TW201421949A - 在至少一通訊網路內跨越第一和第二設備間複數通訊路徑的多路徑連接之建立方法和設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供在至少一通訊網路內跨越第一和第二設備間複數通訊路徑的多路徑連接之建立方法，二設備均能支持多路徑協定，其特徵為，該方法包括接續步驟為：從第一設備發送(E1)主連接建立要求，跨越該第一和第二設備間之至少二通訊路徑；從第二設備接收(E2)至少一領謝訊文，跨越該通訊路徑之一；在第一設備(C)決定(E3)通訊路徑，做為主通訊路徑，因而從第二設備(S)接收的該至少一領謝訊文之第一個，已被第一設備(C)接收，以建立該多路徑連接跨越該主通訊路徑之主連接。

Description

在至少一通訊網路內跨越第一和第二設備間複數通訊路徑的多路徑連接之建立方法和設備

本發明係關於資料封包透過一或以上通訊網路，在第一和第二多本家(multi-homed)設備間傳輸。

具體而言，本發明係關於(不僅)在多路徑傳輸控制協定(MPTCP)下，在第一多本家設備和第二遠程多本家設備間，跨越網際網路協定(IP)之多路徑連接操作。MPTCP協定在Internet Engineering Task Force於2012年4月25日公佈的草案〈對具有複數位址的多路徑操作之TCP擴充〉內有所界定。

在本發明架構中，須知：「多本家設備」指一種設備，包括至少二通訊界面(有線和/或無線)，各界面有其本身通訊位址(例如IP位址)，以便能夠按多路徑模態，與遠程通訊設備(可能不同型)交換資料封包。因此，多本家設備會涉及固定或行動電話(可能「智慧電話」型)、固定或可攜式電腦、個人數位助理器(PDA)、內容接收器(諸如解碼器、住宅閘口或機上盒(STB))、或網路設備項，諸如內容伺服器；「通訊路徑」指一種路徑，連接二通訊設備(可能是多本家)，有賴二通訊界面(每設備各一)，故通訊路徑可利用二相對應通訊界面之成對通訊位址加以識別；「副流」(sub-flow)，指TCP封包跨越單一路徑的流動，形成較大MPTCP連接之一部份。此等副流之啟動和終止，與正規TCP連接類似。

再者，MPTCP協定是正規TCP協定之擴充，以提供多路徑TCP服務，尤其是支持共現使用多本家設備之複數IP位址。MPTCP協定致能輸送連接，可與起先設計支持單一路徑TCP連接的多本家設備相容方 式，同時跨越複數路徑操作。

第一和第二多本家設備間之MPTCP連接，通常由與主通訊路徑關聯之主正規TCP連接，以及一或以上輔助TCP連接(聯結到主正規TCP連接)組成，與輔助通訊路徑關聯。此等MPTCP連接對兩端的應用，連接出現為單一TCP連接。

此外，如眾所知，能夠支持實施MPTCP協定(亦稱MPTCP資格)之多本家設備，通常具有一固定通訊界面，指派為主界面，用來啟用MPTCP連接。為求效率，此主界面應連接到引導至第二遠程多本家設備的可用路徑的最快速或最可靠之通訊路徑。

然而，當MPTCP連接在啟用時，若第一設備和第二設備間之主路徑，碰巧暫時斷路或格外慢，則建立此等MPTCP連接之延時會長久，缺點是延遲MPTCP連接建立或引導，最壞情況時，造成故障。而且，也會延遲輔助連接之建立，因為MPTCP協定要件特定主TCP連接在啟用輔助連接之前，就應在建立狀態。

本發明擬議一種解決方案，克服至少部份上述缺點。

為達成目的，本發明係關於在至少一通訊網路內跨越第一和第二設備(例如多本家)間複數通訊路徑的多路徑連接之建立方法，二設備均能支持多路徑協定。

按照本發明，該方法特點在於包括如下接續步驟：從第一設備發送主連接建立要求，跨越該第一和第二設備間之至少二通訊路徑；從第二設備接收至少一領謝訊文，跨越該通訊路徑之一；在第一設備決定把來自第二設備的該至少一領謝訊文首先被第一設備接收的通訊路徑，做為主通訊路徑接收，以建立該多路徑連接跨越該主通訊路徑之主連接。

