CN111416770A - 一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法，将第一可编程交换机、入网决策模块、选路模块、感知单元放在一个集成装置作为自适应调度装置，并且建立N条路径，构成多路径跨协议传输系统，用户使用跨协议自适应调度方法通过自选协议，自选无线接入方式，自选接口，并根据所述感知单元实时感知的时延、丢包率、吞吐量信息在所述选路单元依据权重，自适应的从N条路径中选择满足自身需求的M条路径；本发明提供的系统和方法，既能够分别满足对系统链路质量，安全性的要求，也能兼顾上述要求，有效的提升了链路有效吞吐量，优化系统链路服务性能，同时通过选择多协议使安全性得到更高的保证，最终达到用户自适应选路的目的。

Description

一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法。

背景技术

随着互联网技术的迅速发展，拥有多种接入方式的终端设备的应用越来越广泛，用户需求也变得多样化。不同的用户对于服务质量，网络链路状况，安全性等需求有着不同的优先级。

简单、单一的网络接入机制显然已经无法满足用户对业务多样性以及业务QoS的需求，为了解决这一问题，研究者们开始对异构无线网络中的并行传输技术进行研究。异构无线网络是指可以支持多种宽带无线接入技术，并可以在不同的接入技术之间相互切换接入的系统，其优点就是可以根据用户、业务等特点选择合适的网络。其中网络切换，并行传输是异构无线网络中研究的热门问题。多路径并行传输技术(Concurrent multipathtransfer,CMT)是一种能够提高链路吞吐量，系统鲁棒性以及资源利用率的重要网络技术。然而由于每条路径的时延，抖动，吞吐量等链路状况的不同，异构网络中的并行传输会带来许多问题，比如数据包的重传和乱序，接收端缓存拥塞等。现有的热门多路径并行传输技术MPTCP协议(Multipath Transmission Control Protocol，多路径传输控制协议)基于TCP协议，对路径的建立，维护等进行改进，使其充分利用终端之间的多条路径进行并行传输，实现网络吞吐量的最大化。尽管现有的MPTCP能实现并行传输且理论上提升吞吐量，但是如果不对默认使用路径进行合理的选择，可能无法达到吞吐量的提升效果，甚至导致链路传输性能的下降。因此为了更好的利用网络资源以及提升带宽，需要根据每条链路的实际质量给其分配相应的负载，对于选路的方式依据流量分割的粒度不同分为基于数据流的选路调度和基于数据包的选路调度。基于数据包的选路调度将每一个数据包调度到所选路径上，但是由于每条链路的时延不同可能出现严重的包乱序，为了缓解该问题接收端必须对数据包进行重排序。而基于数据流的选路调度相对于数据包重排序较少，但是相应可能出现负载不均的问题，造成链路拥塞。

无论是针对数据流的选路调度还是数据包的选路调度，在多路径并行传输技术中，对于解决重传或是拥塞的算法策略层出不穷，也在一定程度上缓解了多路并行传输的选路问题，目前针对于跨协议的选路调度策略没有一个成熟的方案。

在现有技术中，有一种基于多路径传输协议MPTCP的路径管理方法及装置。其中的方法包括：获取MPTCP连接中的每条TCP子路径的传输状态信息；基于传输状态信息计算出MPTCP连接中各条TCP子路径的QoS值；传输状态信息包括：带宽、丢包率和传输时延；其中，QoSscore＝Q1*Throughputscore+Q2*LossRatescore+Q3*RTTscore；QoSscore为TCP子路径的QoS值，Q1，Q2，Q3为系统参数，Throughputscore是TCP子路径的带宽，LossRatescore是TCP子路径的丢包率，RTTscore是TCP子路径的传输时延。根据QoS值确定出传输质量发生恶化的TCP子路径，并则将此TCP子路径设置为备用状态。该发明的方法及装置,能够根据每条路径的性能比较,将每条路径的通信质量量化为QoS，通过QoS的值,检测出在通信过程中通信质量出现变化的路径，可以实时分析每条MPTCP的路径参数，确保网络中使用的传输路径能实现最大的吞吐量和带宽利用率，使网络吞吐量变化更平滑，提高了MPTCP的链路利用率、吞吐量和健壮性；该技术虽然一定程度提升了链路吞吐量，仅仅在服务质量方面提升，无法针对用户对于高可靠性，低时延性，高吞吐量等多需求进行路径调度。

