的链路对应的虚拟网络环路或物理接口进行限速，对时延低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟。

优选的，当所述TC调度的调度方式为基于数据包序列号的调度时，在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各路径时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数；

第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定，覆盖存储；

在出端口操作进程中，以01规则判断数据包是否满足期望，若满足，转发至下一跳，更新序列号存储值；否则，进入虚拟网络环路根据TC参数进行延迟调度，经环路迭代返回出端口操作进程，再次以02规则判断数据包是否满足期望，若满足，转发至下一跳，否则，返回虚拟网络环路迭代。

优选的，第二传输单元计算期望的数据包序列号，计算参数包括连接级序列号、子流级序列号、各协议报头长度、各协议特定字段、误差允许范围。

优选的，以索引值绑定，覆盖存储，该索引值包括端口号、服务ID、五元组。

优选的，所述01规则包括，将数据包与期望序列号进行对比，根据对比结果对数据包进行相应处理；其中，

当满足期望序列号时直接转发；

当不满足期望序列号时且与期望序列号的差值小于阈值时，进入虚拟网络环路根据差值进行延迟调度；

当与期望序列号的差值超过阈值时丢弃处理；

所述阈值大小根据不同系统或同一系统的不同场景实现自适应调整，设定依据包括已知的系统性能差异、历史阈值的结果反馈。

优选的，所述02规则包括，根据不断更新存储的序列号判断虚拟网络环路中数据包与当前期望值的差值是否小于一定阈值，若是，则直接转发，否则，继续经虚拟网络环路进行迭代处理；其中，所述阈值设定依据包括环路延迟粒度、序列号更新速度、传输单元缓存资源，该阈值取值为1-MTU，MTU为最大传输单元的大小。

优选的，所述可达信息包括协议支持信息、端口信息、设备接入信息、拓扑信息。

优选的，所述可达信息的感知方式包括静态感知、动态感知、控制单元决策下发、分布式感知。

另一方面，本发明提供一种利用如上所述的方法的数据包调度系统，该系统包括：

转发分组模块，用于建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

所述转发分组模块包括第一传输单元和第二传输单元；

所述第一传输单元作为发送端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；第二传输单元作为接收端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；

所述第一传输单元和第二传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，提供TC调度环境，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，实时调整链路的发送速率；

TC调度模块，用于对链路的数据包传输进行调度；

所述TC调度模块包括延迟处理单元、限速单元和队列处理单元；在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各链路时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，覆盖存储；

第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定，覆盖存储；

所述延迟处理单元，用于根据TC参数，对时延低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟调度；

所述限速单元，用于根据TC参数，对实时吞吐量高的链路对应的虚拟网络环路或物理接口进行限速；

所述队列处理单元，用于对数据包进行重新编排、标记或丢弃处理。

本发明有益效果：传输单元之间基于可用接口建立多条链路，构成多路径跨协议传输系统，即使链路性能差异较大，也能够在不降低安全性的基础上，根据链路实时性能、负载均衡和数据包有序传输的约束条件，构建各链路数据分配调度模型并实施策略，自适应地改善各子流的拥塞状况，减小并发链路间的性能差异，减少数据包乱序，防止接收端缓存区拥塞。在提高多路径跨协议传输系统整体吞吐量以及控制数据乱序等方面都有所提升。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为本发明实施例提供的一种多路径跨协议传输的数据包调度方法的应用场景示意图。

图2为本发明实施例提供的另一种多路径跨协议传输的数据包调度方法的应用场景示意图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

本发明实施例1提供一种多路径跨协议传输的数据包调度方法和系统。

一方面，本发明实施例1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法，实现了改进乱序的数据包调度，实现了多路径跨协议传输性能优化。具体包括：

多网络多协议融合的异构环境下，第一传输单元作为发送端的中间设备，第二传输单元作为接收端的中间设备。所述传输单元配置转发处理分组的可用接口、协议；所述传输单元感知到对端的可达信息后，确认建立绑定接口属性的端到端连接。

通过执行上述步骤，第一传输单元和第二传输单元之间建立多条具有独立性能参数的链路，形成多路径跨协议传输系统。

在一种可能的实现方式中，所述传输单元配置转发处理分组的可用接口，该可用接口包括但不限于：以太网接口、5G接口、4G接口、3G接口、GPRS接口、WiFi接口、ZigBee接口、Bluetooth接口。

