CN115665794A - 基于5g移动信息开放的显式拥塞控制方法和发送端 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法和发送端,方法包括:基于MEC主动获取移动场景中且由移动5G网络服务的终端的移动网络切换信号;将移动网络切换信号封装至当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文内,目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使目标TCP报文的发送端在获知报文内封装有移动网络切换信号之时或之后,对目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化其传输时间。本申请能够有效且及时的提高处于移动场景中且由5G网络服务的终端与服务器中间传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量,能够有效提高移动5G网络中的数据传输性能,尤其适用于移动中高铁环境等高速移动场景。
Description
技术领域
本申请涉及数据传输技术领域,尤其涉及基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法和发送端。
背景技术
为了实现可靠数据传输,TCP协议需要依靠流量控制和拥塞控制来避免网络拥堵产生大范围的丢包,进而破坏网络的传输能力。目前,TCP的研究热点主要集中在拥塞控制上,通过调整拥塞控制算法优化传输层的数据传输性能,从最早的Reno算法,到最近的BBR算法,从不同的方向优化了TCP连接应对不同网络环境的动态,最大限度地利用网络带宽资源,实现高速传输。而在移动5G网络场景中,尽管BBR算法目前已得到大规模的使用,但在移动网络中,由于切换导致的频繁性数据断流,带宽测量收到了极大影响,使得网络容量被低估从而降低了发送速率,造成了网络资源的浪费,因此需要对移动5G网络数据传输过程进行优化。
目前,现有的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方式,通常先对传输层进行性能测量,特别是针对TCP模块运行的传输性能进行测量,目前主流的传输层测量方法及工具如tcpdump、wireshark等均基于传输层主动报告的性能指标,如吞吐量、往返时延、丢包率等,然后再根据测量结果被动地进行基于5G移动信息开放的显式拥塞控制。然而,由于这些只有单方面的关于传输层内部的指标测量,并不能反应其如何具体地受到移动环境的影响,且被动优化的方式易错过最佳的优化时机,因此,现有方式无法保证基于5G移动信息开放的显式拥塞控制的有效性,尤其无法保证在移动5G网络中传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量。
发明内容
鉴于此,本申请实施例提供了基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法和发送端,以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本申请的第一个方面提供了一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,包括:
基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号;
将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
在本申请的一些实施例中,在第一个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号,包括:
基于RNIS无线网络信息服务实时获取受处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端与基站之间交互的信令消息;
自所述信令消息中提取移动网络切换信号。
在本申请的一些实施例中,在第一个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,包括:
根据所述将所述移动网络切换信号,对当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文中的保留位进行标识切换处理,并生成对应的标识切换消息;
将所述标识切换消息发送至所述目标TCP报文的发送端,以使该发送端获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号。
在本申请的一些实施例中,在第一个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间,包括:
目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,调取预先基于所述BBR拥塞控制算法测量的往返时延测量值,并将该往返时延测量值代替当前已被延长的传输时间进行带宽计算以缩短优化所述传输时间。
在本申请的一些实施例中,在第一个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,在所述基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号之前,还包括:
接收告知消息,其中,该告知消息中包含有:基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
根据所述告知消息将目标TCP报文设置为:搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
其中,所述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象预先基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法确定,该移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法包括:
基于预设的测试床平台对移动5G网络中搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文分别与UDP协议进行了传输对比测试,得到对应的对比测试结果;
自所述对比测试结果中分别获取搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的传输中断和/或吞吐量下降的目标数据;
根据所述目标数据确定所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量下降原因包括:移动网络切换事件导致的数据从发送到被确认接收经过的传输时间被延长;
将所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文确定为基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象,生成并输出对应的告知消息。
本申请的第二个方面提供了一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,包括:
自当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文中查询得到封装有移动网络切换信号,其中,该移动网络切换信号由处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端发出,且该移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,所述目标TCP报文搭载BBR拥塞控制算法;
对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
在本申请的一些实施例中,在第二个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间,包括:
调取预先基于所述BBR拥塞控制算法测量的往返时延测量值,并将该往返时延测量值代替当前已被延长的传输时间进行带宽计算以缩短优化所述传输时间。
在本申请的一些实施例中,在第二个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,包括:
MEC服务器基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号,MEC服务器将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内。