在现有技术中，还有一种多路径并行传输数据调度方法及传输控制协议。其特征在于，在MPTCP传输协议中，拥塞窗口的动态值cwndr按照以下方式调整：当路径r成功接收一个ACK时，拥塞窗口cwndr增加α/cwndtotal；当路径r检测到一个分组数据包丢失时，拥塞窗口cwndr减小max(β*cwndr，cwndr/2)。其中cwndr是路径r当前的拥塞窗口值；α是考虑了不同链路延迟分化的窗口增长因子；cwndtotal是所有子流的拥塞窗口之和；β是考虑了不同链路延迟分化的窗口减小因子。该方案能够避免过度拥塞的实质在于：低延迟链路(RTT小)在成功接收每个ACK的窗口增加量与每丢失一个分组数据包后的窗口减小量相对于高延迟链路(RTT大)而言更大。从而使较低延迟的那一部分链路相对于较高延迟的另一部分路拥有更大的窗口，调度器会把当前需要发送的数据包更多的分配给较低延迟的一部分链路，且能够根据链路情况实现均衡分配，避免了最优低延迟链路的过度使用及高延迟链路的过早使用，从而使数据调度更加优化。该发明提供的多路径并行传输数据调度方法对MPTCP中的拥塞控制算法做了改进，充分考虑了链路延迟分化对传输质量的影响，在拥塞窗口控制机制中引入了路径延迟因子参数，能够实现路径传输质量分化的有效缩减，避免最优链路的过度拥塞，而提高MPTCP传输吞吐量，增强用户体验；一方面，本技术单纯为了将数据包在每个通道的数目分流，从而避免链路的过度拥塞，理论上引入路径延迟因子去干涉每条链路的带宽等网络资源，不满足MPTCP设计的公平性，同时未考虑到在控制器分流的过程中会使得整个传输系统的安全性下降问题；另一方面，本技术在每条路径上转发数据包可用的协议不具有可选择性，不能使用户基于安全的需求对路径进行调度。

在第三个技术方案中，提供了一种加速网络的并行数据传输系统及方法；用户将数据发送到作为发送端的节点上，发送端选择作为接收端的节点,确定发送端和接收端之间的多条最优路径；发送端对接收到的数据进行分块，并按顺序编号；从多条到接收端的最优路径中选择一条路径将数据发送到接收端，并记录通过每条最优路径发送的数据的编号；代理节点接收到数据后，将数据转发给所在最优路径上的下一个代理节点或接收端；接收端从多条最优路径上同时接收数据，并根据数据编号对数据进行排序和合并，最后将合并数据发送到目的地址。在两个节点之间进行最优路径选择时，提出采用现有的一些常见智能选路方法，如在节点间进行探测后使用ksp等算法计算最优路径；再如智能路由网络内的节点探测其他的节点和源站，获得节点间和节点到源站的网络传输性能，并通过一台中央服务器进行汇总，并计算出任意一个节点到任意一个源站之间的多条最优路径。该发明的加速网络的并行数据传输系统及方法能够基于TCP/UDP协议实现多路径并行数据传输，有效地提高网络传输速率；一方面，本技术提出的最优路径的选择通过某些现有算法获取，并非该技术设计，只是通过这些最优路径的排序发送数据包来实现加速网络的并行数据传输，单纯使得数据包有序到达，减少乱序；另一方面，本技术在每条路径上转发数据包可用的协议不具有可选择性，不支持跨协议的传输(跨协议指的每条并行传输路径既可以是IPv4协议也可以是IPv6协议)，对于安全性的考虑不够，不能够满足用户多样化需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种跨协议融合传输的自适应调度系统，包括通过多路径相互通信连接的第一传输单元和第二传输单元，第一传输单元用于用户终端的发送端，第二传输单元用于服务器的接收端；

第一传输单元包括相互通信连接的第一可编程交换机、入网决策模块、感知模块和选路模块；

第一可编程交换机还与用户终端相连接，用于对接收到的数据进行解析、封装和解封装；入网决策模块用于提供用户终端的网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议，并将提供的网络接入决策的信息发送至选路模块；感知模块实时获取影响第一传输单元与第二传输单元通信路径状态的参数，并将该参数发送至选路模块；选路模块基于接收到的入网决策模块发送的网络接入决策的信息和感知模块发送的参数，决定第一传输单元和第二传输单元的通信路径；

第二传输单元具有与第一可编程交换机通信连接的第二可编程交换机。

优选地，选路模块基于接收到的入网决策模块发送的网络接入决策的信息和感知模块发送的参数，决定第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

获得用于第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号；

计算每个目标路径号获取的吞吐量的权重，并与预设的最低吞吐量权重阈值做比较，获得权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号；

