CN111699666A - 用于高效多径传输的技术 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于多径传输的技术，尤其涉及一种多径传输系统(500、600、1000)，该系统包括：第一网络实体(E1、510、610、1010)，其被配置成将输入数据流(611、1011)转换成子流(521、621、1021)的集束以供在多径传输介质(522、622、1022)上进行传输；以及第二网络实体(E2、520、620、1020)，其被配置成将经由该多径传输介质(522、1022)接收到的子流(521、621、1021)的集束重新转换成输出数据流(623、1023)，其中该转换和重新转换是基于一网络协议(511、1012)的，该网络协议(511、1012)提供拥塞控制而无需确保对子流(521、621、1021)的该集束的递送或按次序递送。

Description

用于高效多径传输的技术

技术领域

本发明涉及用于高效多径传输的技术，尤其涉及混合接入数据话务的多径传输。本发明涉及多径传输系统、网络设备和用于多径传输的方法。本公开尤其涉及多径DCCP(数据报拥塞控制协议)、用于将用于OSI网络层2和更高层的多个通信路径进行组合的技术。

背景

如图1中所示的混合接入(HA)将具有相同或不同网络技术的至少两个不同的网络链路进行组合；例如，它将固定网络上的接入与蜂窝网络上的接入进行组合。话务分布在多个未知且波动的路径上。多径集束协议(MBP)必须管理不同的路径并且包含用于路径聚集的(诸)算法。此类算法的挑战在于各路径上的数据分布，并且若需要，则需要重排序单元将数据流再次置于正确的次序，以便接收方可以使用该数据流。对在多个路径上高效地分布混合接入数据话务的挑战尚未得到解决。直至今日，还没有将多个未知且波动的路径集束成单个逻辑路径的已知办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于解决上述问题的概念，即，如何在多个路径上高效地分布数据话务，特别是针对如图1中示例性地描绘的混合接入场景。

本发明的另一目的是引入用于在混合接入环境中将数据话务进行集束的一种新的多径集束协议。

上述和其他目的是通过独立权利要求的主题内容来实现的。进一步的实现形式从从属权利要求、说明书和附图中是明显的。

在本公开中，提出了一种用于MBP的解决方案，该解决方案在不施加TCP行为的情况下利用运行良好的TCP信道估计并且同时提供无状态协议(诸如UDP或IP)的传输，这一方面消除了无状态属性，而另一方面通过确保按次序递送而引入队首阻塞。

队首阻塞是限制性能的现象，它在一队分组被第一分组阻挡时发生。示例包括输入经缓冲的网络交换机、无序递送以及多个请求。队首阻塞将阻止数据话务，直至分组间隙被填充。无序递送在经排序分组无序到达时发生。这可能由于各分组采用不同路径或分组被丢弃并重新发送而发生。按次序递送在经排序分组有序到达时发生。流控制是确保按次序递送的控制。拥塞控制可调制进入电信网络的话务，以避免因超额订阅而导致的拥塞崩溃。通常这是通过降低分组的速率来完成的，并且不应当将其与流控制相混淆，以防止发送方压倒接收方。拥塞控制包括诸如指数退避、公平排队、优先级方案等技术。

根据本公开的基本概念是增强普通的旧的数据报拥塞控制协议(DCCP)，即，从TCP继承拥塞控制而无需确保递送和随之而来的在数据丢失的情形中的队首阻塞的网络协议。这种行为完全匹配路径估计的要求，而无需施加流控制。标准化协议DCCP的这种机制被进一步朝向具有多径能力的协议MP-DCCP来发展，这是本公开的目的。MP-DCCP的主要构思是创建若干DCCP流，将它们进行集束并且分别管理它们。如此，DCCP协议不需要改变标准的特殊扩展，但是如此的MP-DCCP可能在将来被标准化。

以下呈现的方法和系统可以是各种类型。所描述的个体元件可由硬件或软件组件来实现，例如可以由通过各种技术制造并且例如包括半导体芯片、ASIC、微处理器、数字信号处理器、集成电路、电子光学电路和/或无源组件的电子组件来实现。