因此，有賴本發明，第一多本家設備才能在多路徑連接建立之時，發現(最好是自動)最快速可行路徑，考慮做為多路徑連接之主路徑。即可縮短建立多路徑連接所需時間。

在較佳具體例中，本發明方法又包括步驟為： 從第一設備發送領謝訊文連同第一資料訊文，跨越該決定之通訊路徑；從第二設備接收建立領謝訊文，在第一和第二設備間建立該多路徑連接之主連接。

在第一要旨中，該方法又包括步驟為，從第一設備發送重設要求，跨越各輔助通訊路徑，與決定之主通訊路徑不同，以便沿輔助通訊路徑中輟連接。

在第二要旨中，該方法又包括步驟為：從第一設備發送輔助連接建立要求，跨越至少一輔助通訊路徑；從第二設備接收至少一領謝訊文，跨越該輔助通訊路徑；從第一設備發送領謝訊文，跨越該輔助通訊路徑，使得在第一設備和第二設備之間建立該多路徑連接之輔助連接，跨越該輔助通訊路徑。

在第三要旨中，該方法又包括步驟為：從第一設備發送代表第一設備可能輔助通訊路徑之資訊訊文，跨越該主通訊路徑；從第二設備接收輔助連接建立要求，跨越至少一輔助通訊路徑；從第一設備接收至少一領謝訊文，跨越該輔助通訊路徑；從第二設備發送領謝訊文，跨越該輔助通訊路徑，故在第一設備和第二設備之間，建立該多路徑連接之輔助連接，跨越該輔助通訊路徑。

好處是該主連接建立要求，基本上可同時由第一設備發送。

多路徑協定最好是跨越網際網路協定之多路徑傳輸控制協定。

在另一要旨，該方法可包括步驟為，按照至少一效益規範，列出第一設備和第二設備間之通訊路徑。

本發明亦針對第一設備(例如多本家)，適於在通訊網路內該第一多本家設備和第二多本家設備間，建立跨越複數通訊路徑之多路徑連接，二設備均能支持多路徑協定。

按照本發明，該設備包括：發送器，構成把主連接建立要求，跨越該設備間之至少二通訊路徑，發送至第二設備； 接收器，構成從第二設備接收至少一領謝訊文，跨越該已知通訊路徑之一；估計器，決定把來自第二設備的該至少一領謝訊文首先被該第一設備所接收之通訊路徑，做為主通訊路徑，以建立該多路徑連接跨越該主通訊路徑之主連接。

再者，發送器又構成把重設要求，跨越與所決定主通訊路徑不同之輔助通訊路徑，發送到第二設備，以便沿此等通訊路徑中輟連接。

與所揭示具體例範圍相稱之某要旨詳後。須知此等要旨之表示純對讀者提供本發明可採取之一些形式簡要摘述，而此等要旨無意限制本發明之範圍。誠然，本發明可涵蓋以下未提到之各種要旨。