在本申请的一些实施例中,在第二个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述MEC服务器基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号,包括:
MEC服务器基于RNIS无线网络信息服务实时获取受处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端与基站之间交互的信令消息;自所述信令消息中提取移动网络切换信号。
在本申请的一些实施例中,在第二个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述MEC服务器将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,包括:
MEC服务器根据所述将所述移动网络切换信号,对当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文中的保留位进行标识切换处理,并生成对应的标识切换消息;MEC服务器将所述标识切换消息发送至所述目标TCP报文的发送端,以使该发送端获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号。
在本申请的一些实施例中,在第二个方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述MEC服务器在所述基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号之前,还包括:
MEC服务器接收告知消息,其中,该告知消息中包含有:基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
MEC服务器根据所述告知消息将目标TCP报文设置为:搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
其中,所述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象预先基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法确定,该移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法包括:
基于预设的测试床平台对移动5G网络中搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文分别与UDP协议进行了传输对比测试,得到对应的对比测试结果;
自所述对比测试结果中分别获取搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的传输中断和/或吞吐量下降的目标数据;
根据所述目标数据确定所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量下降原因包括:移动网络切换事件导致的数据从发送到被确认接收经过的传输时间被延长;
将所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文确定为基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象,生成并输出对应的告知消息。
本申请的另一个方面还提供了一种MEC服务器,包括:
切换感知模块,用于基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号;
切换通知模块,用于将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
本申请的另一个方面还提供了一种TCP报文的发送端,包括:
切换查询模块,用于自当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文中查询得到封装有移动网络切换信号,其中,该移动网络切换信号由处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端发出,且该移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,所述目标TCP报文搭载BBR拥塞控制算法;
拥塞控制模块,用于对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
本申请的另一个方面还提供了一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制系统,包括:
MEC服务器,用于实现前述的第一方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法;
TCP报文的发送端,包括:处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端,或者,通过基站与所述终端之间通信连接的服务器;且所述TCP报文的发送端用于实现前述的第二方面提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
本申请的另一个方面还提供了一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的第一方面提供的所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,或者,实现前述的第二方面提供的所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
本申请的另一个方面还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现前述的第一方面提供的所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,或者,实现前述的第二方面提供的所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
本申请提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,通过基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号;将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间,能够有效提高处于移动场景中且由5G网络服务的终端与服务器中间传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量,优化了现有传输层拥塞控制算法,提高其对网络带宽的利用能力,对其在拥塞控制算法层面进行了跨层低开销优化,能够有效提高移动5G网络中的数据传输性能,尤其适用于移动中的高铁环境等高速移动场景。
本申请的附加优点、目的,以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述,且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显,或者可以根据本申请的实践而获知。本申请的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是,能够用本申请实现的目的和优点不限于以上具体所述,并且根据以下详细说明将更清楚地理解本申请能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本申请的限定。附图中的部件不是成比例绘制的,而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分,附图中对应部分可能被放大,即,相对于依据本申请实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中:
图1为本申请一实施例中的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的总流程示意图。
图2为本申请一实施例中的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的一种具体流程示意图。
图3为本申请一实施例中的基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法的具体流程示意图。
图4为本申请一实施例中的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的总流程示意图。