以下呈现的设备、系统和方法能够通过通信网络来传送信息。术语通信网络指代在其上发生信号的传输的技术基础设施。通信网络基本上包括其中信号的传输和交换在移动无线电网络或固定网络的固定设备和平台之间进行的交换网络，以及其中信号的传输在网络接入设备与通信终端之间进行的接入网络。通信网络可包括移动无线电网络的组件以及固定网络的组件两者。在移动网络中，接入网络也被称为空中接口，并且包括例如带有移动天线以建立到如上所述的通信终端的通信的基站(B节点、演进型B节点、无线电蜂窝小区)，例如带有移动适配器的移动电话或移动设备或机器终端。在固定网络中，接入网络包括例如DSLAM(数字订户线接入复用器)，以基于导线来连接多个参与者的通信终端。经由交换网络，通信可被传递到其他网络，例如其他网络运营商(例如，外国网络)。

在下文中，描述了也称为通信协议的网络协议。网络协议是一种规则系统，这些规则允许通信系统的两个或更多个实体经由通信信道或传输介质来传送信息。网络协议定义了通信的规则“语法”、“语义”和“同步”以及可能的检错和纠错。可以通过计算机硬件、软件、或两者的组合来实现各网络协议。通信系统使用经明确定义的格式来交换各种消息。

每个消息都具有准确的含义，旨在从针对该特定情况预定的一系列可能响应中引起响应。指定的行为通常独立于其如何被实现。通信协议必须由相关各方协定。为了达成协定，可以将网络协议开发为技术标准。多个协议通常描述单个通信的不同方面。设计成一起工作的一组(网络)协议被称为(网络)协议套件；当用软件实现时，它们是(网络)协议栈。因特网通信协议由因特网工程任务组(IETF)发布。IEEE处置有线和无线联网，而国际标准化组织(ISO)处置其他类型。

在通信和计算系统中，开放式系统互连模型(OSI模型)定义了一概念模型，该概念模型表征并标准化了通信功能而无需考虑其潜在的内部结构和技术。其目标是各种各样的通信系统与标准协议的互操作性。该模型将通信系统划分成各抽象层。原始版本的模型定义了七个层：物理层(层1)、数据链路层(层2)、网络层(层3)、传输层(层4)、会话层(层5)、表示层(层6)和应用层(层7)。

根据第一方面，本发明涉及一种多径传输系统，包括：第一网络实体，其被配置成将输入数据流转换成子流的集束以供在多径传输介质上进行传输；以及第二网络实体，其被配置成将经由多径传输介质接收到的子流的集束重新转换成输出数据流，其中转换和重新转换是基于一网络协议的，该网络协议提供拥塞控制而无需确保对子流的集束的递送或按次序递送。

通过此类多径传输系统，由于提供拥塞控制而无需确保递送或按次序递送的网络协议，可以将数据话务高效地分布在多个路径上。

有状态和无状态是形容词，其描述计算机或计算机程序是否被设计成在与用户、另一计算机或程序、设备或其他外部元素的交互的给定序列中记录和记住一个或多个先前事件。有状态是指计算机或程序通常通过在出于此目的来指定的存储字段中设置值来跟踪交互的状态。

无状态意味着不存在先前交互的记录，并且每个交互请求都必须完全基于其附带的信息来进行处置。有状态和无状态是在某个时刻将状态用作为一组条件来推导的。因特网协议是无状态交互的示例。每个分组完全独立地行进，而无需参考任何其他分组。无状态传输具有的优势在于，在数据传输期间不会由于对丢失分组的重传而发生中断。在接收方侧，丢失分组可以用某种分组估计来代替，例如，通过再次播放先前的分组以便填充间隙并避免暂停。