C‧‧‧委託器

S‧‧‧伺服器

N‧‧‧通訊網路

A1,A2‧‧‧通訊界面

B1,B2‧‧‧通訊界面

M1‧‧‧發送器模組

M2‧‧‧接收器模組

M3‧‧‧估計器模組

M4‧‧‧計算器模組

1‧‧‧發送主連接建立要求

2‧‧‧接收至少一領謝訊文

3‧‧‧發送領謝訊文連同第一資料訊文

4‧‧‧接收建立領謝訊文

5A‧‧‧發送輔助連接建立要求

5B‧‧‧接收輔助連接建立要求

6A‧‧‧接收至少一領謝訊文

6B‧‧‧接收至少一領謝訊文

7A‧‧‧發送領謝訊文

7B‧‧‧發送領謝訊文

8‧‧‧發送代表第一設備可能輔助通訊路徑之資訊訊文

E0‧‧‧檢測通訊路徑

E1‧‧‧同時發送SYN(MP_CAPABLE)封包1

E2‧‧‧接收SYN/ACK(MP_CAPABLE)封包2

E3‧‧‧決定主通訊路徑

E4‧‧‧傳送ACK(MP_CAPABLE)封包3

E5‧‧‧發送重設要求RST

E6‧‧‧接收建立封包ACK 4

E7‧‧‧創作績效表

第1圖為可實施本發明的通訊網路一實施例之示意圖；第2圖簡略表示在第1圖通訊網路內委託器設備和伺服器間建立正規TCP連接之常用實施步驟；第3A和3B圖為流程圖，分別繪示按照內蘊方式(第3A圖)和外顯方式(第3B圖)，在通訊網路內委託器設備和伺服器間啟用MPTCP連接之常用實施步驟；第4A圖表示本發明建立多路徑連接方法較佳具體例之步驟；第4B圖為該較佳具體例方法之流程圖；第5圖為順應本發明之裝置方塊圖，能夠實施第4圖所示方法。

本發明由下述參照附圖非限制性具體例和實施例之說明，即可更佳明白。附圖所用同樣參照號碼盡量指涉相同或相似組件。

按照較佳具體例，本發明就跨越網際網路協定之多路徑協定MPTCP敘述。本發明當然不限於此等特別具體例，其他多路徑協定當然可加以考慮和實施。

在較佳具體例中，考慮二多本家和多位址設備，分別為委託器C和伺服器S，彼此透過通訊網路N(如第1圖所示)通訊。

各設備C或S為MPTCP資料，並包括若干連接界面，以其 IP位址識別。在第1至4圖之特別實施例中，委託器C和伺服器S有二界面，分別以A1,A2和B1,B2標示；所以，委託器C和伺服器S間共達四個不同路徑，即A1-B1,A1-B2,A2-B1,A2-B2。顯然，在變化例中，界面數量會有所不同。

在第1圖之實施例中，委託器C可經由分格存取網路和 ADSL存取網路，透過網際網路到達遠程伺服器S。分格存取網路(例如3G和/或4G)可直接利用委託器C存取，而ADSL存取網路可利用委託器C透過閘口存取。委託器C可經由無線和/或有線界面(例如WiFi、乙太網路等)與此等閘口通訊。

如第2圖所示，委託器C和伺服器S間單一路徑TCP連接之建立，是以三個狀態連接協定(常稱為三路連擊交換)界定：第一狀態，委託器C發送(第2圖箭頭1)同步化封包(SYN)(相當於連接建立要求)，特定委託器C想要連接的伺服器S端口數，和委託器初始序列數(ISN)。委託器C再於萌芽狀態(SYN_SENT)，等待伺服器S回應。各設備S,C以二通訊界面A1,A2和B1,B2代表；第二狀態，伺服器S回應(箭頭2)以第一型領謝封包(SYN/ACK)，含有伺服器初始序列數(ISN)，和對委託器的SYN封包之領謝封包(ACK)(包括委託器ISN加一，SYN封包消耗一序列數)。在此等二狀態，伺服器S亦呈萌芽狀態(SYN_RCVD)；第三狀態，委託器C必須發送(箭頭3)第二型領謝封包(ACK)，係伺服器的ISN加一，以領謝從伺服器S接到SYN封包。在此第三狀態，委託器C進入建立之連接狀態，於接到來自委託器C之ACK封包時，伺服器S亦進入建立之連接狀態。TCP連接(第2圖上之A2-B1)即完全開放。