在又一种可能的实现方式中，所述传输单元配置转发处理分组的可用协议，该协议包括但不限于：IPv4协议、IPv6协议、ZigBee协议、Bluetooth协议、Named DataNetworking协议。

在又一种可能的实现方式中，所述传输单元感知对端的可达信息，该路径可达信息包括但不限于：协议支持信息、端口信息、设备接入信息、拓扑信息。

在又一种可能的实现方式中，所述传输单元感知对端的可达信息，感知方式包括但不限于：静态感知、动态感知、控制单元决策下发、分布式感知。

在又一种可能的实现方式中，建立绑定接口属性的端到端连接，该连接属性包括但不限于：A-A类别的连接，如4G接口与4G接口、A-B类别的连接，如4G接口与3G接口。

第二方面，本发明实施例1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法，支持多路径跨协议系统时延可定制。具体包括：

第一传输单元与第二传输单元的端到端通信协议完成应用进程之间的通信，第二传输单元作为接收端，配置虚拟网络环路或物理端口，提供TC调度的环境。

在一种可能的实现方式中，第一传输单元与第二传输单元的端到端通信协议，包括但不限于传输控制协议TCP，用户数据报协议UDP，多路径传输控制协议MPTCP，并行多路传输控制协议CMT-SCTP。

在又一种可能的实现方式中，第二传输单元配置虚拟网络环路，配置方式包括但不限于配置veth-pair虚拟网络设备，tap/tun虚拟网络接口，namespace命名空间，bridge虚拟设备；配置属性包括但不限于shaping限制、scheduling调度、policing处理。

第三方面，本发明实施例1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法中，第二传输单元作为接收端，感知链路特性，实现时延、吞吐量和拥塞状态的实时监控，以此为依据利用虚拟网络环路实时调整链路的发送速率，实现传输单元转发分组的时延可定制与速率对齐，同时实现了负载均衡，满足端到端的可靠安全传输。

在一种可能的实现方式中，时延、吞吐量和拥塞状态的实时监控方式，包括但不限于工具测试、脚本监测、数据包时间戳、网络遥测技术。

在又一种可能的实现方式中，以链路特性为依据实时调整链路的发送速率，调整发送速率的方式包括但不限于物理网卡限速、虚拟环路延时发包。

在一种可能的实现方式中，TC调度方式为基于路径性能对齐的调度。将物理接口与虚拟设备构成的环路绑定或通过命名空间隔离流量，在第一传输单元严格轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各路径时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，并以覆盖方式存储。对于路径性能差值超过阈值的情况，在数据包出端口操作进程中，根据TC参数，对实时吞吐量更高的链路对应的虚拟环路或物理接口进行限速，对时延更低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟。经过上述步骤，可以通过出端口对数据包的调度实现模拟路径性能参数均方差值最小的多路径系统，进而降低乱序包比率，提高传输性能。

其中，第二传输单元实时监控各路径时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，并以覆盖方式存储，其中TC参数的计算和设定的依据包括监控数据的统计处理、队列调度参数、误差允许范围，其中存储方式包括但不限于文件、寄存器、数据库。对于路径性能差值超过阈值的情况，进行限速或延迟处理，其中阈值计算和设定的依据包括但不限于有效带宽利用率、队列状况和共享瓶颈资源时的公平性，其中限速参数和延迟参数计算和设定的依据包括但不限于按序交付思想、木桶原理、抖动率。

在又一种可能的实现方式中，TC调度方式为基于数据包序列号的调度，此种调度方式专门适于面向连接的端到端传输协议。在第一传输单元严格轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各路径时延和吞吐量特性，计算TC参数。第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定，覆盖存储；在出端口操作进程中，以01规则判断数据包是否满足期望，若满足，转发至下一跳，更新序列号存储值；否则进入虚拟网络环路根据TC参数进行延迟调度，经环路迭代返回出端口操作进程，再次以02规则判断其是否满足期望，若满足，转发至下一跳，否则返回环路迭代。经过上述步骤，可以通过TC调度实现数据包按序传输，从根本上降低多路径跨协议系统的乱序比率，有效的缓解接收端缓存阻塞，提高传输性能。