图5为本申请另一实施例中的MEC服务器的结构示意图。
图6为本申请另一实施例中的TCP报文的发送端的结构示意图。
图7为本申请应用实例中提供的测试床平台的举例示意图。
图8为本申请应用实例中UDP流和搭载CUBIC算法的TCP流的吞吐量随时间变化曲线示意图。
图9为本申请应用实例中提供的BBR吞吐量“阶梯下降”举例示意图。
图10为本申请应用实例中提供的向发送端上报切换事件的消息机制的原理示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本申请做进一步详细说明。在此,本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请,但并不作为对本申请的限定。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本申请,在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此,还需要说明的是,如果没有特殊说明,术语“连接”在本文不仅可以指直接连接,也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中,将参考附图描述本申请的实施例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的部件,或者相同或类似的步骤。
自互联网诞生以来,其基础架构多次迭代变化,到现今最为广泛应用的仍是基于TCP/IP的五层网络模型,即自底层向上层依次是,物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。传输层协议主要提供端到端的网络连接的管理,可以进行多路复用,进行流量控制和拥塞控制,主要包括TCP传输控制协议与UDP用户数据报协议,其中使用最为广泛的是TCP协议,用以提供可靠的数据传输服务。为了实现可靠数据传输,TCP协议需要依靠流量控制和拥塞控制来避免网络拥堵产生大范围的丢包,进而破坏网络的传输能力。目前,TCP的研究热点主要集中在拥塞控制上,通过调整拥塞控制算法优化传输层的数据传输性能,从最早的Reno算法,到最近的BBR算法,从不同的方向优化了TCP连接应对不同网络环境的动态,最大限度地利用网络带宽资源,实现高速传输。近十年来,移动通信网络获得了巨大的发展,5G移动通信技术提供了高带宽、低时延、海量连接的特性,为移动互联网应用的发展提供了更坚实的技术基础。但移动通信带来的一大问题便是通信终端的基站切换问题。由于单个基站提供的信号覆盖范围有限,移动通信运营商需要在通信范围内部署多个基站以达成信号覆盖,而终端在基站覆盖范围之间移动时,就需要从原来连接的基站切换到新的覆盖范围所在的基站上。在现阶段的移动通信标准下,这一切换过程会使通信数据流产生一段时间的断连,而在高速移动场景下,位置的快速变化引起频繁切换,从而导致的数据断流问题将严重影响通信的效率,尤其对于负责可靠传输保障的传输层而言,切换问题对传输层将产生极大的负面影响。
同时,目前关于移动场景中传输层,特别是TCP模块运行的传输性能测量比较局限,只有单方面的关于传输层内部的指标测量,并不能反应其如何具体地受到移动环境的影响,因此,结合无线通信性能指标和传输性能指标的测量将具有极大意义。
从上世纪七十年代首次出现至今,拥塞控制算法在各个层面上进行了不断的迭代更新,使之更适用于高速可靠的网络数据传输和各种复杂的网络动态环境。拥塞控制算法的优化主要集中在两个层面:拥塞发现和拥塞避免。比较经典的拥塞控制算法如Reno,它确立了拥塞控制算法的基本框架,即由慢启动到拥塞检测到拥塞避免的控制循环,通过拥塞控制窗口来调节在更早的报文未被确认时发送的TCP报文数量,从而调控发送速率,适应网络的拥塞状况。Reno算法很大程度上解决了当时网络的拥塞问题,后续的BIC、CUBIC算法也都继承了Reno的思想,即基于丢包的拥塞检测与拥塞避免,但在拥塞窗口增长的方式上做出改进,使其更快地收敛到网络适合的发送速率。但随着无线网络的不断发展,网络的带宽的不断提高,基于丢包的拥塞控制算法却制约了发送速率的伴随增长,导致带宽资源的浪费,为应对丢包检测的劣势,基于延时的拥塞控制算法被提出如Vegas、Westwood,其拥塞窗口随着网络延时的增大而减小,网络延时降低则增大,理论上能够保持高速率,但由于其与网络上占大多数的基于丢包的拥塞控制连接相比带宽竞争处于劣势,因此一直没有大规模使用。此后,基于带宽时延积的拥塞控制算法如BBR算法,结合了之前的改进,有了较好的解决效果。BBR算法始终测量网络带宽和往返时延,并据此估算出网络实际容量,直接得出较好的发送速率。BBR算法目前已得到大规模的使用。然而在移动网络中,由于切换导致的频繁性数据断流,带宽测量收到了极大影响,使得网络容量被低估从而降低了发送速率,造成了网络资源的浪费。
由于移动场景下的切换问题对传输层性能有着极大影响,且现有的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法无法准确地对移动5G网络中传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文进行传输性能优化,也即无法有效且及时的提高其吞吐量等,本申请提出了一种传输层拥塞控制算法在移动场景下抗切换负面影响的优化方式,具体为一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,利用5G网络开放的物理层信息跨层主动获取切换信息,优化了现有传输层拥塞控制算法,提高其对网络带宽的利用能力。
在本申请的一个或多个实施例中,所述5G移动信息开放是指通过MEC等装置将移动UE的切换信息暴露给视频服务器。也就是本申请的“基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号”。
在本申请的一个或多个实施例中,所述显式是指:拥塞控制的部分拥塞信号来自于被5G公开的切换信息,被直接明白的告诉发送端,这并不是拥塞,而是切换引起的假象。
具体通过下述实施例进行详细说明。
基于此,为了有效且及时地提高移动5G网络数据传输性能,本申请实施例提供一种可由MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,参见图1,MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法具体包含有如下内容:
步骤100:基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号。
可以理解的是,利用5G网络开放功能获取切换事件。5G自提出以来就强调蜂窝网络的开放性,本申请通过RNIS无线网络信息服务,部署在基站附近的移动边缘计算单元MEC实时获取终端与基站交互的信令消息,提取出切换信号并向下一流程报告。
步骤200:将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
在本申请的一个或多个实施例中,所述目标TCP报文的发送端或TCP报文的发送端均可以指:处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端,或者,通过基站与所述终端之间通信连接的服务器;即:向服务器传输的TCP报文的发送端为终端(即移动UE),向终端传输的TCP报文的发送端则为服务器。本申请尤其适用于向终端传输的TCP报文的发送端为服务器的场景。
在静态场景下,BBR表现出比CUBIC更优的性能,其相对于UDP的带宽利用率达到了88%,而CUBIC仅为31%。然而在高速移动场景下,情况发生了逆转,BBR相对于基准UDP的吞吐量利用率只有26.6%,即26Mbps。此外,使用BBR算法的TCP流还出现了吞吐量“阶梯下降”的情况,即每次受到影响,吞吐量下降之后只能恢复一部分而达不到原来的吞吐量高峰。
通过深入分析BBR算法的运行机制,我们发现,BBR需要实时测量网络的带宽(BW)和往返时延(RTT)以计算带宽时延积BDP,估计网络承载容量,以此确定拥塞窗口,进而控制发送速率。BBR关于带宽和时延的测量分别在“Probe_BW”阶段和“Probe_RTT”阶段。当前T时间带宽测量值BtlBW由公式(1)计算,WR表示过去10个RTT时间,t表示这期间任一RTT,Δdelivered表示在该RTT时间内发送的字节数,interval_us则表示发送到确认接收经过的实际时间,即本申请一个或多个实施例中提及的传输时间。实际上,正是由于切换造成了数据报的大批延迟到达,进而导致了带宽的低估,才产生了低吞吐量和所谓的“阶梯下降”。