第3A和3B圖繪示在多本家且MPTCP資格委託器C和多本家且MPTCP資格伺服器S間，建立MPTCP連接。如前所知，此項建立是由如下三階段構成：第一階段(以第3A和3B圖上箭頭1至3表示)，委託器C啟用正規TCP連接，但所發送SYN、SYN/ACK和ACK+DATA封包，又帶有多路徑資格選項(MP_CAPABLE)。此選項容許委託器C和伺服器S交換若干資訊，用來認證輔助TCP連接(或副流)之建立，並核對遠程伺服器S是 否支持MPTCP協定；第二階段(箭頭4)，MPTCP資格伺服器S必須以建立ACK封包，回答來自委託器C之第二型ACK+DATA封包，可含有資料或無，如果無資料可立即發送。若委託器C在再傳輸屆時(RTO)內未接到此等建立ACK封包，則再發送含MP_CAPABLE選項之建立ACK封包。MPTCP連接在委託器側呈預建立狀態(PRE_ESTABLISHED)，同時等候此領謝ACK封包。最好是在從伺服器S接到建立ACK封包時，委託器C即變換成建立狀態(ESTABLISHED)；第三階段(分別以第3A圖之箭頭5A,6A,7A和第3B圖之箭頭5B,6B,7B,8表示)，創造一新TCP連接或若干新TCP連接，聯結到第一階段末建立之主TCP連接。基本上有二主要程序，以建立此等輔助TCP連接：‧一內蘊程序(第3A圖)，其中委託器C啟用(箭頭5A,6A,7A)新輔助TCP連接，從第二IP位址A2至已知伺服器IP位址B1；‧一外顯程序(第3B圖)，其中委託器C對伺服器S提供(箭頭8)可用於MPTCP連接之IP位址(實施例A2)，故伺服器S以此等可用IP位址之一，啟用(箭頭5B,6B,7B)新輔助TCP連接。

在二情況(內蘊和外顯)下，SYN、SYN/ACK和ACK封包(分別以第3A圖內箭頭5A,6A,7A，和第3B圖內箭頭5B,6B,7B表示)，又帶有聯合選項(MP_JOIN)。

此外，第4B圖所示流程圖說明按照本發明較佳具體例，在委託器C和伺服器S間建立MPTCP連接方法之各項步驟。

特別是在預備步驟E0，委託器C可獲得在其與伺服器S間存在之諸通訊路徑。另外，可設想委託器C可能已知道通訊路徑。

在第一步驟E1，委託器C基本上同時發送同步化封包SYN 1(相當於連接之要求)，帶有MP_CAPABLE選項，給伺服器S，透過委託器C和伺服器S間之全部已通訊路徑。換言之，內嵌MP_CAPABLE選項之一SYN封包，從委託器C，透過各已知通訊路徑(實施例中有A1-B1,A1-B2,A2-B1,A2-B2)，傳送到伺服器S。為簡明起見，第4A圖只繪示一SYN(MP_CAPABLE)封包1。

顯然，做為變化例，SYN封包可僅透過部份已知通訊路徑 發送。

在又一步驟E2中，正在等候狀態的委託器C，從伺服器S透過該已知通訊路徑之一，接收至少一個第一型領謝封包SYN/ACK 2，帶有MP_CAPABLE選項。

接到如此SYN/ACK封包2時，委託器C在又一步驟E3決定委託器C最先接收SYN/ACK封包2之路徑，做為要建立的多路徑連接之主通訊路徑。

在又一步驟E4中，委託器C把帶有MP_CAPABLE選項的第二型領謝封包ACK+DATA 3，透過該決定主通訊路徑，傳送給伺服器S。委託器則呈預建立狀態(PRE_ESTABLISHED)。

在又一步驟E5中，委託器C給伺服器S發送重設要求RST，跨越各輔助通訊路徑，尚未決定為多路徑MPTCP通訊之主通訊路徑者，以取消沿此等輔助路徑之連接。

在又一步驟E6中，委託器C接到伺服器S於接收第二型ACK(MP_CAPABLE)封包時發送的建立領謝封包ACK 4，以建立該多路徑MPTCP連接之主連接。委託器C則呈建立狀態(ESTABLISHED)。

