CN114390043A - 基于企业级云存储系统实现多路径quic传输优化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，包括：1)用户向企业级云存储系统请求传输文件，获取用户优先级及网络带宽情况，获取每条路径的单向时延；2)将每条路径的单向时延进行从小到大的排序，测试每条路径的最小文件传输完成时间；3)根据排好序的单向时延，将不同路径上流的完成时间进行平衡，最小化一个路径上流的完成时间，建立流路径调度策略；4)根据流路径调度策略，得出每个流的调度路径，每个路径上的资源根据流的优先级按比例进行分配；5)根据调度的路径以及分配的资源，将流添加到发送路径中向企业级云存储系统进行文件传输。本发明弥补TCP在传输中存在的缺陷，可以更加细粒度地提高用户的文件传输效率。

Description

基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法
技术领域
本发明涉及云存储系统和文件传输的技术领域，尤其是指一种基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法。
背景技术
近年来，随着网络传输需求的增大，基于TCP协议的文件传输存在的问题日益显露，TCP协议存在的队头阻塞，歧义重传，严重影响TCP协议在文件传输方面的效率。基于QUIC协议的文件传输可以解决TCP协议存在的缺陷。与个人云盘不同的是，在企业级云存储系统中，根据企业实时情况存在不同级别的文件传输，对传输时的带宽要求会存在一定的差异。如果所有的用户，所有的文件传输，处于桐楠格一个优先级，使用同样均分带宽的方式进行传输，势必会降低企业级云存储系统的传输性能。
当前，国内外在文件传输方面基本使用TCP协议。虽然基于QUIC协议的文件传输可以解决TCP协议队头阻塞、歧义重传的缺陷，但是在企业级云存储中，对所有的用户一视同仁，进行带宽的获取，导致文件传输时，使用无差别的带宽进行文件传输，这与企业级云存储的特殊之处相悖。企业管理由于项目优先级，以及员工优先级具有差异，为了提高企业级云存储系统在实际应用中的传输效率，应该为不同级别的用户，提供不同的最大占用带宽，进行不同级别用户的文件传输。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，不仅解决了基于TCP协议进行文件传输时存在的队头阻塞、歧义重传的问题，而且针对企业级云存储的特有特点，将不同用户以及不同项目紧急程度进行分级，通过多路径QUIC使用基于优先级的流调度，为用户分配一定的带宽，更加细粒度地提高用户的文件传输效率。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，包括以下步骤：
1)用户向企业级云存储系统通过多路径QUIC传输协议请求传输文件，根据请求获取用户优先级以及网络带宽情况，同时获取每条路径的单向时延；
2)根据获得的单向时延，将多路径QUIC的每条路径的单向时延进行从小到大的排序，测试每条路径的最小文件传输完成时间；
3)根据排好序的单向时延，将不同路径上流的完成时间进行平衡，最小化一个路径上流的完成时间，建立流路径调度策略；
4)根据建立的流路径调度策略，得出每个流的调度路径，每个路径上的资源根据流的优先级按比例进行分配；
5)根据调度的路径以及分配的资源，将流添加到多路径QUIC发送路径中向企业级云存储系统进行文件传输。
进一步，在步骤3)中，由于流的总体完成时间会受到最差带宽路径的影响，需要适当调节流的数据包，将不同路径上流的完成时间进行平衡，为此建立流调度策略，建立的调度策略如下：
首先，对于每条路径的完成时间定义如下：对于流s，计算其数据在每条路径上的分布，首先定义T为流的总体完成时间，ti为每条路径上的估计完成时间，n表示所有的路径个数，定义D为流s的全部数据，di表示在路径i上传输的数据，因此，ti表示为:
Figure BDA0003442348600000021
式中，oi表示路径i的单向延迟，bsi表示流s如果被分配在路径i时被分配的带宽；
在进行数据调度时，为平衡每个路径的完成时间间隔，建立的策略如下：从具有最小的单向时延o1的路径path1开始，path1的数据表示为：
d1＝o1×bs1
