CN117478615A - 一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，属于网络通信领域；在实际场景中，导致乱序的原因，不仅仅是由于路径的跳数不一样导致，节点的负载率、端口带宽都有可能导致乱序问题，通常的乱序问题是网络模型的后期进行处理，但是部分应用对乱序问题的容忍度较低，因此在网络的第2层或第3层设置了乱序处理模块，使用乱序处理模块读取数据流中数据包的序列号，并进行相应的排序工作，本发明采用上述方法，解决数据包或帧在无序交付过程的延迟问题，不仅无需包或者帧复制消除和排序功能节点之间的同步，而且在网络节点中只需要网络流最小的状态/配置参数和资源即可实现，从而极大地减小了数据包或者帧转发过程的延迟。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信的技术领域，尤其是涉及一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法。
背景技术
在确定性网络中，复制和消除功能被广泛应用于实现极低的包丢失率。然而，这种做法可能会导致接收到的数据包出现无序的情况，这对于一些对时间敏感的应用程序来说是不可接受的。目前，帧或包的复制和消除功能依赖于通过多个最大不相交路径发送的相同数据包的副本，能有效提升传送容错效果。这种方式有助于确保数据包的准确性和有序性，并通过网络传输层，对一条完整的信息进行重排序，使得数据包组的信息能够准确地输送到客户端，在现有的方法中，无序交付的问题是在端点/主机的较高OSI层中处理的，只依靠较高OSI层进行重排序，负担较大，当数据包传输的比较分散，顺序相差较大，则传输层要等待数据包组完全到齐才能进行处理，即这个数据包组先接收到的其他资源要进行等待，直到数据包全部到齐才能发送，因此，为了有效避免确定性网络中突发问题。减少网络计算资源的使用，提升网络性能，提供了一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，通过在网络OSI中的第2层或第3层中的复制和消除阶段末端设计新的排序方法，从而解决数据包或帧在无序交付过程的延迟问题，不仅无需包或者帧复制消除和排序功能节点之间的同步，而且在网络节点中只需要网络流最小的状态/配置参数和资源即可实现，从而极大地减小了数据包或者帧转发过程的延迟，提升了包或帧复制和消除过程中的性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，包括以下步骤：
步骤一：在网络互联模型OSI的第二层或者第三层的消除模块后的阶段增加乱序处理模块，所述乱序处理模块包括依次连接的乱序突发选择处理器、延迟计算器和条件缓冲区，所述乱序突发选择处理器和所述条件缓冲区均与网络互联模型OSI的下一层连接；
步骤二：设置相关参数，依据数据流时间，设置MaxDelay为最大的延迟时间；依据数据流路径不同，设置MaxDelay_i为第i个路径最大延迟时间；依据消除模块的参数、流特性以及流所使用的路径的延迟差，设置TakeAnyTime为预定义的时间；
步骤三：进行乱序处理，当数据流在乱序突发处理模块的剩余延迟预算大于MaxDelay，使用延迟参数为MaxDelay，当数据流在乱序突发处理模块的剩余延迟预算小于MaxDelay，识别乱序突发处理位置接收包的路径，使缓冲数据包的延时的值依赖于路径，使用MaxDelay_i作为新的延时参数；
向乱序突发选择处理器依次输入经过消除模块的数据包，乱序突发选择处理器同时对转发出去的每个数据流中最后一个被转发的数据包的序列号Last_Sent进行记录，并继续接收数据流中的数据包，乱序突发处理选择器会读取新接收到的数据包的序列号seq_num，并与上次最后一个被转发的数据包的序列号Last_Sent进行比较；
当读取到的seq_num≦Last_Sent+1时，乱序突发选择处理器将转发新接收到的数据包，同时用seq_num更新Last_Sent，即Last_Sent = seq_num；
当读取到的seq_num>Last_Sent+1时，乱序突发选择处理器经过延时计算器将新接收到的数据包传输到后续的条件缓冲区中；
当条件缓冲区储存有数据包时，每当乱序突发处理选择器接收到新的数据包时，条件缓冲区的数据包的序列号会与Last_Sent+1进行比较，当Last_Sent+1与条件缓冲区的数据包的序列号相等时，会将条件缓冲区的这个数据包进行转发，转发数据包后，并更新Last_Sent = seq_num；
当条件缓冲区中的数据包经过预设的MaxDelay时间后，直接从条件缓冲区中将该数据包进行转发；