如此，DCCP是有状态的，因为它维护会话状态，但它不能确保递送或按次序递送。基于接收方反馈的拥塞控制(不完全流控制)继承有路径容量估计属性，以不会使可用路径容量资源过载。关于下面描述的图7，MP-DCCP能够传送无状态协议(如UDP或IP)，而无需将有状态行为施加给相应的所传送的协议，或无需确保(按次序)递送。如图7中所示的MP-DCCP仅施加拥塞控制。TCP是有状态的，并且还继承流控制和拥塞控制，其与DCCP相比较而言确保按次序递送。UDP和IP是无状态的，各端点上/之间不保持会话信息。这也排除了拥塞控制和流控制。数据仅在没有关于路径的知识且没有关于接收的信息的情况下发送。

如果网络中的数据分组的数目超过特定值，则网络变得过载，并且其性能会下降。当朝向目的地的容量不匹配话务需求(例如，链路容量限制或高速缓存缓冲器不足)时，就是这种情形。由于过载，网络需要较多时间来处置和移除过载情况、拥塞和冲突。提供拥塞控制的上述网络协议避免了此类瓶颈。

因此，根据第一方面的多径传输系统提供了一种用于在多个路径上对数据话务进行高效分布的解决方案。通过使用新引入的子流的多径集束，多径传输介质上的传输可被显著改善并且因此导致针对用户、特别是如上所述的混合接入场景的改善的体验质量(QoE)。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议是数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展。

根据“E.Kohler(E.科勒)、M.Handley(M.汉得利)、S.Floyd(S.弗洛伊德)的“Datagram Congestion Control Protocol(DCCP)(数据报拥塞控制协议(DCCP))”，RFC编号4340，2006年3月”的普通的旧的数据报拥塞控制协议(DCCP)是从TCP继承拥塞控制而无需确保递送的网络协议。这种行为完全匹配路径估计的要求，而无需施加流控制。标准化协议DCCP的这种机制被应用于多径传输，以获得具有多径能力的协议MP-DCCP。MP-DCCP的主要构思是创建若干DCCP流，并且进行集束以及分别管理它们(参见以下描述的图5)。如此，DCCP协议不需要改变标准的特殊扩展。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议基于对子流的集束的不可靠递送。

与提供可靠数据递送的网络协议相比，提供对子流的集束的不可靠递送的网络协议更易于实现。

不可靠传输具有的优势在于，在数据传输期间不会由于为了确保可靠性对丢失分组进行重传而发生中断。在接收方侧，丢失分组可以用某种分组估计来代替，例如，通过再次播放先前的分组以便填充间隙并避免暂停。在可靠传输中，接收方必须等待直至丢失的分组被重传。因此，在畸变的传输、特别是针对实时话务的情形中，不可靠传输改善了用户的体验质量。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议是基于服务检测的，该服务检测被配置成检测包括在输入数据流中的服务，其中该服务基于输入数据流的以下特性中的至少一者来检测：源地址、目的地地址、深度分组检查、话务模式。

这提供了以下优势：通过使用服务检测，可以根据其要求来具体地传送每个服务。例如，可以通过高质量的传输路径来传送实时话务(诸如话音或语音话务)，而同时可以通过使用不那么可靠的传输路径来传送非实时话务(诸如文件下载或视频下载)。在其他场景中，服务可以受益于一群流中的各个流的容量聚集或一群流中的各个流之间的无缝切换。不同服务之间的这种差异改善了QoE。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议是基于路径管理的，该路径管理被配置成检测和管理多径传输介质朝向第二网络实体的可用路径。

这提供了以下优势：路径管理可以根据话务要求、相对于最优传输来检测能针对不同的服务被高效利用的不同可用路径(例如，DSL路径和LTE路径)。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议是基于调度的，该调度被配置成基于决策逻辑来在多径传输介质的可用路径上分布输入数据流的有效载荷单元以创建子流的集束。

这提供了以下优势：调度可以提供对不同数据流和服务的高效分类。因此，每个数据话务可以根据其需要并且相对于可能具有更高优先级或更多限制性要求的其他数据话务来传送。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议是基于每路径监视的，该每路径监视被配置成监视多径传输介质的各路径的以下参数中的至少一者：容量、等待时间、抖动、质量和丢失。