其中，第二传输单元计算期望的数据包序列号，计算参数包括但不限于连接级序列号、子流级序列号、各协议报头长度、各协议特定字段、误差允许范围。

以索引值绑定，覆盖存储，该索引值包括但不限于端口号、服务ID、五元组。以01规则判断数据包是否满足期望，该规则设定包括端对端首次建立连接时的特例、与期望值相差超过一定阈值的特例、不满足期望值的差别处理。经环路迭代返回出端口操作进程，再次以02规则判断其是否满足期望，该规则设定包括环路延迟限制、序列号更新、不满足期望值的差别处理。

第四方面，本发明实施例1提供一种数据包调度系统，该系统基于严格轮询的安全传输框架，将传输的数据均匀分散到多条链路上，有效防止窃听、流量分析等被动攻击，一定程度上降低被黑客拦截，泄露完整数据的风险，实现多路径端到端的安全传输。该系统实现了在多路径跨协议系统的链路性能差异较大时的数据包调度，在安全约束的前提下提升了传输性能。

该调度系统的转发分组处理设备包括但不限于第一传输单元、第二传输单元等。调度系统的调度模块包括但不限于延迟处理单元、限速单元、队列处理单元。调度参数的格式包括但不限于键值对、命令行，调度参数的下发方式包括但不限于控制单元动态决策、传输单元反馈、静态文件配置、程序写入。

如图1所示，用户随身携带第一传输单元，第二传输单元部署在运营商核心网的边缘端。传输单元首先配置转发处理分组的可用接口包括3G，4G，5G网络接口，实现多路径并行传输，通过异构无线接入网络建立跨协议多路径系统。不同网络接口及协议造成链路性能差异较大，对于提供可靠交付的端到端协议，必然存在重排序和有效吞吐量降低的问题。该实施例能够确保用户到运营商之间的安全、可靠和高质量传输。

该第一传输单元即为图1中的第一传输单元101，该第二传输单元即为图1中的第二传输单元103，该接入网即为图1中的异构无线接入网102。第一传输单元安装有TC调度模块，实现多路径跨协议系统性能优化传输，需结合端到端通信协议类型，根据所述命令格式和下发方式进行配置，对来自3G、4G和5G接口的数据包进行基于数据包序号的TC调度，结合端到端拥塞控制机制，实现数据包按序传输同时改善有效吞吐量。当用户上网时需要首先将配置多个网络接口的第一传输单元接入网络，紧接着用户终端可通过有线或者无线接入第一传输单元，基于多路径跨协议系统提供的高吞吐量，灵活可靠的服务和优质用户体验，用户便可以流畅、安全地访问实时大容量业务。

实施例2

本发明实施例2提供一种多路径跨协议传输的数据包调度方法和系统。通过实施本发明，传输单元之间基于可用接口建立多条链路，构成多路径跨协议传输系统，即使链路性能差异较大，也能够在不降低安全性的基础上，根据链路实时性能、负载均衡和数据包有序传输的约束条件，构建各链路数据分配调度模型并实施策略，自适应地改善各子流的拥塞状况，减小并发链路间的性能差异，减少数据包乱序，防止接收端缓存区拥塞。在提高多路径跨协议传输系统整体吞吐量以及控制数据乱序等方面都有所提升。

在本发明实施例2中，数据包调度方法包括：

第一传输单元作为发送端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；第二传输单元作为接收端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；

所述第一传输单元和第二传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，提供TC调度环境，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，实时调整链路的发送速率，实现转发分组的时延可定制与发送速率的对齐。

所述TC调度的调度方式为基于路径性能对齐的调度，包括：

将物理接口与虚拟网络环路绑定或通过命名空间隔离流量，在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各链路时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，覆盖存储；

当差值超过阈值时，在数据包出端口操作进程中，根据TC参数，对实时吞吐量高的链路对应的虚拟网络环路或物理接口进行限速，对时延低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟。

所述TC调度的调度方式为基于数据包序列号的调度，包括：

在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各路径时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数；

第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定，覆盖存储；

在出端口操作进程中，以01规则判断数据包是否满足期望，若满足，转发至下一跳，更新序列号存储值；否则，进入虚拟网络环路根据TC参数进行延迟调度，经环路迭代返回出端口操作进程，再次以02规则判断其是否满足期望，若满足，转发至下一跳，否则，返回环路迭代。

第二传输单元计算期望的数据包序列号，计算参数包括连接级序列号、子流级序列号、各协议报头长度、各协议特定字段、误差允许范围。

以索引值绑定，覆盖存储，该索引值包括端口号、服务ID、五元组。

以01规则判断数据包是否满足期望，该规则设定包括端对端首次建立连接时的特例、与期望值相差超过一定阈值的特例、不满足期望值的差别处理。所述01规则包括，将数据包与期望序列号进行对比，根据对比结果对数据包进行相应处理；其中，

