CN116980342B - 一种多链路聚合传输数据的方法和系统 - Google Patents

一种多链路聚合传输数据的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多链路聚合传输数据的方法和系统，涉及网络数据传输技术领域，所述方法包括：获取待发送数据包，并待发送数据包的业务类型；获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；通过目标链路传输分组后的数据包。本发明考虑了业务数据对带宽、时延、丢包、安全等数据传输需求，动态调整各个链路参数的权重，实现了链路质量等级的精准评估，结合数据包实际传输实际和拥塞数据包个数的带宽容积，实现了数据包的分组传输，有效提高了数据传输质量。

Description

一种多链路聚合传输数据的方法和系统
技术领域
本发明涉及网络数据传输技术领域，具体涉及一种多链路聚合传输数据的方法和系统。
背景技术
合理使用多链路聚合链路能够获得更大的带宽和更好的容错。现有的链路聚合技术包括基于链路层的链路汇聚控制协议(Link Aggregation Control Protocol，LACP)，有基于传输控制层的多路传输控制协议(MultiPath TCP，MPTCP)以及流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol，SCTP)等。
MPTCP协议是传输控制协议，兼容TCP协议，由于MPTCP是建立在TCP的流式接口基础上，如果出现网络拥塞，数据会淤积在网络或缓冲区里不会丢弃，必须要等待先发送的数据成功发送后，后续的数据才发送，这样就会导致网络延时增大，不利于实时视频传输。SCTP是一种可靠的通用传输层控制协议， SCTP并没有实现数据并发分摊在多条链路上发送，需要应用层控制。流控制传输协议的并发多径传输扩展，MPTCP、CMT-SCTP协议栈是面向尽力而为的传输场景，采用尽力而为多链路分配算法，以达到最大的吞吐量，会导致由于负载分配的不精确性出现某些链路负荷过载，或链路质量急剧变化不能快速响应，造成数据丢包、到达延时不稳定的现象。
目前的链路聚合技术中均存在一定的缺陷，在传输实时通信时体现的尤其明显。中国专利（CN111277502B）公开了一种多链路聚合传输数据的方法及发送设备，该方法包括：获取链路参数，根据链路参数确定每条链路的传输性能等级，所述链路参数包括链路的带宽、延时、丢包率、窗口大小和往返时延RTT；根据窗口大小和RTT计算传输性能等级高的所有链路中每条链路的带宽容积；针对待传输的每个数据包，根据带宽容积从传输性能等级高的所有链路中随机选择一条链路作为传输当前数据包的目标链路，其中，带宽容积越大的链路被选择为目标链路的概率越大，当链路被选择为目标链路发送数据包后，该链路的带宽容积相应降低；通过目标链路传输当前数据包。该申请可以减少网络延时、稳定流量，满足实时传输对于高稳定、高容错的要求。
然而该申请依然存在着一些问题：
第一，全业务通信系统必须实现各种数据的传输，包括语音通话、视频会议、网页浏览、邮件收发等，然而不同业务对于通信需求是不同的，比如电子邮件、Web 访问和远程登录等应用对于丢包率有很严格的要求，不允许错误递交任何一位，文件传输等应用对于带宽有较高的要求；而音频传输、视频传输、IP 电话和视频会议等应用可以容忍错误，但对于时延极为敏感，并且，无论是电子邮件还是其他业务其对链路安全的要求也是不同的。现有技术并没有考虑传输数据的特性，选择的聚合链路并不能真正地满足用户的需求。
第二，虽然能够通过统计缓存区的淤积量和接收设备返回的ACK数量来确定增大后窗口的大小，根据窗口大小和RTT确定链路的带宽容积，但是该方法可能存在窗口调整过度的问题，如果发送缓存区数据包数量确定的窗口增大速度过快，可能导致窗口大小增长过大，超出链路的实际带宽容积，造成数据拥塞；
第三，在确定好目标链路后，通过目标链路发送全部的业务数据包，均在负载不均衡问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多链路聚合传输方法和系统，能够考虑传输数据特性。
一方面，提供了一种多链路聚合传输数据的方法，包括：
获取待发送数据包，并待发送数据包的业务类型；
获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；
将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；
根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；
通过目标链路传输分组后的数据包。
优选地，所述业务类型包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务，所述链路参数包括时延、丢包率、带宽、中继节点。
优选地，在所述业务类型有多种时，确定所述权重的方法包括：
根据各个业务类型的优先级确定基础权重；
根据所述业务类型从业务权重系数表中确定出业务权重；
根据所述基础权重和所述业务权重确定各个链路参数的权重。
优选地，获取目标链路的带宽容积包括：
获取目标链路的排队长度以及数据包的长度，根据所述排队长度和数据包的长度计算排队数据包个数；
根据排队数据包个数以及上传单个数据包所需时间计算带宽容积。
优选地，根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组包括：根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组。
另一方面，提供了一种多链路聚合传输数据的系统，包括：
获取模块，用于获取待发送数据包，并待发送数据包的业务类型；
第一确定模块，用于获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；
第二确定模块，用于将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；
分组模块，用于根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；