也就是说,本申请实施例针对TCP拥塞控制算法易受移动过程中基站切换影响的问题,本申请提出基于可感知切换事件进行TCP拥塞控制优化的方法,主要在目前较广泛使用的BBR算法的基础上进行实现。BBR算法受到切换影响的层面在于数据从发送到确认接收的时间被放大而导致网络带宽估计偏低,因此本申请通过提前感知基站切换并通知发送端,修正数据发送耗时,从而得到正确的瓶颈带宽,优化算法命名为BBR-H。
从上述描述可知,本申请实施例提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,能够有效提高处于移动场景中且由5G网络服务的终端与服务器中间传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量,优化了现有传输层拥塞控制算法,提高其对网络带宽的利用能力,对其在拥塞控制算法层面进行了跨层低开销优化,能够有效提高移动5G网络中的数据传输性能,尤其适用于移动中的高铁环境等高速移动场景,并能够提高在移动场景中基于5G网络使用终端的用户体验。
为了进一步提高移动网络切换信号的获取可靠性和及时性,在本申请实施例提供的一种MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,参见图2,MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中的步骤100还具体包含有如下内容:
步骤110:基于RNIS无线网络信息服务实时获取受处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端与基站之间交互的信令消息。
步骤120:自所述信令消息中提取移动网络切换信号。
为了进一步提高对TCP报文进行拥塞控制修正的准确性及可靠性,在本申请实施例提供的一种MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,参见图2,MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中的步骤200还具体包含有如下内容:
步骤210:根据所述将所述移动网络切换信号,对当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文中的保留位进行标识切换处理,并生成对应的标识切换消息。
步骤220:将所述标识切换消息发送至所述目标TCP报文的发送端,以使该发送端获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号。而后,目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,调取预先基于所述BBR拥塞控制算法测量的往返时延测量值,并将该往返时延测量值代替当前已被延长的传输时间进行带宽计算以缩短优化所述传输时间。
可以理解的是,MEC服务器将切换信号封入传输中的目标TCP报文中,然后通知该目标TCP发送端。
具体来说,位于MEC服务器的切换通知模块HONotifier在收到切换消息后,改写目标TCP连接的报文,即修改报文的保留位为1,进行切换标识。
可以理解的是,在发送端,一旦在报文中发现了被置位的保留位,说明该报文所处的TCP流正在遭受切换,进而查找该流所对应的网络套接字socket,进行拥塞控制算法修正或提交给应用层进行跨层优化。
具体来说,系统内核的拥塞控制模块收到切换消息后,即可进行带宽修正,具体方式是将被放大的interval_us进行修正,这里以BBR算法持续测量的往返时延测量值RTprob代替interval_us进行带宽计算。RTprob是在“Probe_RTT”阶段测量的报文发送到确认经过的时间,与interval_us类似,虽不如其具有高动态性,但此时以其替代interval_us是合理可行的。
为了进一步提高对TCP报文进行拥塞控制修正的准确性及可靠性,在本申请实施例提供的一种MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,参见图2,MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中的步骤100之前还具体包含有如下内容:
步骤010:接收告知消息,其中,该告知消息中包含有:基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文。
步骤020:根据所述告知消息将目标TCP报文设置为:搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,其中,所述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象预先基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法确定。
由于目前主流的传输层测量方法及工具如tcpdump、wireshark等都基于传输层主动报告的性能指标,如吞吐量、往返时延、丢包率等,在移动场景下缺乏对移动无线链路的检测和综合考虑,难以定性、定量分析传输层受到底层移动网络的具体影响。因此,针对现有的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方中预先难以通过现有工具对负面效果进行直接测量的问题,本申请提供的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,还能够提供结合移动通信无线链路状态与传输层性能指标融合测量的方法论,也即本申请的一个或多个实施例中提及的基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法,主要依赖于对物理层链路指标和传输层性能指标的测量以及综合分析,主要包括了无线物理层信号质量监测及通信信令收集平台的搭建,传输层协议指标的监测平台及指标分析,将通信指标及信令与传输层指标按时间戳同步,进行综合分析。
参见图3,所述移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法具体包含有如下内容:
步骤1:基于预设的测试床平台对移动5G网络中搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文分别与UDP协议进行了传输对比测试,得到对应的对比测试结果;
步骤2:自所述对比测试结果中分别获取搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的传输中断和/或吞吐量下降的目标数据;
步骤3:根据所述目标数据确定所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量下降原因包括:移动网络切换事件导致的数据从发送到被确认接收经过的传输时间被延长;
步骤4:将所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文确定为基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象,生成并输出对应的告知消息。
举例来说,为了同时探测无线物理层信息信令和传输层性能指标,本申请搭建了5G网络端到端的物理波动和传输层性能综合测量平台,也即本申请的一个或多个实施例中提及的测试床平台,主要包括以下多个模块:物理层信息采集模块、物理层数据处理模块、传输层性能监控模块、综合数据分析模块。
(1)物理层信息采集模块:本申请基于专业软件PCNET和开源框架MobileInsight实时采集移动终端与移动网络运营商基站的交互信令和物理信道相关参数,如切换测量数据、切换决策信令、参考信号接收质量等。采集数据实时上报至物理层数据处理模块。
(2)物理层数据处理模块:接收上报的物理信道参数及切换事件,提取出切换发生时间并根据物理信道参数估计信道质量辅助决策。
(3)传输层性能监控模块:该模块有两部分,分别位于发送端和接收端。发送端从系统内核提取传输层上报的指标信息,如拥塞窗口、往返时延、预估带宽等,接收端在网卡处统计接收到的数据流大小,计算实际吞吐量。
(4)综合数据分析模块:负责汇总物理层信道质量、切换事件和传输层指标,并以时间序列对比呈现,直观展现物理层信道波动和切换对传输层数据发送的影响。
为了有效且及时地提高移动5G网络数据传输性能,本申请实施例提供一种可由目标TCP报文的发送端执行的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,参见图4,目标TCP报文的发送端执行的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法具体包含有如下内容:
步骤300:自当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文中查询得到封装有移动网络切换信号,其中,该移动网络切换信号由处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端发出,且该移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,所述目标TCP报文搭载BBR拥塞控制算法。
步骤400:对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
本申请提供的由目标TCP报文的发送端执行的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的实施例与由MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法之间存在数据交互过程,具体的,步骤300执行在步骤200之后,且由目标TCP报文的发送端执行的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的实施例与前述的由MEC服务器执行的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中由目标TCP报文的发送端实现的功能相同,其功能在此不再赘述,可以参照上述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法实施例的详细描述。类似的,所述移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法也同样可以在步骤300之前执行。
为了进一步提高对TCP报文进行拥塞控制修正的准确性及可靠性,在本申请实施例提供的一种由目标TCP报文的发送端执行的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,由目标TCP报文的发送端执行的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中的步骤400还具体包含有如下内容:
步骤410:调取预先基于所述BBR拥塞控制算法测量的往返时延测量值,并将该往返时延测量值代替当前已被延长的传输时间进行带宽计算以缩短优化所述传输时间。
另外,在第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,包括:
MEC服务器基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号,MEC服务器将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内。
在第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中,所述MEC服务器基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号,包括:
MEC服务器基于RNIS无线网络信息服务实时获取受处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端与基站之间交互的信令消息;自所述信令消息中提取移动网络切换信号。
其中,所述MEC服务器将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,包括:
MEC服务器根据所述将所述移动网络切换信号,对当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文中的保留位进行标识切换处理,并生成对应的标识切换消息;MEC服务器将所述标识切换消息发送至所述目标TCP报文的发送端,以使该发送端获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号。
所述MEC服务器在所述基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号之前,还包括:
MEC服务器接收告知消息,其中,该告知消息中包含有:基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
MEC服务器根据所述告知消息将目标TCP报文设置为:搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
其中,所述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象预先基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法确定,该移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法包括:
基于预设的测试床平台对移动5G网络中搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文分别与UDP协议进行了传输对比测试,得到对应的对比测试结果;
自所述对比测试结果中分别获取搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的传输中断和/或吞吐量下降的目标数据;
根据所述目标数据确定所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量下降原因包括:移动网络切换事件导致的数据从发送到被确认接收经过的传输时间被延长;
将所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文确定为基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象,生成并输出对应的告知消息。
从软件层面来说,为了有效且及时地提高移动5G网络数据传输性能,本申请还提供一种用于执行所述第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中全部或部分内的MEC服务器,参见图5,所述MEC服务器具体包含有如下内容:
切换感知模块10,用于基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号;
切换通知模块20,用于将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
本申请提供的MEC服务器的实施例具体可以用于执行上述实施例中的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的实施例的处理流程,其功能在此不再赘述,可以参照上述第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法实施例的详细描述。
从上述描述可知,本申请实施例提供的MEC服务器,能够有效提高处于移动场景中且由5G网络服务的终端与服务器中间传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量,优化了现有传输层拥塞控制算法,提高其对网络带宽的利用能力,对其在拥塞控制算法层面进行了跨层低开销优化,能够有效提高移动5G网络中的数据传输性能,尤其适用于移动中的高铁环境等高速移动场景,并能够提高在移动场景中基于5G网络使用终端的用户体验。
从软件层面来说,为了有效且及时地提高移动5G网络数据传输性能,本申请还提供一种用于执行所述第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法中全部或部分内的TCP报文的发送端,参见图6,所述TCP报文的发送端具体包含有如下内容:
切换查询模块30,用于自当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文中查询得到封装有移动网络切换信号,其中,该移动网络切换信号由处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端发出,且该移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,所述目标TCP报文搭载BBR拥塞控制算法;
拥塞控制模块40,用于对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
本申请提供的TCP报文的发送端的实施例具体可以用于执行上述实施例中的第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的实施例的处理流程,其功能在此不再赘述,可以参照上述第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法实施例的详细描述。