在其他步驟中(只有第4A圖表示)，聯結於已建立多路徑MPTCP連接之輔助TCP連接，可按照先前參照第3A圖(箭頭5A,6A,7A)和第3B圖(箭頭5B,6B,7B,8)所述二程序(內蘊或外顯)設置。內蘊程序只在第4A圖上表示。

此外，可在又一步驟E7內，創造委託器C和伺服器S間已知通訊路徑之效益表，其中已知通訊路徑是按照一種或多種規範排名次，例如各路徑之可靠性和/或速度。效益表可藉測量各通訊路徑(主和輔助路徑)之往回程時間(RTT)和封包錯誤率(PER)，定期更新。

有賴此效益表，委託器C能夠在較佳通訊路徑發送或要求資料，與伺服器S之資料交換最適。

此外，第5圖所示方塊圖，表示順應本發明之裝置，相當於委託器C，能夠實施上述參照第4A和4B圖說明之方法。

具體而言，委託器C包括：通訊界面A1和A2(有線和/或無線)，各界面有其本身之IP位址； 模組M1，亦稱為發送器，構成給伺服器S發送至少：‧主連接建立要求SYN 1，帶有MP_CAPABLE選項，透過至少部份已知通訊路徑，此等要求宜同時發送；‧第二型領謝訊文ACK+DATA 3，帶有MP_CAPABLE選項，跨越決定之主路徑；‧重設要求RST，跨越各輔助通訊路徑，以便沿此等輔助通訊路徑，中輟連接；‧連接建立要求SYN 5A，帶有MP_JOIN選項，透過輔助通訊路徑；‧領謝訊文SYN/ACK 6B，帶有MP_JOIN選項，跨越輔助通訊路徑；‧第二型領謝訊文ACK 7A，帶有MP_JOIN選項，跨越輔助路徑；‧資訊訊文8，代表可能之輔助通訊路徑；模組M2，亦稱為接收器，構成從伺服器S接收至少：‧一個第一型領謝訊文SYN/ACK 2，帶有MP_CAPABLE選項，跨越該已知通訊路徑之一；‧建立領謝封包ACK 4，以建立該多路徑MPTCP連接之主連接；‧連接建立要求SYN 5B，帶有MP_JOIN選項，透過輔助通訊路徑；‧第一型領謝訊文SYN/ACK 6A，帶有MP_JOIN選項，跨越輔助通訊路徑；‧第二型領謝訊文ACK 7B，帶有MP_JOIN選項，跨越輔助路徑；模組M3，亦稱為估計器，構成把首先由委託器C接到來自伺服器S的第一型領謝訊文SYN/ACK之路徑，決定為主通訊路徑；模組M4，亦稱為計算器，構成建立效益表。

第5圖呈現的方塊M1至M4純為功能單位，不一定相當於實體番開單位。亦即可以軟體形式開發，或於包括一或以上處理器之一個或數個積體電路內實施。

第1至5圖之流程圖和/或方塊圖，繪示本發明諸具體例系統、方法和電腦程式產品可能實施之組態、操作和功能。因此，流程圖或方塊圖內各方塊可代表模組、段節或部份電碼，包括一或以上可執行指令，以實施特定邏輯功能。另須知在若干替代實施中，方塊內所示功能會發生脫出圖示秩序。例如，接續所示二方塊事實上可實質同時執行，或諸方塊 有時可逆序執行，諸方塊亦可以變通順序執行，視涉及的功能而定。又須知方塊圖和/或流程圖之各方塊，以及方塊圖和/或流程圖之諸方塊組合，可由特殊目的的硬體無基本之系統(例如包括一或以上之處理器)實施，以進行特定功能或作動，或特殊目的硬體和電腦指令之組合。