发送模块，用于通过目标链路传输分组后的数据包。
优选地，所述业务类型包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务，所述链路参数包括时延、丢包率、带宽、中继节点。
优选地，所述第一确定模块具体用于：
根据各个业务类型的优先级确定基础权重；
根据所述业务类型从业务权重系数表中确定出业务权重；
根据所述基础权重和所述业务权重确定各个链路参数的权重。
优选地，所述第二确定模块具体用于：
获取目标链路的排队长度以及数据包的长度，根据所述排队长度和数据包的长度计算排队数据包个数；
根据排队数据包个数以及上传单个数据包所需时间计算带宽容积。
优选地，所述分组模块具体用于根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组。
本发明的有益效果体现在：一种多链路聚合传输数据的方法，考虑了业务数据对带宽、时延、丢包、安全等数据传输需求，动态调整各个链路参数的权重，实现了链路质量等级的精准评估，结合数据包实际传输实际和拥塞数据包个数的带宽容积，实现了数据包的分组传输，能自适应各种业务数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的一种多链路聚合传输数据的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的业务权重系数表的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种多链路聚合传输数据的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种多链路聚合传输数据的方法，包括：
步骤1，获取待发送数据包，并待发送数据包的业务类型；
具体的，所述业务类型包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务，其中，高带宽业务：视频流媒体服务、云存储、大规模数据传输等，这些业务对网络带宽要求较高，需要能够快速传输大量数据。低丢包业务：实时音频通话、视频会议、在线游戏等，这些业务对网络的丢包率要求较低，因为丢包可能导致声音、图像卡顿或中断，影响用户体验。低延时业务：金融交易、远程操控、在线实时游戏等，这些业务对网络延迟要求较低，需要实现快速、实时的数据传输和响应，以确保及时性和准确性。高安全业务：在线支付、电子健康记录、安全通信等，这些业务要求保障数据的机密性、完整性和可用性，需要采用安全的通信和数据传输方式，以防止数据被恶意篡改或泄露。
需要说明的是，在数据包中存储有对应的业务类型标识及各个业务类型的优先级，通过识别该标识确定数据包的业务类型，识别的业务类型至少有一种。
步骤 2，获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；
具体的，所述链路参数包括时延、丢包率、带宽、中继参数。
需要说明的，本实施例通过中继器的数量和地理位置确定链路安全性，节点的国家/地区编码可以通过查询中继器的 IP 地址信息获取，用于标识中继器所处的地理位置。如在一个多链路隧道中，若多个中继节点位于一个地理相近的地区，则可能受到同一攻击者的数据监听，导致链路安全性较低，另外中继器的数量也会影响链路的安全性，随着链路中继器的数量也会影响其安全性，经研究表明，随着中继节点数量增加，链路的安全性会逐渐增加再减小，也就是说每条链路对应有最优中继器的数量，最优中继器的数量根据发送设备和接收设备的欧式距离确定，对应地，中继参数=A*（实际中继数-最优中继数）+B*位于相近地理的中继数，A、B为常数。
在本发明实施例中，在所述业务类型有多种时，确定所述权重的方法包括：根据各个业务类型的优先级确定基础权重；根据所述业务类型从业务权重系数表中确定出业务权重；根据所述基础权重和所述业务权重确定各个链路参数的权重。
示例性地，业务类型为高带宽业务、高安全业务时，高安全业务的优先级高于高带宽业务，则高安全业务对应的基础权重为0.6，高带宽业务的优先级对应的基础权重为0.4，高安全业务对应的业务权重分别为0.3、0.2、0.1、0.4，高带宽业务优先级对应的业务权重分别为0.3、0.2、0.4、0.1。具体的，各个链路参数对应权重分别为0.3、0.2、0.22、0.28。
本实施例支持多种不同业务类型，包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务等。通过识别待发送数据包中的业务类型标识，能够根据不同业务类型的需求进行优化和配置。通过定义不同业务类型的权重以及链路参数的权重，能够根据业务类型的优先级和需求，灵活调整链路参数的权重。这样可以更好地满足不同业务类型对链路参数的不同需求。主动考虑中继器的数量和地理位置对链路的安全性的影响。通过将中继器的数量和位置纳入考虑，在多链路隧道中选择合适的中继器数量和位置，增强链路的安全性。
步骤3，将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；
为了避免窗口调整速度过大，影响数据传输质量，本申请换了一种方式来表示带宽容积，我们将单个数据包的传输时间分为等待时间和实际传输实际，其中，等待受以往数据的影响，实际传输时间不受以往数据的影响，由于实际传输时间不受以往数据的影响，本实施例通过数据包的实际传输时间来衡量带宽容积，不需要根据窗口增大速度来确定带宽容积，具体的，计算带宽容积的公式为：
；
式中，表示目标链路的拥塞数据包个数，/>表示数据包长度，/>表示可用带宽。
在本发明实施例中，根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组包括：根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组。
为了进一步增大数据传输质量，本实施例对同一业务流的多个待发送数据包进行分组，分组太小，同一业务数据的数量链路切换会较为频繁，影响聚合效果，分组太大又无法及时根据链路的带宽容积进行调整。具体的，设置有传输周期，每个周期开始前执行一次目标链路选择以及数据包分组。分组大小根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的差值确定，判断差值是否超过设定值，若是，则进行分组，若否则，不进行分组，每超出一个预设变化值，则分组数增加一个预设分组数，每低于一个预设变化之，则分组数减少一个预设分组数。