所述TCP报文的发送端进行基于5G移动信息开放的显式拥塞控制的部分可以在服务器中执行,而在另一种实际应用情形中,也可以所有的操作都在客户端设备中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力,以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成,所述客户端设备还可以包括处理器,用于基于5G移动信息开放的显式拥塞控制的具体处理。
上述的客户端设备可以具有通信模块(即通信单元),可以与远程的服务器进行通信连接,实现与所述服务器的数据传输。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器,其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器,例如与任务调度中心服务器有通信链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备,也可以包括多个服务器组成的服务器集群,或者分布式装置的服务器结构。
上述服务器与所述客户端设备端之间可以使用任何合适的网络协议进行通信,包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然,所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol,远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer,表述性状态转移协议)等。
从上述描述可知,本申请实施例提供的TCP报文的发送端,能够有效提高处于移动场景中且由5G网络服务的终端与服务器中间传输的搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量,优化了现有传输层拥塞控制算法,提高其对网络带宽的利用能力,对其在拥塞控制算法层面进行了跨层低开销优化,能够有效提高移动5G网络中的数据传输性能,尤其适用于移动中的高铁环境等高速移动场景,并能够提高在移动场景中基于5G网络使用终端的用户体验。
基于前述的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法和第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的实施例,本申请还提供一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制系统,所述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制系统具体包含有如下内容:
MEC服务器,用于实现前述的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法;
TCP报文的发送端,包括:处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端,或者,通过基站与所述终端之间通信连接的服务器;且所述TCP报文的发送端用于实现前述第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
为了进一步说明本方案,针对移动场景下的切换问题对传输层性能有着极大影响,并且难以通过现有工具对负面效果进行直接测量等问题,本申请还提供一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的具体应用实例,具体为提出了一种结合移动通信无线链路状态与传输层性能指标融合测量的方法,对传输层的现有拥塞控制算法进行了跨层探究和针对性优化。
本申请应用实例主要解决两方面的问题,一是现有传输层测量方法及工具在移动场景下严重受限。且现有的方法及配套工具主要针对传输层内部的性能指标,比较难结合底层移动通信的动态变化进行跨层同步分析;二是现有的传输层协议容易受到移动时的来自网络最后一跳基站切换影响,其造成的数据断流直接导致拥塞控制算法对网络带宽产生了严重低估,导致了带宽资源的浪费。
综上,针对以上问题提出的本申请应用实例具有两大改进之处:(1)移动场景下结合无线物理层链路波动与传输层性能指标的综合测量方法论(2)传输层拥塞控制算法在移动场景下抗切换负面影响的优化。具体说明如下:
(一)5G网络端到端的物理层波动与传输层性能综合测量平台
为了同时探测无线物理层信息信令和传输层性能指标,本申请应用实例搭建了5G网络端到端的物理波动和传输层性能综合测量平台,主要包括以下多个模块:物理层信息采集模块、物理层数据处理模块、传输层性能监控模块、综合数据分析模块。
(1)物理层信息采集模块:本申请应用实例基于专业软件PCNET和开源框架MobileInsight实时采集移动终端与移动网络运营商基站的交互信令和物理信道相关参数,如切换测量数据、切换决策信令、参考信号接收质量等。采集数据实时上报至物理层数据处理模块。
(2)物理层数据处理模块:接收上报的物理信道参数及切换事件,提取出切换发生时间并根据物理信道参数估计信道质量辅助决策。
(3)传输层性能监控模块:该模块有两部分,分别位于发送端和接收端。发送端从系统内核提取传输层上报的指标信息,如拥塞窗口、往返时延、预估带宽等,接收端在网卡处统计接收到的数据流大小,计算实际吞吐量。
(4)综合数据分析模块:负责汇总物理层信道质量、切换事件和传输层指标,并以时间序列对比呈现,直观展现物理层信道波动和切换对传输层数据发送的影响。
测量平台在实验室搭建的小型基站系统的测试床上进行了测试,展现了较好的结果,参见图7所示的实验室的测试床平台。在真实野外场景中,用户设备将接入与商业基站及其核心网,但上述系统模块仍可正常运行。在图7中,OAI(Openairinterface)表示开源软件定义无线电平台4G;USRP b210表示型号为b210的软件无线电设备,LG Nexus为移动终端UE的型号;Server表示服务器
(二)移动场景下网络传输层性能跨层分析
利用上文所述搭建的综合测量平台,本申请应用实例对传输层的UDP、TCP协议进行了一系列性能测试实验,特别用搭载CUBIC和BBR拥塞控制算法的TCP协议分别与UDP协议进行了对比测试,得出了无线链路物理层事件对传输层影响的具体分析。下面以高铁移动场景为例,具体分成三部分说明。
UDP:相比于需要进行可靠数据传输的TCP协议,UDP协议并不关注数据到达情况,因此其理论上受到切换断流的影响要较小,但从实验来看,UDP传输吞吐量较静态场景降低了近一半,仅为97Mbps,这是由于高铁车厢的信号屏蔽以及高速移动带来的信道质量整体下降所导致的。接下来以UDP为实际网络带宽基准值分析TCP的情况。
CUBIC:实验显示,搭载CUBIC算法的TCP流在同等情况下吞吐量仅为UDP的44.7%,平均43Mbps。图8展示了一段UDP流和搭载CUBIC算法的TCP流的吞吐量随时间变化的情况。“HO”表示移动切换发生时间。由图8中的数据可以发现,搭载CUBIC算法的TCP流的吞吐量会在用户设备发生移动切换时明显下降,特别是在时间点M1和时间点M2,甚至降到了0Mbps,相比之下的UDP则在遭受切换之后的影响并不明显。特别地,TCP流在遭受切换后的很长一段时间都无法恢复到切换前的水平,大部分在数秒之内依然较低,而我们通过测量平台得到的数据显示切换实际的数据中断也不过98毫秒。这是由于CUBIC是基于丢包的拥塞控制算法,在切换造成数据中断期间有极大概率导致网络丢包或延迟,因此触发了拥塞控制机制使得拥塞窗口增长缓慢,且移动切换事件过于频繁,因而吞吐量恢复缓慢。
BBR:在静态场景下,BBR表现出比CUBIC更优的性能,其相对于UDP的带宽利用率达到了88%,而CUBIC仅为31%。然而在高速移动场景下,情况发生了逆转,BBR相对于基准UDP的吞吐量利用率只有26.6%,即26Mbps。此外,使用BBR算法的TCP流还出现了吞吐量“阶梯下降”的情况,即每次受到影响,吞吐量下降之后只能恢复一部分而达不到原来的吞吐量高峰,参见图9。
通过深入分析BBR算法的运行机制,我们发现,BBR需要实时测量网络的带宽(BW)和往返时延(RTT)以计算带宽时延积BDP,估计网络承载容量,以此确定拥塞窗口,进而控制发送速率。BBR关于带宽和时延的测量分别在“Probe_BW”阶段和“Probe_RTT”阶段。当前T时间带宽测量值BtlBW由公式(1)计算,WR表示过去10个RTT时间,t表示这期间任一RTT,Δdelivered表示在该RTT时间内发送的字节数,interval_us则表示发送到确认接收经过的实际时间。实际上,正是由于切换造成了数据报的大批延迟到达,进而导致了带宽的低估,才产生了低吞吐量和所谓的“阶梯下降”。