E0‧‧‧檢測通訊路徑

E1‧‧‧同時發送SYN(MP_CAPABLE)封包1

E2‧‧‧接收SYN/ACK(MP_CAPABLE)封包2

E3‧‧‧決定主通訊路徑

E4‧‧‧傳送ACK(MP_CAPABLE)封包3

E5‧‧‧發送重設要求RST

E6‧‧‧接收建立封包ACK 4

E7‧‧‧創作績效表

Claims (10)

1. 一種在至少一通訊網路(N)內跨越第一和第二設備(C,S)間複數通訊路徑的多路徑連接之建立方法，其特徵為，該方法包括如下接續步驟：從第一設備(C)發送(E1)主連接建立要求(1)，跨越該第一和第二設備(C,S)間之至少二通訊路徑；從第二設備(S)接收(E2)至少一領謝訊文(2)，跨越該通訊路徑之一；在第一設備(C)決定(E3)把來自第二設備(S)的該至少一領謝訊文(2)首先被第一設備(C)所接收的通訊路徑，做為主通訊路徑，以建立該多路徑連接跨越該主通訊路徑之主連接者。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，又包括步驟為：從第一設備(C)發送(E4)領謝訊文連同第一資料訊文(3)，跨越該決定之通訊路徑；從第二設備(S)接收(E6)建立領謝訊文(4)，在第一和第二設備(C,S)間建立該多路徑連接之主連接者。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，又包括步驟為，從第一設備(C)發送(E5)重設要求(RST)，跨越各輔助通訊路徑，與決定之主通訊路徑不同，以便沿輔助通訊路徑中輟連接者。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，又包括步驟為：從第一設備(C)發送輔助連接建立要求(5A)，跨越至少一輔助通訊路徑；從第二設備(S)接收至少一領謝訊文(6A)，跨越該輔助通訊路徑；從第一設備(C)發送領謝訊文(7A)，跨越該輔助通訊路徑，使得在第一設備(C)和第二設備(S)之間建立該多路徑連接之輔助連接，跨越該輔助通訊路徑者。
5. 如申請專利範圍第3項之方法，又包括步驟為：從第一設備(C)發送代表第一設備(C)可能輔助通訊路徑之資訊訊文(8)，跨越該主通訊路徑；從第二設備(S)接收輔助連接建立要求(5B)，跨越至少一輔助通訊路徑； 從第一設備(C)接收至少一領謝訊文(6B)，跨越該輔助通訊路徑；從第二設備(S)發送領謝訊文(7B)，跨越該輔助通訊路徑，故在第一設備(C)和第二設備(S)之間，建立該多路徑連接之輔助連接，跨越該輔助通訊路徑者。
6. 如申請專利範圍第1至5項之任一項方法，其中該主連接建立要求(1)，基本上同時由第一設備(C)發送者。
7. 如申請專利範圍第1至6項之任一項方法，其中多路徑協定是跨越網際網路協定之多路徑傳輸控制協定者。
8. 如申請專利範圍第1至7項之任一項方法，又包括步驟為，按照至少一效益規範，列出(E7)第一設備(C)和第二設備(S)間之通訊路徑者。
9. 一種第一設備，適於在至少一通訊網路內該第一多本家設備(C)和第二多本家設備(S)間，建立跨越複數通訊路徑之多路徑連接，二設備(C,S)均能支持多路徑協定，其特徵為包括：發送器(M1)，構成把主連接建立要求(1)，跨越該設備(C,S)間之至少二通訊路徑，發送至第二設備(S)；接收器(M2)，構成從第二設備(S)接收至少一領謝訊文(2)，跨越該已知通訊路徑之一；估計器(M3)，決定把來自第二設備(S)的該至少一領謝訊文(2)首先被該第一設備(C)所接收之通訊路徑，做為主通訊路徑，以建立該多路徑連接跨越該主通訊路徑之主連接者。
10. 如申請專利範圍第9項之多本家設備，其中發送器(M1)又構成把重設要求，跨越與所決定主通訊路徑不同之輔助通訊路徑，發送到第二設備(S)，以便沿此等通訊路徑中輟連接者。