这提供了以下优势：可以检查和监视每个可用路径以获得对相应的路径特性的深刻理解。因此，可以达成不同路径至不同有效载荷数据的根据数据要求的最优分配。

在多径传输系统的示例性实现形式中，决策逻辑基于来自每路径监视的信息。

这提供了可以应用协同作用的优势。每路径监视提供了可以由决策逻辑利用的相关信息以提供所有数据话务的最优传输。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议是基于重排序的，该重排序被配置成根据预定义的排序、特别是根据整体排序来对通过子流的集束所接收到的数据进行重排序，子流的该集束是在第二网络实体处被接收到的。

此类重新排序提供以下优势：不同的路径特性可被均衡，例如，可以缓解等待时间尖峰加扰或分组丢失。此类重排序不是强制性的，并且可以例如通过预先进行均衡的运行良好的调度器或者通过使用具有相同特性的路径来避免。

在多径传输系统的示例性实现形式中，网络协议包括策略接口，该策略接口被配置成确定以下操作的策略：服务检测、路径管理、调度、和/或将子流的集束重新转换成输出数据流。

策略接口可被用于灵活地定义网络协议的特定要求，以及使网络协议灵活地适应变化的环境。

在多径传输系统的示例性实现形式中，服务检测的策略基于以下选项之一或组合：输入数据流的话务模式、输入数据流的OSI层协议标识符、输入数据流的OSI层报头标识符、输入数据流的有效载荷标识符。

这提供了以下优势：多径网络协议可以在话务模式、OSI层协议标识符与报头标识符之间进行区分，并且因此对进入子流中的集束进行调整以获得最优性能。

在多径传输系统的示例性实现形式中，路径管理的策略基于以下选项之一或组合：多径传输介质的路径数、多径传输介质的路径类型(特别是移动或固定的)、等待时间阈值、白名单(特别是多径传输介质的各路径的可允许IP地址)、黑名单(特别是多径传输介质的各路径的被阻止的IP地址)、用于多径传输介质的拥塞控制的每路径设置。

这提供了以下优势：对于每个路径，可以考虑因路径而异的准则(诸如移动或固定，等待时间等)，并且可以最优地调整多径介质上的传输。

在多径传输系统的示例性实现形式中，调度的策略基于以下选项之一或组合：基于流的调度、基于数据流的调度、基于分组的调度、基于服务的调度、路径优先级、流优先级、应用优先级、低等待时间优先级、稳健性和最小等待时间、循环、按次序递送以避免重排序、话务成形、路径卸载。

这提供了可以将调度灵活地调整成不同的调度选项的优势。

在多径传输系统的示例性实现形式中，将子流的集束重新转换成输出数据流的策略基于以下选项之一或组合：最大均衡时间、静态或动态均衡、缓冲器大小、开启或关闭。

这提供了以下优势：接收方(即，第二网络实体)可被最优地调整成传送方(即，第一网络实体)的所使用的传输选项。

在多径传输系统的示例性实现形式中，第一网络实体被配置成：在不进行封装的情况下将包括OSI层4有效载荷在内的输入数据流转换成子流的集束，以及在将包括OSI层2或OSI层3有效载荷在内的输入数据流封装在OSI层4、特别是DCCP中之后将其转换成子流的集束。

这提供了以下优势：可以通过多径传输来最优地传送每种OSI话务。封装可以例如被应用于节点到节点的数据话务，例如，在各网络节点(诸如使用OSI层2或OSI层3话务的网关)之间。可以将传入的较高层数据话务封装到OSI层2或OSI层3话务中，以供两个网络节点之间的传输。直接传输(即，不进行封装)可被最优地应用于端到端数据通信，例如，用于从网络服务器下载视频流的浏览器之间，即，在不需要封装的情况下的话务场景中。