也就是说,本申请应用实例提供一种移动场景下结合无线物理层链路波动与传输层性能指标的综合测量方法论。该方法扩展了网络传输层测量及深入分析的能力,辅助探究物理层因素对网络能力的影响。
(三)基于可感知切换事件的TCP性能优化
针对TCP拥塞控制算法易受移动过程中基站切换影响的问题,本申请应用实例提出基于可感知切换事件进行TCP拥塞控制优化的方法,主要在目前较广泛使用的BBR算法的基础上进行实现。BBR算法受到切换影响的层面在于数据从发送到确认接收的时间被放大而导致网络带宽估计偏低,因此本申请应用实例通过提前感知基站切换并通知发送端,修正数据发送耗时,从而得到正确的瓶颈带宽,优化算法命名为BBR-H。
优化算法的工作流程分为以下几步:
(1)利用5G网络开放功能获取切换事件。5G自提出以来就强调蜂窝网络的开放性,本申请应用实例通过RNIS无线网络信息服务,部署在基站附近的移动边缘计算单元MEC实时获取终端与基站交互的信令消息,提取出切换信号并向下一流程报告。
(2)将切换信号封入传输中的TCP报文中,通知发送端,具体原理如图10所示。在图10中,参见(a)至(b)过程,TCP header表示TCP头部字段,其中具体内容对应图10中的上半部分的表格,其中,Source port表示源端口,Destination port表示目的端口,Sequencenumber表示序列号;Acknowledgment number(if ACK set)表示TCP应答号,Data offset表示数据偏移量,Reserved表示保留,Checksum表示校验和,Window Size表示窗口,Urgentpointer(if URG set)表示紧急指针,NS表示隐藏保护,CWR表示发送主机设置拥塞窗口减少(CWR)标志,以指示它收到了一个设置了ECE标志的TCP段,并在拥塞控制机制中作出响应,ECE具有双重角色,具体取决于SYN标志的值,URG表示紧急指针是否有效,ACK表示紧急指针是否有效,PSH提示接收端的应用程序应该立即从TCP接受缓冲区中读走数据,为接受后数据腾出空间,RST表示要求对方重新建立连接,携带RST标志位的TCP报文段称为复位报文段,SYN表示请求建立一个连接,携带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段,FIN表示通知对方本端要关闭了,带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段;raw socket表示原始套接字;socket表示网络套接字;Socket API表示套接字编程接口;S1至Sn和t1至tn均为socket映射表中内容。
位于MEC的切换通知模块HONotifier在收到切换消息后,改写目标TCP连接的报文,即修改报文的保留位为1,进行切换标识。而在发送端,一旦在报文中发现了被置位的保留位,说明该报文所处的TCP流正在遭受切换,进而查找该流所对应的网络套接字socket,进行拥塞控制算法修正或提交给应用层进行跨层优化。
(3)拥塞控制算法修正。系统内核的拥塞控制模块收到切换消息后,即可进行带宽修正,具体方式是将被放大的interval_us进行修正,这里以BBR算法持续测量的往返时延测量值RTprob代替interval_us进行带宽计算。RTprob是在“Probe_RTT”阶段测量的报文发送到确认经过的时间,与interval_us类似,虽不如其具有高动态性,但此时以其替代interval_us是合理可行的。
也就是说,本申请应用实例提供传输层拥塞控制算法在移动场景下抗切换负面影响的优化方法。本申请应用实例深入分析了传输层性能受到移动产生的基站切换问题的影响的深层次原因,对其在拥塞控制算法层面进行了跨层低开销优化,大大提高了传输性能。
综上所述,本申请应用实例的核心改进内容具体如下:
(1)移动场景下结合无线物理层链路波动与传输层性能指标的综合测量方法论。该方法论主要依赖于对物理层链路指标和传输层性能指标的测量以及综合分析,主要包括了无线物理层信号质量监测及通信信令收集平台的搭建,传输层协议指标的监测平台及指标分析,将通信指标及信令与传输层指标按时间戳同步,进行综合分析,。
(2)传输层拥塞控制算法在移动场景下抗切换负面影响的优化。本申请应用实例利用无线物理层指标测量与传输层性能指标进行汇总及映射对比,对切换事件造成的传输层性能损失进行具体分析。并利用5G网络开放的物理层信息跨层主动上报切换信息,优化了现有传输层拥塞控制算法,提高其对网络带宽的利用能力。
本申请应用实例利用5G移动网络开放蜂窝网信息的功能,结合物理层无线信道测量和传输层指标分析,深入研究移动场景下的5G网络传输层性能问题,通过测量分析得出关键发现,进行易实现的跨层优化。该申请应用实例提出的方法已在实际场景中部署测试,在高铁环境的高速移动场景下,优化后的BBR-H拥塞控制方法能使平均吞吐量达到52Mbps,是优化前的BBR吞吐量的两倍,同时超过了CUBIC的吞吐量,大大提升了传输性能。在移动网络更加发达、使用频率更高的未来具有重大实际意义。
本申请实施例还提供了一种电子设备(也即电子设备),该电子设备可以包括处理器、存储器、接收器及发送器,处理器用于执行上述实施例提及的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法或第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接,以通过总线连接为例。该接收器可通过有线或无线方式与处理器、存储器连接。所述电子设备可自所述无线多媒体传感器网络中的传感器接收实时运动数据,并自所述视频采集装置接收原始视频序列。
处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片,或者上述各类芯片的组合。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块,如本申请实施例中的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法或第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法或第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中,存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器中,当被所述处理器执行时,执行实施例中的第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法或第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
在本申请的一些实施例中,用户设备可以包括处理器、存储器和收发单元,该收发单元可包括接收器和发送器,处理器、存储器、接收器和发送器可通过总线系统连接,存储器用于存储计算机指令,处理器用于执行存储器中存储的计算机指令,以控制收发单元收发信号。
作为一种实现方式,本申请中接收器和发送器的功能可以考虑通过收发电路或者收发的专用芯片来实现,处理器可以考虑通过专用处理芯片、处理电路或通用芯片实现。
作为另一种实现方式,可以考虑使用通用计算机的方式来实现本申请实施例提供的服务器。即将实现处理器,接收器和发送器功能的程序代码存储在存储器中,通用处理器通过执行存储器中的代码来实现处理器,接收器和发送器的功能。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时以实现前述第一基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法或第二基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质,诸如随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
本领域普通技术人员应该可以明白,结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法,能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。当以硬件方式实现时,其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时,本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中,或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