当满足期望序列号时直接转发；

当不满足期望序列号时且与期望序列号的差值小于阈值时，进入虚拟网络环路根据差值进行延迟调度；

当与期望序列号的差值超过阈值时丢弃处理；

所述阈值大小根据不同系统或同一系统的不同场景实现自适应调整，设定依据包括已知的系统性能差异、历史阈值的结果反馈。

以02规则判断其是否满足期望，该规则设定包括环路延迟限制、序列号更新、不满足期望值的差别处理。所述02规则包括，根据不断更新存储的序列号判断虚拟网络环路中数据包与当前期望值的差值是否小于一定阈值，若是，则直接转发，否则，继续经虚拟网络环路进行迭代处理；其中，所述阈值设定依据包括环路延迟粒度、序列号更新速度、传输单元缓存资源，该阈值取值为1-MTU，MTU为最大传输单元的大小。

所述可达信息包括协议支持信息、端口信息、设备接入信息、拓扑信息。

所述可达信息的感知方式包括静态感知、动态感知、控制单元决策下发、分布式感知。

在本发明实施例2中，数据包调度系统，包括：

转发分组模块，用于建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

所述转发分组模块包括第一传输单元和第二传输单元；

所述第一传输单元作为发送端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；第二传输单元作为接收端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；

所述第一传输单元和第二传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，提供TC调度环境，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，实时调整链路的发送速率；

TC调度模块，用于对链路的数据包传输进行调度；

所述TC调度模块包括延迟处理单元、限速单元和队列处理单元；在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各链路时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，覆盖存储；

第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定，覆盖存储；

所述延迟处理单元，用于根据TC参数，对时延低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟调度；

所述限速单元，用于根据TC参数，对实时吞吐量高的链路对应的虚拟网络环路或物理接口进行限速；

所述队列处理单元，用于对数据包进行重新编排、标记或丢弃处理。

如图2所示，第一传输单元配置有不同网络运营商的移动蜂窝通信接口，第二传输单元配置有线以太网接口。当携带第一传输单元的第一用户与携带第二传输单元的第二用户通信时，第二传输单元需感知路径的可达信息，继而在第一传输单元和第二传输单元之间建立多路径跨协议系统，保障第一用户和第二用户之间高可靠、高质量通信。

该第一用户即为图2中的第一用户201，第一用户201所连接的第一传输单元即为第一传输单元203。该第二用户即为图2中的第二用户202，第二用户202所连接的第二传输单元即为第二传输单元204。第一传输单元203和第二传输单元204分别接在接入网205和接入网206，所述接入网205和接入网206均为异构接入网。第二传输单元安装有TC调度模块，实现多路径跨协议系统性能优化传输，需结合两传输单元的端到端通信协议类型，根据所述命令格式和下发方式进行配置，对来自第一传输单元不同接口的数据包进行基于路径性能对齐的TC调度，结合端到端拥塞控制机制，改善乱序和重传同时提升有效吞吐量。第一传输单元203和第二传输单元204之间进行通信，TC调度模块保障第一用户201和第二用户202之间的高质量、高可靠安全通信，减少乱序造成的重排序、重传延迟和有效吞吐量降低等问题。

综上所述，本发明实施例提出的方法和系统，在网络中间体设备融入TC调度机制，从拥塞控制、数据包调度和安全性的角度改善乱序，提升多路径跨协议系统的传输性能，满足高可靠性、高传输质量和高安全性的新型业务要求。针对数据乱序导致系统有效吞吐量降低的问题，利用传输单元的数据包调度方法，通过打破时延和序列号对数据包的强约束关系，实现了数据包的时延可定制；合理利用各子流时延、吞吐量以及拥塞状态信息，能够有效减少数据包乱序，防止接收端缓存区拥塞，提高了传输系统的吞吐性能；调度依附于对数据包严格的轮询算法进行，在尽可能少占用网络资源的情况下，完成用户业务数据的端到端可靠、安全传输过程，平衡了链路之间分配的数据量并获得了期望的安全性能。