将目标路径号送至第一可编程交换机；

在第一传输单元与第二传输单元通过目标路径号所属的路径相互通信连接的过程中，第一传输单元与第二传输单元能够将全部协议应用到全部可用接口。

优选地，感知模块发送的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

选路模块基于接收到的入网决策模块发送的网络接入决策的信息和感知模块发送的参数，决定第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

获得用于第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据的相互占比，设置数据包转发机制，具体包括：

将每条路径的数据包的时延进行开根运算，并取倒数为Ai，根据A1:A2:A3…:Ak的比值作为每条路径数据包转发个数比；

基于目标路径号集和数据包转发机制获得通信路径顺序集，并发送至第一可编程交换机。

优选地，感知模块发送的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

选路模块基于接收到的入网决策模块发送的网络接入决策的信息和感知模块发送的参数，决定第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

获得用于第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据、丢包率数据和吞吐量数据的相互占比，计算目标路径号集中的每个目标路径号的权重，获得权重最大的目标路径号；

该权重最大的目标路径号为第一传输单元与第二传输单元的优先通信路径号；

将优先通信路径号发送至第一可编程交换机。

优选地，获得用于第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集包括：

接收感知模块发送的时延数据RTT1,RTT2…RTTn；

设RTT1为时延数据的最小值，将时延数据进行升序排序，获得时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}；

基于时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}，通过公式RTT₁≤RTT_i≤1.5RTT₁(1)获得多个目标时延值，并获得目标路径号集{S1,S2…Sm}。

优选地，第二传输单元还包括：

数据汇聚模块，用于将接收到的从第一传输单元与第二传输单元的多条通信路径到达的数据包进行排序，使第二传输单元按序接收数据包；

策略同步模块，与选路模块相通信连接，用于根据选路模块接收的网络接入决策，通过第二可编程交换机向第一传输单元发送数据包。

优选地，第二传输单元还包括入网决策装置、感知装置和选路装置；

入网决策装置用于提供服务器的网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议，并将提供的网络接入决策的信息发送至选路装置；感知装置实时获取影响第二传输单元与第一传输单元通信路径状态的参数，并将该参数发送至选路装置；选路装置基于接收到的入网决策装置发送的网络接入决策的信息和感知装置发送的参数，决定第一传输单元和第二传输单元的通信路径。

第二方面，本发明提供一种跨协议融合传输的自适应调度方法，包括：

获取网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议；

获取影响通信路径状态的参数；

基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径。

优选地，影响通信路径状态的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

获得用于通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据的相互占比，设置数据包转发机制，具体包括：

将每条路径的数据包的时延进行开根运算，并取倒数为Ai，根据A1:A2:A3…:Ak的比值作为每条路径数据包转发个数比；

基于目标路径号集和数据包转发机制获得通信路径顺序集；

将通信路径顺序集作为决定通信路径的依据。

优选地，基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

获得用于通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于目标路径号集，计算每个目标路径号获取的吞吐量的权重，并与预设的最低吞吐量权重阈值做比较，获得权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号；

该权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号为优先通信路径号；

将优先通信路径号作为决定通信路径的依据。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法，将第一可编程交换机、可选单元、选路单元、感知单元放在一个集成装置作为自适应调度装置，并且建立N条路径，构成多路径跨协议传输系统，用户使用跨协议自适应调度方法通过自选协议，自选无线接入方式，自选接口，并根据所述感知单元实时感知的时延、丢包率、吞吐量信息在所述选路单元依据权重，自适应的从N条路径中选择满足自身需求的M条路径；本发明提供的系统和方法，既能够分别满足对系统链路质量，安全性的要求，也能兼顾上述要求，有效的提升了链路有效吞吐量，优化系统链路服务性能，同时通过选择多协议使安全性得到更高的保证，最终达到用户自适应选路的目的。

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为本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统的结构框架图；

图2为本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统的逻辑框架图；

图3为本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统的第一种优选实施例的框架图，用于显示自适应选路协议可选性；

图4为本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统的第二种优选实施例的框架图，用于显示安全功能增强；

图5为本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统的第三种优选实施例的框架图，用于显示带宽聚合；

图6为本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度方法的执行流程图。

图中：

101.第一传输单元1011.第一可编程交换机1012.入网决策模块1013.感知模块1014.选路模块102.第二传输单元1021.第二可编程交换机1022.策略同步模块1023.数据汇聚模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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/或组件，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、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