在多径传输系统的示例性实现形式中，第一网络实体被配置成封装无状态输入数据流以用于经封装的输入数据流的无状态传输，而不影响DCCP协议的有状态特性。

这提供了以下优势：无状态输入话务可以在没有如上所述的有状态传输的缺点的情况下被传输。

根据第二方面，本发明涉及一种用于将输入数据流转换成子流的集束以供在多径传输介质上进行传输的网络设备，该网络设备包括：路径管理器，其被配置成检测和管理多径传输介质的可用路径；调度模块，其被配置成基于决策逻辑来在该多径传输介质的该可用路径上分布输入数据流的有效载荷单元以创建子流的集束；路径监视器，其被配置成监视该多径传输介质的各路径的以下参数中的至少一者：容量、等待时间、抖动和丢失，其中该决策逻辑基于来自该路径监视器的信息。

通过此类网络设备，由于提供拥塞控制而无需确保递送或按次序递送的网络设备的不同实体，可以将数据话务高效地分布在多个路径上。因此，根据第二方面的网络设备提供了一种用于在多个路径上对数据话务进行高效分布的解决方案。通过使用新引入的子流的多径集束，多径传输介质上的传输可被显著改善并且因此导致针对用户、特别是如上所述的混合接入场景的改善的体验质量(QoE)。

在网络设备的示例性实施形式中，该网络设备包括策略接口、特别是策略应用程序接口API，其被配置成确定路径管理器、调度模块和/或路径监视器的策略。

策略接口可被用于灵活地定义网络协议的特定要求，以及使网络协议灵活地适应不断变化的环境。

在网络设备的示例性实现形式中，路径管理器、调度模块和路径监视器被配置成实现基于对子流的集束的不可靠递送、特别是基于数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展的网络协议。。

与提供可靠数据递送的网络协议相比，提供对子流的集束的不可靠递送的网络协议更易于实现。不可靠传输的优势在于，在数据传输期间不会由于为了确保可靠性对丢失分组进行重传而发生中断。在接收方侧，丢失分组可以用某种分组估计来代替，例如，通过再次播放先前的分组以便填充间隙并避免暂停。在可靠传输中，接收方必须等待某一时间直至丢失的分组被重传。因此，在畸变的传输、特别是针对实时话务的情形中，不可靠传输改善了用户的体验质量。

根据第三方面，本发明涉及一种用于多径传输的方法，该方法包括：将输入数据流转换成子流的集束以供在多径传输介质上进行传输；以及将经由该多径传输介质接收到的子流的集束重新转换成输出数据流，其中，该转换和重新转换是基于一网络协议的，该网络协议提供拥塞控制而无需确保对子流的集束的递送或按次序递送。

通过此类方法，由于提供没有流控制但是有对子流的集束的拥塞控制的网络协议，可以将数据话务高效地分布在多个路径上。因此，根据第三方面的方法提供了一种用于在多个路径上对数据话务进行高效分布的解决方案。通过使用新引入的子流的多径集束，多径传输介质上的传输可被显著改善并且因此导致针对用户、特别是如上所述的混合接入场景的改善的体验质量(QoE)。

根据第四方面，本发明涉及一种包括程序代码的计算机程序产品，当在计算机或处理器上执行该程序代码时，其用于执行根据本发明第三方面的方法。

本发明的实施例可以在硬件和/或软件中实现。

本公开中应用了以下缩略词：

API 应用接口

CWND 拥塞窗口

DCCP 数据报拥塞控制协议

DSL 数字订户线

GRE 通用路由封装

HA 混合接入

IP 因特网协议

LTE 长期演进

MAC 媒体接入控制

MP 多径

MP-DCCP多径DCCP

MPTCP多径TCP

OSI开放式系统互连

OTT运营商之外的第三方服务商提供的应用服务(Over The Top)