式中，d1表示path1的数据，o1表示path1的单向时延，bs1表示流s被分配在path1时被分配的带宽；为了使得path2的完成时间与path1的完成时间相同，将数据(o2-o1)×bs1调度给path1，其中o2表示path2的单向时延，以此类推，对于path2和path3，通过将数据(o3-o2)×bs1调度给path1，其中o3表示path3的单向时延，将数据(o3-o2)×bs2调度给path2，其中bs2表示流s被分配在path2时被分配的带宽；上述过程一直重复，直到所有的数据都被分配，所有的路径完成时间相等为止。
进一步，在步骤4)中，为实现按比例进行分配，为同一路径的流设计带宽共享机制，为了实现流的比例带宽共享机制，路径一次只选择一个流进行包打包，流被选中的概率是通过将其优先级除以该路径上所有调度流的优先级之和来计算的，其次，由于流分配给路径的数据量是有限的，由调度程序决定，因此使得这个数据量与包边界一致是无法每次实现的，如果将不同流的剩余字节放在到一个包中传输，那么这个包的丢失会影响到多个流，因此，将单个流的数据放到一个包中，流最后一个包的数据量少于一整个包的数据量；
路径i的所有流的优先级的总和是sumi，流s的优先级是pr，bsi表示为：
Figure BDA0003442348600000031
式中，bsi表示流s如果被分配在路径i时被分配的带宽，bi是路径i的平滑带宽，所以调度问题归纳为：
Figure BDA0003442348600000041
式中，P1表示最小单向时延路径，oi表示路径i的单向延迟，n表示所有的路径个数，定义D为流s的全部数据，di表示在路径i上传输的数据，每条路径上的数据之和是需要传输的总的数据量，T为流的总体完成时间，ti为每条路径上的估计完成时间，流的总体完成时间是所有路径中，文件传输时间最长的路径的实际完成时间。
进一步，在步骤5)中，每次在进行文件传输时，都会产生新的流，调度程序在每次有新的流到达时触发，基于所建立的调度策略，调度程序将新的流分配到每个路径，调度完成后，将流添加到相应的发送路径中，传输在到达的流被调度到路径之后进行，在每个传输回合中，路径获得的发送机会等于路径上的流的数量，当流被新添加到路径或在传输完成后关闭时，路径获得的发送机会更新，如果一个路径的拥塞窗口是满的，或者在这个路径上没有用的流，则会跳过这个路径，进入下一个路径，传输循环重复，直到所有流都发送完毕。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明弥补TCP在传输中存在的缺陷，使用基于QUIC的文件传输。
2、本发明实现了在文件传输时，使用多条路径的QUIC进行传输，不限于单一的路径传输，有效的提高文件的传输速率。
3、本发明首次实现了根据用户请求的优先级，以及网络情况，使用多路径QUIC为用户进行流调度，分配合适的路径以及按比例分配带宽进行文件传输。
4、本发明解决了在企业级云存储系统中所有类型用户平衡使用带宽的情况，针对不同优先级的用户进行流调度，细粒度地提高了文件传输的性能，具有很大的应用空间。
附图说明
图1为本发明方法的逻辑流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例所提供的基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，利用了当前网络中存在的各个路径的单向时延的实际差距。
其具体情况如下：
1)用户通过多路径QUCI传输协议请求传输文件，根据请求获取用户优先级以及网络带宽情况，同时获取每条路径的单向延时。获取的每条路径的信息如下表所示：
路径 Delay Queue Size Bandwidth Loss
path-0 10.5 95 51.83 0
path-1 13.3 105 45.38 0
路径 Delay Queue Size Bandwidth Loss
path-0 22.1 134 34.80 0
path-1 20.6 177 49.44 0
2)根据获得的单向时延，将多路径QUIC的每条路径的单向延时进行从小到大的排序，测试每条路径的最小文件传输完成时间。
3)根据排好序的单向时延，将不同路径上流的完成时间进行平衡，最小化一个路径上流的完成时间，建立流路径调度策略。具体实施步骤如下：