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，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明的目的是，发明人发现在异构网络环境中，随着MPTCP等多路径并行传输技术的推广和应用，许多针对多路径并行传输的机制和方案层出不穷，这其中有许多与多路径并行传输的选路相关。大部分的选路方案是通过某些算法理论上预测或者基于某些链路质量的参数来综合评定，虽然在一定程度上提升了系统的有效吞吐量，但是也造成了负载不均等问题。同时对数据包转发只用单一协议(所有路径只用ipv4协议或者只用ipv6协议)，使得系统安全性不足。这些方案和技术一般只能满足用户对某一性能的需求，无法实现用户自适应路径调度(针对不同用户对高可靠性、低时延性、高吞吐量的需求进行调度)，也没有应用到跨协议的数据包转发上，可扩展性和安全性都不高。本发明针对用户多样性的需求难以满足，多路径并行单一协议的安全性低等问题，提出了一种跨协议融合传输的自适应调度方法与系统，能够针对不同用户提出的多样化需求更加灵活智能的选择适合的路径进行数据包转发，使得选择多路径跨协议的方法能够满足用户对于链路服务质量、安全性、可靠性等多方面要求。

参见图1和2，本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统，包括通过多路径相互通信连接的第一传输单元101和第二传输单元102，第一传输单元101用于外部用户终端的发送端，第二传输单元102用于外部服务器的接收端；用户随身携带第一传输单元101，通过与第二传输单元102形成多路径传输系统对网络进行访问；

第一传输单元101包括相互通信连接的第一可编程交换机1011、入网决策模块1012、感知模块1013和选路模块1014；

第一可编程交换机1011还与用户终端相连接，用于对接收到的数据进行解析、封装和解封装，根据感知模块1013、入网决策模块1012和选路模块1014提供的策略对数据包进行不同的动作处理；

入网决策模块1012用于提供用户终端的网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议，并将提供的网络接入决策的信息发送至选路模块1014；在本发明提供的实施例中，无线接入方式包括但不限于：卫星网络、无线广域网、无线城域网、无线局域网以及无线个域网；卫星网络包括低地轨道系统LEO和地球同步轨道系统GEO等；无线广域网包括但不限于GSM、UMTS、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、TD-LTE、FDD-LTE等；无线城域网包括一些自组织网络协议，例如AdHoc、Mesh、WSN以及MANET等；无线局域网WLAN等；无线个域网包括蓝牙、红外灯接入等；可用接口包括但不限于：以太网接口、3G接口、4G接口、5G接口、GPRS接口、WiFi接口、ZigBee接口、Bluetooth接口；数据包转发的可选协议，该协议包括但不限于：IPv4协议、IPv6协议和Sinet协议；图3即是协议可选性的实验场景，第一传输单元101与第二传输单元102之间分别有联通、移动和电信三张网卡三条物理路径，每张网卡既可以通过ipv4封装数据包，也可以通过ipv6封装数据包，这样形成6条逻辑路径，由此实现协议具有可选性，提升传输系统的安全性；在本发明提供的实施例中，入网决策模块1012也可以被称之为可选模块；

感知模块1013实时获取影响第一传输单元101与第二传输单元102通信路径状态的参数，并将该参数发送至选路模块1014，具体可以通过将获取的影响链路状态的参数发给选路模块1014使选路模块1014制定自适应选路策略满足用户多样性需求；路径链路情况的实时感知方式，包括但不限于网络测试软件、程序脚本、INT技术等；对于感知模块1013获取路径的信息递交到选路单元方式，包括但不限于Socket、共享存储、管道、Streams；

选路模块1014基于接收到的入网决策模块1012发送的网络接入决策的信息和感知模块1013发送的参数，决定第一传输单元101和第二传输单元102的通信路径，并将该决定下发给第一可编程交换机1011，通过第一可编程交换机1011对数据包处理并实现数据包转发进而实现自适应选路；第一传输单元101和第二传输单元102的通信路径或通道包括但不限于IPv4隧道、IPv6隧道、VXLAN隧道、GRE隧道，二者相互之间数据包转发的数据细粒度，包括：基于数据包粒度、基于数据流粒度；

第二传输单元102具有与第一可编程交换机1011通信连接的第二可编程交换机1021，在本发明提供的实施例中，第一可编程交换机1011、第二可编程交换机1021可以采用P4交换机；在本发明提供的实施例中，第二传输单元102主要作为接收用户请求通过多路传输后到达的数据包，对数据包解析处理、封装、解封装操作，不仅将数据包发向网络请求服务，并且将网络服务的数据包再次处理回传给第一传输单元101，进而将服务提供给用户。