步骤四：重复执行步骤三，直到一个数据流中的全部数据包都被转发，下一层级的网络会接收到排序后的数据包。
优选的，所述步骤一中，乱序突发模块还包括重置单元，用于重置乱序突发模块，清除乱序突发处理模块使用的基于时间的缓冲区中所有帧或数据包。
优选的，所述步骤二中，MaxDelay_i设置为数组数据，包括了一个流的每个冗余路径的预定义的和特定于路径的缓冲时间。
优选的，所述步骤三中，当乱序突发选择处理器在预定义的时间TakeAnyTim内没有收到数据时，则下一个收到的包会被直接转发，并对Last_Sent更新。
因此，本发明采用上述方法的一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，具有以下好处：
（1）在本发明中，提供了一种解决网络第2层或第3层的乱序突发的解决方，能更快更节约资源的解决乱序突发问题。
（2）在本发明中，通过在复制和消除后的帧或包的排序功能来消除重复，极大地减小了数据传输或者转发过程的时延，提升了网络的性能。
（3）在本发明中，通过建立一种新的排序信息处理来消除重复，有助于确保数据包的准确性和有序性，从而满足不同应用程序的需求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法的模块构成图；
图2为本发明一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法的延时流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
实施例
如图1，本发明公开了一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，包括以下步骤：
步骤一：在网络互联模型OSI的第二层或者第三层的消除模块后的阶段增加乱序处理模块，所述乱序处理模块包括依次连接的乱序突发选择处理器、延迟计算器和条件缓冲区，所述乱序突发选择处理器和所述条件缓冲区均与网络互联模型OSI的下一层连接；
乱序突发模块还包括重置单元，用于重置乱序突发模块，清除乱序突发处理模块使用的基于时间的缓冲区中所有帧或数据包。
条件缓冲区用于在给定时间内，缓冲寄存数据流的无序数据包。
延迟计算器：主要进行缓冲时间考虑，用于转发复制数据包的路径的延迟差和给定数据流的有界延迟要求；
步骤二：设置相关参数，依据数据流时间，设置MaxDelay为最大的延迟时间；依据数据流路径不同，设置MaxDelay_i为第i个路径最大延迟时间；依据消除模块的参数、流特性以及流所使用的路径的延迟差，设置TakeAnyTime为预定义的时间；
步骤三：进行乱序处理，处理方法是延迟所有无序的数据包，如图2，是延迟时间的示意图，直到所有之前的数据包到达或一个给定的时间（MaxDelay）过去，当数据流在乱序突发处理模块的剩余延迟预算大于MaxDelay，使用延迟参数为MaxDelay；在最长路径上的数据包（即通过最长路径转发）不需要缓冲，因为它是传递具有给定序列号的数据包的最后机会。这是因为所有的复制副本都已经通过较短的路径到达了。
当数据流在乱序突发处理模块的剩余延迟预算小于MaxDelay，识别乱序突发处理位置接收包的路径，使缓冲数据包的延时的值依赖于路径，使用MaxDelay_i作为新的延时参数；
向乱序突发选择处理器依次输入经过消除模块的数据包，乱序突发选择处理器同时对转发出去的每个数据流中最后一个被转发的数据包的序列号Last_Sent进行记录，并继续接收数据流中的数据包，乱序突发处理选择器会读取新接收到的数据包的序列号seq_num，并与上次最后一个被转发的数据包的序列号Last_Sent进行比较；
当读取到的seq_num≦Last_Sent+1时，乱序突发选择处理器将转发新接收到的数据包，同时用seq_num更新Last_Sent，即Last_Sent = seq_num；
当读取到的seq_num>Last_Sent+1时，乱序突发选择处理器经过延时计算器将新接收到的数据包传输到后续的条件缓冲区中；
当条件缓冲区储存有数据包时，每当乱序突发处理选择器接收到新的数据包时，条件缓冲区的数据包的序列号会与Last_Sent+1进行比较，当Last_Sent+1与条件缓冲区的数据包的序列号相等时，会将条件缓冲区的这个数据包进行转发，转发数据包后，并更新Last_Sent = seq_num；
当条件缓冲区中的数据包经过预设的MaxDelay时间后，直接从条件缓冲区中将该数据包进行转发；
步骤四：重复执行步骤三，直到一个数据流中的全部数据包都被转发，下一层级的网络会接收到排序后的数据包。