步骤4，通过目标链路传输分组后的数据包。
综上，本发明实施例提供了一种多链路聚合传输数据的方法，考虑了业务数据对带宽、时延、丢包、安全等数据传输需求，动态调整各个链路参数的权重，实现了链路质量等级的精准评估，结合数据包实际传输实际和拥塞数据包个数的带宽容积，实现了数据包的分组传输，能自适应各种业务数据。
实施例2
如图3所示，本发明实施提供了一种多链路聚合传输数据的系统，包括：获取模块，用于获取待发送数据包，并待发送数据包的业务类型；第一确定模块，用于获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；第二确定模块，用于将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；分组模块，用于根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；发送模块，用于通过目标链路传输分组后的数据包。
在本发明实施例中，所述业务类型包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务，所述链路参数包括时延、丢包率、带宽、中继节点。
在本发明实施例中，所述第一确定模块具体用于：根据各个业务类型的优先级确定基础权重；根据所述业务类型从业务权重系数表中确定出业务权重；根据所述基础权重和所述业务权重确定各个链路参数的权重。
在本发明实施例中，所述第二确定模块具体用于：获取目标链路的排队长度以及数据包的长度，根据所述排队长度和数据包的长度计算排队数据包个数；根据排队数据包个数以及上传单个数据包所需时间计算带宽容积。
在本发明实施例中，所述分组模块具体用于根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种多链路聚合传输数据的方法，其特征在于，包括：
获取待发送数据包，确定待发送数据包的业务类型；
获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；
将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；
根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；
通过目标链路传输分组后的数据包；
其中，在所述业务类型有多种时，确定所述权重的方法包括：
根据各个业务类型的优先级确定基础权重；
根据所述业务类型从业务权重系数表中确定出业务权重；
根据所述基础权重和所述业务权重确定各个链路参数的权重；
所述业务类型包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务，所述链路参数包括时延、丢包率、带宽、中继参数；中继参数=A*（实际中继数-最优中继数）+B*位于相近地理的中继数，A、B为常数，最优中继数根据发送设备和接收设备的欧式距离确定；
其中，根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组包括：
根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组；
根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组包括：设置有传输周期，每个周期开始前执行一次目标链路选择以及数据包分组，分组大小根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的差值确定，判断差值是否超过设定值，若是，则进行分组，若否，则不进行分组，每超出一个预设变化值，则分组数增加一个预设分组数，每低于一个预设变化值，则分组数减少一个预设分组数。
2.根据权利要求1所述的一种多链路聚合传输数据的方法，其特征在于，获取目标链路的带宽容积包括：
获取目标链路的排队长度以及数据包的长度，根据所述排队长度和数据包的长度计算排队数据包个数；
根据排队数据包个数以及上传单个数据包所需时间计算带宽容积。
3.一种多链路聚合传输数据的系统，适用于权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待发送数据包，确定待发送数据包的业务类型；
第一确定模块，用于获取链路参数，根据链路参数及其权重确定每条链路的传输质量等级，所述权重根据待发送数据的业务类型确定；
第二确定模块，用于将传输质量等级高的链路作为目标链路，获取目标链路的带宽容积；
分组模块，用于根据目标链路的带宽容积对待发送数据包进行分组；
发送模块，用于通过目标链路传输分组后的数据包。
4.根据权利要求3所述的一种多链路聚合传输数据的系统，其特征在于，所述业务类型包括高带宽业务、低丢包业务、低延时业务、高安全业务，所述链路参数包括时延、丢包率、带宽、中继参数。
5.根据权利要求3所述的一种多链路聚合传输数据的系统，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：
根据各个业务类型的优先级确定基础权重；
根据所述业务类型从业务权重系数表中确定出业务权重；
根据所述基础权重和所述业务权重确定各个链路参数的权重。
6.根据权利要求3所述的一种多链路聚合传输数据的系统，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：
获取目标链路的排队长度以及数据包的长度，根据所述排队长度和数据包的长度计算排队数据包个数；
根据排队数据包个数以及上传单个数据包所需时间计算带宽容积。
7.根据权利要求3所述的一种多链路聚合传输数据的系统，其特征在于，所述分组模块具体用于根据所述目标链路的相邻两次目标链路带宽容积的变化情况调整对待发送数据包进行分组。
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