更进一步的，根据保证选路策略安全性和/或数据吞吐量，在本发明中提供如下三种优选实施例示例性地显示实现上述功能的过程。

实施例一：

用户为了保证选路策略安全性的最大化，将所述选路单元中的可选协议最大化选择，并在链路性能不至于太差的情况下将尽可能多的协议应用到各种接口，各条路径；只要权重不低于权重阈值保证数据包正常有序到达，用户所选协议不限于可选择的任何协议；

具体可以通过如下步骤；

获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号；

计算每个目标路径号获取的吞吐量的权重，并与预设的最低吞吐量权重阈值做比较，获得权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号；

将目标路径号送至所述第一可编程交换机1011；

在所述第一传输单元101与第二传输单元102通过目标路径号所属的路径相互通信连接的过程中，所述第一传输单元101与第二传输单元102能够将全部协议应用到全部可用接口；

在一个具体执行过程中，如图3所示，用户随身携带第一传输单元101，第二传输单元102部署在运营商核心网的边缘端；该用户提出的传输链路需求为系统安全性最大化；选路单元将可选协议L种全部选择，并选择可选接入方式，接口；传输单元根据选路单元选择的选项配置转发形式，实现并行跨协议融合传输(即每条逻辑链路数据包所用协议不同)；该实施例能够满足用户安全性需要最大交付，实现自适应路径调度；设置逻辑路径号{联通ipv4:1，联通ipv6:2，移动ipv4:3，移动ipv6:4}(对于运营商的选择也可以多样性，并且除了运营商的网卡，也可以选择WiFi网络在第一传输单元101和第二传输单元102之间传输)；

在第一传输单元101可选模块选择可选数据包封装协议，ipv4协议和ipv6协议，如图联通封装ipv4协议，移动封装ipv6协议，这样实施例选择的是第一条和第三条路径进行数据包转发，使得传输路径协议多样性最大化，选取的协议种类越多，数据包传输过程越不容易被攻击者获取，系统安全性越高，实现安全功能的增强。

实施例二：

在本实施例中，用户对传输路径性能有较高要求，设置时延、丢包率和吞吐量占比，选择所述的选路单元中权重较高且协议具有多样性的M条路径转发数据包，这样同时满足用户对带宽聚合能力的要求；在本实施例中，感知模块1013发送的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

具体步骤可以为，获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据、丢包率数据和吞吐量数据的相互占比，计算目标路径号集中的每个目标路径号的权重，获得权重最大的目标路径号；

该权重最大的目标路径号为所述第一传输单元101与第二传输单元102的优先通信路径号；

将通信路径顺序集发送至所述第一可编程交换机1011；

在一个具体执行过程中，如图4的a部分所示，用户随身携带第一传输单元101，第二传输单元102部署在运营商核心网的边缘端；该用户提出的传输链路需求为系统链路性能最优；第一传输单元101和第二传输单元102配置信息，建立多路径跨协议传输系统，再通过选路单元对多路径跨协议传输系统自适应选路；设置逻辑路径号{联通ipv4:1，联通ipv6:2，移动ipv4:3，移动ipv6:4}；(对于运营商的选择也可以多样性，并且除了运营商的网卡，也可以选择WiFi网络在第一传输单元101和第二传输单元102之间传输)；

针对用户对带宽聚合的需求，根据每个周期感知时延制定的路径选择方式，每200ms就对整个系统的链路性能相关的时延、丢包率、吞吐量信息在感知模块1013更新；根据感知信息中的时延参数，每条路径获取的时延进行升序排序，升序后时延集合R为{RTT1,RTT2…RTTn}；其中RTT1为整个传输系统时延最小值；当所有路径中的时延RTTi满足如下公式，取出所有集合R中满足该式的时延值，并对应其路径；路径号集合S为{S1,S2…Sm}，集合S即为用户自适应N条路径选出的M条路径进行数据包转发；

RTT₁≤RTT_i≤1.5RTT₁ (1)

在本实施例中，根据上述策略在第一个选路周期选择了如图4的b部分所示的选路策略，联通移动都是ipv4封装形式，选择的是第一条和第三条路，在第二个选路周期根据策略，联通移动都是ipv6封装形式，选择的是第二条和第四条路；无论是图4还是图5都是在某个选路周期为实现带宽聚合最优化而选择的路径传输方式，这样可以实现带宽的最大聚合。