需要明确的是,本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见,这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中,描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是,本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤,本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后,作出各种改变、修改和添加,或者改变步骤之间的顺序。
本申请中,针对一个实施方式描述和/或例示的特征,可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用,和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本申请的优选实施例,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,包括:
基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号;
将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
2.根据权利要求1所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,所述基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号,包括:
基于RNIS无线网络信息服务实时获取受处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端与基站之间交互的信令消息;
自所述信令消息中提取移动网络切换信号。
3.根据权利要求1所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,所述将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,包括:
根据所述将所述移动网络切换信号,对当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文中的保留位进行标识切换处理,并生成对应的标识切换消息;
将所述标识切换消息发送至所述目标TCP报文的发送端,以使该发送端获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号。
4.根据权利要求1所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,所述目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间,包括:
目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,调取预先基于所述BBR拥塞控制算法测量的往返时延测量值,并将该往返时延测量值代替当前已被延长的传输时间进行带宽计算以缩短优化所述传输时间。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,在所述基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号之前,还包括:
接收告知消息,其中,该告知消息中包含有:基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
根据所述告知消息将目标TCP报文设置为:搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文;
其中,所述基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象预先基于移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法确定,该移动场景下5G网络传输性能测试及分析方法包括:
基于预设的测试床平台对移动5G网络中搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文分别与UDP协议进行了传输对比测试,得到对应的对比测试结果;
自所述对比测试结果中分别获取搭载CUBIC拥塞控制算法的TCP报文和搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的传输中断和/或吞吐量下降的目标数据;
根据所述目标数据确定所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文的吞吐量下降原因包括:移动网络切换事件导致的数据从发送到被确认接收经过的传输时间被延长;
将所述搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文确定为基于5G移动信息开放的显式拥塞控制对象,生成并输出对应的告知消息。
6.一种基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,包括:
自当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文中查询得到封装有移动网络切换信号,其中,该移动网络切换信号由处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端发出,且该移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,所述目标TCP报文搭载BBR拥塞控制算法;
对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
7.根据权利要求6所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,其特征在于,所述对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间,包括:
调取预先基于所述BBR拥塞控制算法测量的往返时延测量值,并将该往返时延测量值代替当前已被延长的传输时间进行带宽计算以缩短优化所述传输时间。
8.一种MEC服务器,其特征在于,包括:
切换感知模块,用于基于MEC主动获取处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端当前的移动网络切换信号;
切换通知模块,用于将所述移动网络切换信号封装至当前在所述移动5G网络中传输的目标TCP报文内,该目标TCP报文为搭载BBR拥塞控制算法的TCP报文,以使该目标TCP报文的发送端在获知所述目标TCP报文内封装有所述移动网络切换信号之时或之后,对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
9.一种TCP报文的发送端,其特征在于,包括:
切换查询模块,用于自当前在移动5G网络中传输的目标TCP报文中查询得到封装有移动网络切换信号,其中,该移动网络切换信号由处于移动场景中且由移动5G网络服务的终端发出,且该移动网络切换信号由MEC服务器主动获取并封装至所述目标TCP报文中,所述目标TCP报文搭载BBR拥塞控制算法;
拥塞控制模块,用于对所述目标TCP报文进行拥塞控制修正以缩短优化该目标TCP报文的传输时间。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法,或者,实现如权利要求6或7所述的基于5G移动信息开放的显式拥塞控制方法。
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CN202211145001.6A CN115665794A (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 基于5g移动信息开放的显式拥塞控制方法和发送端 |
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CN202211145001.6A CN115665794A (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 基于5g移动信息开放的显式拥塞控制方法和发送端 |
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