3.1)由于流的总体完成时间会受到最差带宽路径的影响，需要适当的调节流的数据包，以平衡异构路径上的完成时间。
对于流s，计算其数据在每条路径上的分布，首先定义T为流的总体完成时间，ti为每条路径上的估计完成时间，n表示所有的路径个数，定义D为流s的全部数据，di表示在路径i上传输的数据，因此，ti可以表示为:
Figure BDA0003442348600000061
式中，oi表示路径i的单向延迟，bsi表示流s如果被分配在路径i时被分配的带宽。
3.2)在处理调度数据，平衡多路径的完成时间间隔时，具体如下：
从具有最小的单向时延o1的路径path1开始，path1的数据表示为：
d1＝o1×bs1
式中，d1表示path1的数据，o1表示path1的单向时延，bs1表示流s被分配在path1时被分配的带宽。
为了使得path2的完成时间与path1的完成时间相同，将数据(o2-o1)×bs1调度给path1，其中o2表示path2的单向时延。以此类推，对于path2和path3，通过将数据(o3-o2)×bs1调度给path1以及将数据(o3-o2)×bs2调度给path2，其中o3表示path3的单向时延，bs2表示流s被分配在path2时被分配的带宽。这个过程一直重复，直到所有的数据都被分配，所有的路径完成时间相等为止。
4)根据建立的流路径调度策略，得出每个流的调度路径，每个路径上的资源根据流的优先级按比例进行分配，具体实施如下：
为满足按比例分配，为同一路径的流设计带宽共享机制。为了实现流的比例带宽共享机制，路径一次只选择一个流进行包打包。流被选中的概率是通过将其优先级除以该路径上所有调度流的优先级之和来计算的。其次，由于流分配给路径的数据量是有限的，由调度程序决定，因此使得这个数据量与包边界一致是无法每次实现的。如果将不同流的剩余字节放在到一个包中传输，那么这个包的丢失会影响到多个流。因此，将单个流的数据放到一个包中，流最后一个包的数据量一般少于一整个包的数据量。
路径i的所有流的优先级的总和是sumi，流s的优先级是pr，bsi可以表示为：
Figure BDA0003442348600000071
其中，bi是路径i的平滑带宽，所以调度问题可以归纳为：
(P1) min T
Figure BDA0003442348600000072
Figure BDA0003442348600000073
T＝max{ti{ti|i∈[1，2，...，n]}
式中，P1表示最小单向时延路径，oi表示路径i的单向延迟，n表示所有的路径个数，定义D为流s的全部数据，di表示在路径i上传输的数据，每条路径上的数据之和是需要传输的总的数据量，T为流的总体完成时间，ti为每条路径上的估计完成时间，流的总体完成时间是所有路径中，文件传输时间最长的路径的实际完成时间。
5)根据调度的路径以及分配的资源，将流添加到多路径QUIC发送路径中向企业级云存储系统进行文件传输，具体实施如下：
每次在进行文件传输时，都会产生新的流。调度程序在每次有新的流到达时触发。调度程序将新的流分配到每个路径。调度完成后，将流添加到相应的发送路径中。传输在到达的流被调度到路径之后进行。在每个传输回合中，路径获得的发送机会等于路径上的流的数量。当流被新添加到路径或在传输完成后关闭时，路径获得的发送机会更新。如果一个路径的拥塞窗口是满的，或者在这个路径上没有可用的流，则会跳过这个路径，进入下一个路径。传输循环重复，直到所有流都发送完毕。
在真实的网络中，由于计算和维护的复杂性增加，路径的数量受到限制，同时，本发明只对每个流执行一次。
综上所述，在采用以上方案后，本发明通过获取到用户的优先级以及网络路径的带宽、单向时延情况，将路径的单向时延按照从小到大的顺序进行排列，将每条路径的完成时间进行平衡，最小化一个流的完成时间，建立流路径调度的优化模型。每个路径上的流根据优先级，按比例的共享带宽。在已经调度好的路径上，进行一次一次轮询的文件传输，最终提高文件传输的效率，具有实际应用价值，值得推广。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用户向企业级云存储系统通过多路径QUIC传输协议请求传输文件，根据请求获取用户优先级以及网络带宽情况，同时获取每条路径的单向时延；
2)根据获得的单向时延，将多路径QUIC的每条路径的单向时延进行从小到大的排序，测试每条路径的最小文件传输完成时间；