在实施例一中也通过上述方法获得目标路径号集。

实施例三：

与上个实施例相类似的，如图5所示，用户对传输路径性能和安全性都有较高要求，设置时延、丢包率和吞吐量占比，选择所述的选路单元中权重较高且协议具有多样性的M条路径转发数据包，这样同时满足用户的两种需求；在本实施例中，感知模块1013发送的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

正常第一编程交换机数据包转发策略为轮询策略，即每条路径一个一个轮询发包；在本实施例中提供了另一种可行的数据包转发策略以提升系统服务质量

具体步骤可以为，所述的选路模块基于接收到的所述入网决策模块发送的网络接入决策的信息和所述感知模块发送的参数，决定所述第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

根据不同用户对传输系统的需求，通过与实施例二相同的方法获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

将原本的数据包转发的轮询机制改为依据时延比的数据包转发机制，具体数据包转发方式为将每条路径的数据包的时延开根号并取倒数为Ai，根据A1:A2:A3…:Ak的比值作为每条路径数据包转发个数比；

基于目标路径号集和数据包转发机制获得通信路径顺序集；

该通信路径顺序集为所述第一传输单元101与第二传输单元102的通信依据。

在一个具体的方式中，在获取目标路径号集合后，第一编程交换机1011根据每条路径时延RTT，计算所有路径时延比为RTT1:RTT2:RTT3:…RTTn，将该比率开根号后作为数据包转发时每条路径发包个数的比例，例如总共选出三个目标号路径，时延分别为16ms，25ms，49ms，则每条路径数据包转发个数比例为1/4:1/5:1/7。根据时延差异制定的该数据包转发策略也能够有效的提升服务质量。

与上个实施例相同的是，获取目标路径号集的过程为：

定义一个选路模块1014的策略更新信息的周期，根据数据包的时延，将该周期定为200ms，即每200ms就对整个系统的链路性能相关的时延、丢包率、吞吐量信息在感知模块1013更新；

在每个策略更新周期内通过感知模块1013获取每条逻辑路径的时延RTT1,RTT2…RTTn，发送到选路模块1014，选路模块1014一并获得与每个时延数据相对应的所述第一传输单元101与第二传输单元102的通信路径的路径号；

设RTT1为时延数据的最小值，将时延数据进行升序排序，获得时延集合R为{RTT1,RTT2…RTTn}，每条路径的时延依旧对应各自之前的路径号；

基于时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}，通过公式RTT₁≤RTT_i≤1.5RTT₁(1)获得满足该公式(1)的多个目标时延值，并获得目标路径号集S为{S1,S2…Sm}；

将目标路径号集{S1,S2…Sm}作为决定第一传输单元101与第二传输单元102通信路径的依据，发送至所述第一可编程交换机1011，通过第一可编程交换机1011对数据包的处理转发实现自适应多路径选路；这既满足了用户对路径性能需求，又能提升系统的安全性，防止用户数据被攻击者窃取。

本领域技术人员应能理解上述选路模块1014的策略更新信息的周期的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的选路模块1014的策略更新信息的周期类型如300ms、100ms等均可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

实施例四：

在本实施例中，用户对传输路径需求、安全性需求以及兼顾两种性能的优先级实时变动，本实施例可以满足用户不同需求的实时切换。

在一个具体执行过程中，用户携带跨协议融合传输的自适应调度装置选择实施例一的安全性最高的路径，在某时刻用户需求变成实施例二的链路性能最高，用户可从装置中的选路单元直接更换所选路径，即由实施例一的L条协议路径换成实施例二的m条链路权重最高的路径；类似的无论是基于安全需求的实施例还是基于性能需求的实施例都可以在合适的策略更新周期内自适应切换路径选择策略；由此实现跨协议融合传输的自适应选路，无论是安全性、链路性能、服务质量的需求都可以实时改变并满足。

在本发明提供的另一些改进实施例中，如图2所示，第二传输单元102还包括策略同步模块1022和数据汇聚模块1023；

数据汇聚模块1023负责将第一传输单元101多条路径到达的数据包尽最大能力按序排列，以此保证用户发出的数据包在收端按序还原，减少接收端数据包乱序。任何协议封装的数据包经多路传输到第二传输单元102后按序接收，这样跨协议既保证数据包在有线、4G和无线WIFI环境下数据包不易被攻击者窃取，又能在接收端减少乱序，提升系统带宽聚合能力。

策略同步模块1022负责呼应第一传输单元101的选路模块1014，当用户请求服务从网络中返回的数据包回传到第二传输单元102，策略同步模块1022根据第一传输单元101的选路策略将网络返回的数据包通过第二可编程交换机1021重新解析封装通过第一传输单元101的选路策略多路径跨协议传给第一传输单元101。