RTT 循环时间

TCP 传输控制协议

UDP 用户数据报协议

附图简述

本发明的进一步实施例将相对于以下附图来描述，其中：

图1示出了用于混合接入(HA)的参考拓扑100；

图2示出了多径传输控制协议(MPTCP)200的一般架构；

图3示出了具有所要求的调度引擎的MBP详细网络架构300；

图4示出了具有必需的调度引擎311和可任选的重排序单元423的MBP详细网络架构400；

图5示出了根据本公开的多径DCCP 500的一般架构；

图6示出了根据本公开的多径DCCP 600的详细架构；

图7示出了根据本公开的多径DCCP封装转换器700；

图8示出了根据本公开的具有直接DCCP应用使用的多径DCCP 800；

图9示出了根据IETF RFC4340的DCCP通用扩展报头900的示意图；

图10示出了根据本公开的多径传输系统1000的一般架构；以及

图11示出了解说根据本公开的用于多径传输的方法1100的示意图。

具体实施方式

在以下的详细描述中，参考形成本公开的一部分的附图，并且其中藉由解说示出了可以放置本发明的具体方面。应理解，可利用其他方面并且可以做出结构或者逻辑改变，而不脱离本发明的范围。因此，以下详细描述不应按照限制的意义来理解，如本发明的范围由所附权利要求限定。

例如，应理解，与所述方法相关的公开对于被配置成执行该方法的相应设备或系统也可以是真的，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可包括执行所描述的方法步骤的单元，即使在附图中未显式地描述或解说此类单元。此外，应理解，除非另有特别说明，否则本文所描述的各种示例性方面的特征可以彼此组合。

图1示出了用于混合接入(HA)的参考拓扑100。参考拓扑100解说了具有客户网络111和家用网关(该家用网关具有混合接入客户端112)的家用网络区域110、具有各种各样的运营商网络121、122、123、124、125、126的集成运营商网络120、以及具有因特网131的因特网区域130。在运营商网络121、122、123、124、125、126处，实现混合接入算法和协议127以将混合接入客户端112与混合接入服务器128相连接以用于与因特网131的连接。

混合接入(HA)将具有相同或不同网络技术的至少两个不同的网络链路进行组合；例如，它将固定网络122上的接入与蜂窝网络121上的接入进行组合。图1示出了用于HA的典型场景，但也可被实现为OTT(over the top)解决方案。HA客户端112具有至少两个接入接口，一个接口例如用于数字订户线(DSL)接入122，而另一接口例如用于对长期演进(LTE)网络121的接入。关于HA算法的考虑集中于分布式客户端-服务器解决方案，其具有住宅网关中的客户端功能以及运营商126的网络处或公共因特网131中的数据中心中的服务器功能(HA服务器128)。但是，如图2中所示，多径使用也可被直接应用于终端设备，而无需使中间设备进行代表。

图2示出了多径传输控制协议(MPTCP)200的一般架构。发送方210基于多径集束协议(MBP)222来将数据传送到接收方220。发送方210和接收方220两者都包括启用MBP的端点。多径集束协议(MBP)222必须管理不同的路径221并且包含用于路径聚集的(诸)算法。此类算法的挑战在于各路径221上的数据分布，并且若需要，则需要重排序单元将数据流再次置于正确的次序，以便接收方220可以使用该数据流。MBP 222可以单向或双向地应用。

图3示出了具有所要求的调度引擎311的MBP详细网络架构300。生成器310基于图2中所描述的多径集束协议(MBP)222来生成供传送到接收方320的数据。在与MBP 222进行传输之前，由生成器310生成的数据被调度器311调度。发送方侧的调度311(分布)是MBP 222不可或缺的要求，并且因此如图3所示是强制性的。

图4示出了具有必需的调度引擎311和可任选的重排序单元423的MBP详细网络架构400。该架构对应于具有附加重排序单元423的、图3中所示的架构300。

对于其中不同路径特性被组合的异构环境，可能将发生数据加扰。如果分布式较高OSI层协议(相对于目标MBP OSI层)或通过MBP 222连接的服务对数据加扰有不良反应，则如图4中所示，使用接收方320侧的重排序单元423可能有帮助。不同的设计目标可被应用于MBP，例如递送高的总吞吐量/实际吞吐量、低等待时间、确保质量、无缝连接性等。