具体过程中，MaxDelay=0.05s和MaxDelay_i=0.01s还有TakeAnyTime=0.08s，当接收到包的序列号为342561第一个数据包被转发，并将Last_Sent更新为3，第二个包序列号为4等于Last_Sent+1，进行转发，并更新为Last_Sent为4，第三个包的序列号为2，小于4进行转发，并将Last_Sent更新为2，第四个包序列号为5，大于2，被放入条件缓冲区，第五个包序列号是6同样被放入条件缓冲区，直到最后一个包，序列号为1小于2，第6个包被转发，条件缓冲区的数据包最后因为到达MaxDelay延迟时间，按照次序重新发出，最后转发的结果就是342156，相比于一开始要转发的数据包，经过乱序处理模块的处理，数据包的转发顺序更具有连续性，节约了计算资源。
因此，本发明采用一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，通过在网络的第2层或第3层的复制消除后的帧或包的排序功能来消除重复，从而确保数据包或帧的准确性和有序性，针对这种乱序突发的现象，并有利于减小了数据包或者帧转发过程的延迟，从而提升了包或帧复制和消除过程中的性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在网络互联模型OSI的第二层或者第三层的消除模块后的阶段增加乱序处理模块，所述乱序处理模块包括依次连接的乱序突发选择处理器、延迟计算器和条件缓冲区，所述乱序突发选择处理器和所述条件缓冲区均与网络互联模型OSI的下一层连接；
步骤二：设置相关参数，依据数据流时间，设置MaxDelay为最大的延迟时间；依据数据流路径不同，设置MaxDelay_i为第i个路径最大延迟时间；依据消除模块的参数、流特性以及流所使用的路径的延迟差，设置TakeAnyTime为预定义的时间；
步骤三：进行乱序处理，当数据流在乱序突发处理模块的剩余延迟预算大于等于MaxDelay时，使用延迟参数为MaxDelay，当数据流在乱序突发处理模块的剩余延迟预算小于MaxDelay时，识别乱序突发处理位置接收包的路径，使缓冲数据包的延时的值依赖于路径，使用MaxDelay_i作为新的延时参数；
向乱序突发选择处理器依次输入经过消除模块的数据包，乱序突发选择处理器同时对转发出去的每个数据流中最后一个被转发的数据包的序列号Last_Sent进行记录，并继续接收数据流中的数据包，乱序突发处理选择器会读取新接收到的数据包的序列号seq_num，并与上次最后一个被转发的数据包的序列号Last_Sent进行比较；
当读取到的seq_num≦Last_Sent+1时，乱序突发选择处理器将转发新接收到的数据包，同时用seq_num更新Last_Sent，即Last_Sent = seq_num；
当读取到的seq_num>Last_Sent+1时，乱序突发选择处理器经过延时计算器将新接收到的数据包传输到后续的条件缓冲区中；
当条件缓冲区储存有数据包时，每当乱序突发处理选择器接收到新的数据包时，条件缓冲区的数据包的序列号会与Last_Sent+1进行比较，当Last_Sent+1与条件缓冲区的数据包的序列号相等时，会将条件缓冲区的这个数据包进行转发，转发数据包后，并更新Last_Sent = seq_num；
当条件缓冲区中的数据包经过预设的MaxDelay时间后，直接从条件缓冲区中将该数据包进行转发；
步骤四：重复执行步骤三，直到一个数据流中的全部数据包都被转发，下一层级的网络会接收到排序后的数据包。
2.根据权利要求1所述的一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，其特征在于：所述步骤一中，乱序突发模块还包括重置单元，用于重置乱序突发模块，清除乱序突发处理模块使用的基于时间的缓冲区中所有帧或数据包。
3.根据权利要求2所述的一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，其特征在于：所述步骤二中，MaxDelay_i设置为数组数据，包括了一个流的每个冗余路径的预定义的和特定于路径的缓冲时间。
4.根据权利要求3所述的一种确定性网络可靠传输中解决突发乱序问题的方法，其特征在于：所述步骤三中，当乱序突发选择处理器在预定义的时间TakeAnyTim内没有收到数据时，则下一个收到的包会被直接转发，并对Last_Sent更新。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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