更进一步的，第二传输单元102还包括入网决策装置、感知装置和选路装置，其功能与第一传输单元的入网决策模块1012、感知模块1013、选路模块1014相同；其中，第二可编程交换机1021与服务器相连接，用于对将要反馈给第一传输单元101的数据进行解析、封装和解封装；

所述入网决策装置用于提供服务器的网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议，并将提供的网络接入决策的信息发送至所述选路装置；所述感知装置实时获取影响所述第二传输单元与第一传输单元通信路径状态的参数，并将该参数发送至所述选路装置；所述选路装置基于接收到的所述入网决策装置发送的网络接入决策的信息和所述感知装置发送的参数，决定所述第一传输单元和第二传输单元的通信路径；通过该种设置，使第一传输单元101和第二传输单元102构成对偶的传输单元。

第二方面，本发明提供一种通过上述系统进行自适应调度的方法，如图6所示，包括：

获取网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议；

获取影响通信路径状态的参数；

基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径。

进一步的，在一些优选实施例中，所述的基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

获得用于通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于目标路径号集，计算每个目标路径号获取的吞吐量的权重，并与预设的最低吞吐量权重阈值做比较，获得权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号；

该权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号为优先通信路径号；

将优先通信路径号作为所述的决定通信路径的依据。

进一步的，影响通信路径状态的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

所述的基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

获得用于通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据的相互占比，设置数据包转发机制，具体包括：

将原本的数据包转发的轮询机制改为依据时延比的数据包转发机制，具体数据包转发方式为将每条路径的数据包的时延开根号并取倒数为Ai，根据A1:A2:A3…:Ak的比值作为每条路径数据包转发个数比；

基于目标路径号集和数据包转发机制获得通信路径顺序集；

将通信路径顺序集作为所述的决定通信路径的依据。

更进一步的，影响通信路径状态的参数包括时延数据RTT1,RTT2…RTTn；

获得目标路径号集的过程包括：

基于时延数据RTT1,RTT2…RTTn，获得所有通信路径的时延比RTT1:RTT2:RTT3:…RTTn；

基于该时延比RTT1:RTT2:RTT3:…RTTn，进行开根号运算获得所有通信路径时延比值；

基于该所有通信路径时延比值，获得优先通信路径号；

将优先通信路径号作为所述的决定通信路径的依据。

更进一步的，影响通信路径状态的参数包括时延数据RTT1,RTT2…RTTn；

获得目标路径号集的过程包括：

接收时延数据RTT1,RTT2…RTTn，并获得与每个时延数据相对应的通信路径的路径号；

设RTT1为时延数据的最小值，将时延数据进行升序排序，获得时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}；

基于时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}，通过公式RTT₁≤RTT_i≤1.5RTT₁(1)获得多个目标时延值，并获得目标路径号集{S1,S2…Sm}；

将目标路径号集{S1,S2…Sm}作为所述的决定通信路径的依据。

进一步的，在一些优选实施例中，所述的基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

计算目标路径号集中的每个目标路径号的权重，获得权重最大且支持协议最多的目标路径号；

该权重最大且支持协议最多的目标路径号为优先通信路径号；

将优先通信路径号作为所述的决定通信路径的依据。

综上所述，本发明提供的一种跨协议融合传输的自适应调度系统和方法，将第一可编程交换机、可选单元、选路单元、感知单元放在一个集成装置作为自适应调度装置，并且建立N条路径，构成多路径跨协议传输系统，用户使用跨协议自适应调度方法通过自选协议，自选无线接入方式，自选接口，并根据所述感知单元实时感知的时延、丢包率、吞吐量信息在所述选路单元依据权重，自适应的从N条路径中选择满足自身需求的M条路径；本发明提供的系统和方法，既能够分别满足对系统链路质量，安全性的要求，也能兼顾上述要求，有效的提升了链路有效吞吐量，优化系统链路服务性能，同时通过选择多协议使安全性得到更高的保证，最终达到用户自适应选路的目的。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的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)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统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劳动的情况下，即可以理解并实施。

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 (10)

1.一种跨协议融合传输的自适应调度系统，其特征在于，包括通过多路径相互通信连接的第一传输单元和第二传输单元，所述第一传输单元用于用户终端的发送端，所述第二传输单元用于服务器的接收端；