3)根据排好序的单向时延，将不同路径上流的完成时间进行平衡，最小化一个路径上流的完成时间，建立流路径调度策略；
4)根据建立的流路径调度策略，得出每个流的调度路径，每个路径上的资源根据流的优先级按比例进行分配；
5)根据调度的路径以及分配的资源，将流添加到多路径QUIC发送路径中向企业级云存储系统进行文件传输。
2.根据权利要求1所述的基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，其特征在于：在步骤3)中，由于流的总体完成时间会受到最差带宽路径的影响，需要适当调节流的数据包，将不同路径上流的完成时间进行平衡，为此建立流调度策略，建立的调度策略如下：
首先，对于每条路径的完成时间定义如下：对于流s，计算其数据在每条路径上的分布，首先定义T为流的总体完成时间，ti为每条路径上的估计完成时间，n表示所有的路径个数，定义D为流s的全部数据，di表示在路径i上传输的数据，因此，ti表示为:
Figure FDA0003442348590000011
式中，oi表示路径i的单向延迟，bsi表示流s如果被分配在路径i时被分配的带宽；
在进行数据调度时，为平衡每个路径的完成时间间隔，建立的策略如下：从具有最小的单向时延o1的路径path1开始，path1的数据表示为：
d1＝o1×bs1
式中，d1表示path1的数据，o1表示path1的单向时延，bs1表示流s被分配在path1时被分配的带宽；为了使得path2的完成时间与path1的完成时间相同，将数据(o2-o1)×bs1调度给path1，其中o2表示path2的单向时延，以此类推，对于path2和path3，通过将数据(o3-o2)×bs1调度给path1，其中o3表示path3的单向时延，将数据(o3-o2)×bs2调度给path2，其中bs2表示流s被分配在path2时被分配的带宽；上述过程一直重复，直到所有的数据都被分配，所有的路径完成时间相等为止。
3.根据权利要求1所述的基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，其特征在于：在步骤4)中，为实现按比例进行分配，为同一路径的流设计带宽共享机制，为了实现流的比例带宽共享机制，路径一次只选择一个流进行包打包，流被选中的概率是通过将其优先级除以该路径上所有调度流的优先级之和来计算的，其次，由于流分配给路径的数据量是有限的，由调度程序决定，因此使得这个数据量与包边界一致是无法每次实现的，如果将不同流的剩余字节放在到一个包中传输，那么这个包的丢失会影响到多个流，因此，将单个流的数据放到一个包中，流最后一个包的数据量少于一整个包的数据量；
路径i的所有流的优先级的总和是sumi，流s的优先级是pr，bsi表示为：
Figure FDA0003442348590000021
式中，bsi表示流s如果被分配在路径i时被分配的带宽，bi是路径i的平滑带宽，所以调度问题归纳为：
(P1)min T
Figure FDA0003442348590000031
Figure FDA0003442348590000032
T＝max{ti|i∈[1,2,...,n]}
式中，P1表示最小单向时延路径，oi表示路径i的单向延迟，n表示所有的路径个数，定义D为流s的全部数据，di表示在路径i上传输的数据，每条路径上的数据之和是需要传输的总的数据量，T为流的总体完成时间，ti为每条路径上的估计完成时间，流的总体完成时间是所有路径中，文件传输时间最长的路径的实际完成时间。
4.根据权利要求1所述的基于企业级云存储系统实现多路径QUIC传输优化的方法，其特征在于：在步骤5)中，每次在进行文件传输时，都会产生新的流，调度程序在每次有新的流到达时触发，基于所建立的调度策略，调度程序将新的流分配到每个路径，调度完成后，将流添加到相应的发送路径中，传输在到达的流被调度到路径之后进行，在每个传输回合中，路径获得的发送机会等于路径上的流的数量，当流被新添加到路径或在传输完成后关闭时，路径获得的发送机会更新，如果一个路径的拥塞窗口是满的，或者在这个路径上没有用的流，则会跳过这个路径，进入下一个路径，传输循环重复，直到所有流都发送完毕。
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