以数据包或若干数据包组成的数据块为粒度进行调度，通过感知链路性能，基于实时吞吐量、时延、队列状况等设定TC参数，实现路径性能对齐，数据包按序到达且分配到多条链路，提高网络利用率，兼顾瓶颈链路的公平性和非抢占性以及负载均衡，也大大提高了传输过程的安全性，攻击者拦截部分链路的数据包无法还原出整个数据文件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种多路径跨协议传输的数据包调度方法，其特征在于，包括：

第一传输单元作为发送端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；第二传输单元作为接收端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；

所述第一传输单元和第二传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

第二传输单元配置有与链路对应的虚拟接口veth或veth构成的虚拟网络环路，提供TC调度环境，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，实时调整链路的发送速率，实现转发分组的时延可定制与发送速率的对齐；

当所述TC调度的调度方式为基于路径性能对齐的调度时，将物理接口与虚拟网络环路绑定并通过命名空间隔离流量，在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各链路时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，覆盖存储；

当差值超过阈值时，在数据包出端口操作进程中，根据TC参数，对实时吞吐量高的链路对应的虚拟网络环路或物理接口进行限速，对时延低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟；

当所述TC调度的调度方式为基于数据包序列号的调度时，在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各路径时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数；

第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定至寄存器，覆盖存储；

在出端口操作进程中，以01规则判断数据包是否满足期望，若满足，转发至下一跳，更新序列号存储值；否则，进入虚拟网络环路根据TC参数进行延迟调度，经环路迭代返回出端口操作进程，再次以02规则判断数据包是否满足期望，若满足，转发至下一跳，否则，返回虚拟网络环路迭代；

所述01规则包括，将数据包与期望序列号进行对比，根据对比结果对数据包进行相应处理；其中，

当满足期望序列号时直接转发；

当不满足期望序列号时且与期望序列号的差值小于第一阈值时，进入虚拟网络环路根据差值进行延迟调度；

当与期望序列号的差值超过阈值时丢弃处理；

所述第一阈值大小根据不同系统或同一系统的不同场景实现自适应调整，设定依据包括已知的系统各链路性能差异、历史阈值的结果反馈；

所述02规则包括，根据不断更新存储的序列号判断虚拟网络环路中数据包与当前期望值的差值是否小于一定阈值，若是，则直接转发，否则，继续经虚拟网络环路进行迭代处理；其中，所述02 规则中的该 阈值设定依据包括环路延迟粒度、序列号更新速度、传输单元缓存资源，该阈值取值为1-MTU，MTU为最大传输单元的大小。

2.根据权利要求1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法，其特征在于：

第二传输单元计算期望的数据包序列号，计算参数包括连接级序列号、子流级序列号、各协议报头长度、各协议特定字段、误差允许范围。

3.根据权利要求1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法，其特征在于：以索引值绑定至寄存器，覆盖存储，该索引值包括端口号、服务ID、五元组。

4.根据权利要求1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法，其特征在于：所述可达信息包括协议支持信息、端口信息、设备接入信息、拓扑信息。

5.根据权利要求1所述的多路径跨协议传输的数据包调度方法，其特征在于：所述可达信息的感知方式包括静态感知、动态感知、控制单元决策下发、分布式感知。

6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的方法的数据包调度系统，其特征在于，包括：

转发分组模块，用于建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

所述转发分组模块包括第一传输单元和第二传输单元；

所述第一传输单元作为发送端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；第二传输单元作为接收端的中间设备，配置有转发分组的物理接口及传输协议；

所述第一传输单元和第二传输单元感知到对端的可达信息后，建立多条绑定了所述物理接口属性的端到端链路；

第二传输单元配置有与链路对应的虚拟网络环路或物理端口，提供TC调度环境，并实时感知链路的时延、吞吐量和拥塞状态，实时调整链路的发送速率；

TC调度模块，用于对链路的数据包传输进行调度；

所述TC调度模块包括延迟处理单元、限速单元和队列处理单元；在第一传输单元轮询发包的基础上，第二传输单元实时监控各链路时延和吞吐量特性，根据差值计算TC参数，覆盖存储；

第二传输单元在数据包入端口操作进程中，解析数据包，计算期望的数据包序列号，并以索引值绑定，覆盖存储；

所述延迟处理单元，用于根据TC参数，对时延低的链路对应的虚拟环路或物理接口进行延迟调度；

所述限速单元，用于根据TC参数，对实时吞吐量高的链路对应的虚拟网络环路或物理接口进行限速；

所述队列处理单元，用于对数据包进行重新编排、标记或丢弃处理。

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