所述第一传输单元包括相互通信连接的第一可编程交换机、入网决策模块、感知模块和选路模块；

所述第一可编程交换机还与用户终端相连接，用于对接收到的数据进行解析、封装和解封装；所述入网决策模块用于提供用户终端的网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议，并将提供的网络接入决策的信息发送至所述选路模块；所述感知模块实时获取影响所述第一传输单元与第二传输单元通信路径状态的参数，并将该参数发送至所述选路模块；所述选路模块基于接收到的所述入网决策模块发送的网络接入决策的信息和所述感知模块发送的参数，决定所述第一传输单元和第二传输单元的通信路径；

所述第二传输单元具有与所述第一可编程交换机通信连接的第二可编程交换机。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的选路模块基于接收到的所述入网决策模块发送的网络接入决策的信息和所述感知模块发送的参数，决定所述第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号；

计算每个目标路径号获取的吞吐量的权重，并与预设的最低吞吐量权重阈值做比较，获得权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号；

将目标路径号送至所述第一可编程交换机；

在所述第一传输单元与第二传输单元通过目标路径号所属的路径相互通信连接的过程中，所述第一传输单元与第二传输单元能够将全部协议应用到全部可用接口。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知模块发送的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

所述的选路模块基于接收到的所述入网决策模块发送的网络接入决策的信息和所述感知模块发送的参数，决定所述第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据的相互占比，设置数据包转发机制，具体包括：

将每条路径的数据包的时延进行开根运算，并取倒数为Ai，根据A1:A2:A3…:Ak的比值作为每条路径数据包转发个数比；

基于目标路径号集和数据包转发机制获得通信路径顺序集，并发送至所述第一可编程交换机。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知模块发送的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

所述的选路模块基于接收到的所述入网决策模块发送的网络接入决策的信息和所述感知模块发送的参数，决定所述第一传输单元与第二传输单元的通信路径的过程包括：

获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据、丢包率数据和吞吐量数据的相互占比，计算目标路径号集中的每个目标路径号的权重，获得权重最大的目标路径号；

该权重最大的目标路径号为所述第一传输单元与第二传输单元的优先通信路径号；

将优先通信路径号发送至所述第一可编程交换机。

5.根据权利要求2至4任一所述的系统，其特征在于，所述的获得用于所述第一传输单元与第二传输单元相互通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集包括：

接收所述感知模块发送的时延数据RTT1,RTT2…RTTn；

设RTT1为时延数据的最小值，将时延数据进行升序排序，获得时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}；

基于时延集合{RTT1,RTT2…RTTn}，通过公式RTT₁≤RTTi≤1.5RTT₁ (1)获得多个目标时延值，并获得目标路径号集{S1,S2…Sm}。

6.根据权利要求1至4任一所述的系统，其特征在于，所述第二传输单元还包括：

数据汇聚模块，用于将接收到的从所述第一传输单元与第二传输单元的多条通信路径到达的数据包进行排序，使所述第二传输单元按序接收数据包；

策略同步模块，与所述选路模块相通信连接，用于根据所述选路模块接收的网络接入决策，通过所述第二可编程交换机向所述第一传输单元发送数据包。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二传输单元还包括入网决策装置、感知装置和选路装置；

所述入网决策装置用于提供服务器的网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议，并将提供的网络接入决策的信息发送至所述选路装置；所述感知装置实时获取影响所述第二传输单元与第一传输单元通信路径状态的参数，并将该参数发送至所述选路装置；所述选路装置基于接收到的所述入网决策装置发送的网络接入决策的信息和所述感知装置发送的参数，决定所述第一传输单元和第二传输单元的通信路径。

8.一种跨协议融合传输的自适应调度方法，其特征在于，包括：

获取网络接入决策，该网络接入决策包括接入方式、可用接口和协议；

获取影响通信路径状态的参数；

基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，影响通信路径状态的参数包括时延数据、丢包率数据和吞吐量数据；

所述的基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

获得用于通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于该时延数据的相互占比，设置数据包转发机制，具体包括：

将每条路径的数据包的时延进行开根运算，并取倒数为Ai，根据A1:A2:A3…:Ak的比值作为每条路径数据包转发个数比；

基于目标路径号集和数据包转发机制获得通信路径顺序集；

将通信路径顺序集作为所述的决定通信路径的依据。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的基于接收到的网络接入决策的信息和影响通信路径状态的参数，决定通信路径还包括：

获得用于通信的目标路径号，基于目标路径号获得目标路径号集；

基于目标路径号集，计算每个目标路径号获取的吞吐量的权重，并与预设的最低吞吐量权重阈值做比较，获得权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号；

该权重大于或等于最低权重阈值的目标路径号为优先通信路径号；

将优先通信路径号作为所述的决定通信路径的依据。

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