根据“A.Ford(A·福特)、C.Raiciu(C·雷丘)、M.Handley(M·汉得利)、以及O.Bonaventure(O·博纳文图尔)的“TCP Extensions for Multipath Operation withMultiple Addresses(具有多个地址的多径操作的TCP扩展)”RFC编号6824，2013年1月”的多径传输控制协议(MPTCP)能被应用于MBP，根据“Nicolai Leymann(尼克莱·莱曼)、Cornelius Heidemann(科尼利厄斯·海德曼)、Minggui Zhang(张明桂)、Behcet Sarikaya(白塞·萨里卡娅)、Margaret Cullen(玛格丽特·卡伦)的“Huawei's GRE TunnelBonding Protocol(华为GRE隧道绑定协议)”RFC编号8157，2017年5月”的华为GRE隧道集束协议同样如此。MPTCP是传输层协议的作为对常规传输控制协议(TCP)的扩展的新提议的标准。MPTCP增强网络性能，尤其是在一个接口上的可用吞吐量相对低于应用需求的情况下，并且存在将多个(n个)接口用于最大化整体输出的可能性，如图2中所示。MPTCP利用TCP的路径估计和严格的按次序递送的固有能力。第一个能力有助于设计高效的调度器，这是因为它具有关于RTT、CWND、传输中字节数等的永久知识，而后一个能力使接收方侧进行重排序的努力保持较小，这是因为MPTCP可以依赖：流的每一部分将被接收到并且因此仅需要等待并且将其置于正确的次序。GRE办法与MPTCP相比较而言是非常静态的设置，而无需固有地提供像TCP那样的广泛信令，并且因此仅限于与一个未知路径相组合的N个已知(在容量方面已知，不计及RTT/等待时间)的优先路径。调度器确保在将溢出的分组转移到未知路径之前首先填充(诸)已知路径。重排序队列如下工作：用静态时间值来均衡各路径之间的等待时间差异并尝试确保按次序递送，这可能合适、也可能不合适。原则上，它不能对来自网络路径的新挑战(如分组丢失、带宽减少、或等待时间波动)进行动态的反应。此外，如果一个所使用路径是有损或等待时间敏感的，则它会引入许多抖动。可以通过华为GRE隧道绑定协议来传递的TCP对此抖动非常敏感并将显著降低速度，但是基于无状态传输协议(例如，UDP)的应用也将难以处置该抖动并且可能会表现为被连接到已中断的单个链路。

MPTCP作为对于TCP的强大的经优化集束解决方案，在效率和开销方面几乎达到最优状态，但显然仅限于TCP协议。另一方面，GRE办法原则上支持IP层(OSI-层3)，该层是无状态的，但尤其在对未知路径进行组合上缺乏效率。清楚地表明，需要利用像TCP之类的信令(发送数据并确收该数据)来优化调度，并帮助在接收方侧将数据置于正确的次序。使MPTCP能够传输无状态协议(IP、UDP等)的第一粗略且容易的办法是通过TCP隧道来隧穿这种话务，该话务再次在MPTCP上分布。然而，这可能会对经隧道封装的话务施加不想要的TCP行为(像重传和队首阻塞)，并且如果话务已经是TCP，则可能会导致TCP崩溃效应，从而导致数据流停止运行。

图5示出了根据本公开的多径DCCP 500的一般架构。一般而言，示出了包括第一网络实体E1 510和第二网络实体E2 520的多径传输系统500。第一网络实体510被配置成将输入数据流转换成子流(例如，DCCP子流)521的集束以供在多径传输介质522上进行传输。第二网络实体E2 520被配置成将经由多径传输介质522接收到的子流521的集束进行重新转换。转换和重新转换是基于一网络协议511的，该网络协议511提供拥塞控制而无需确保对子流521的集束的递送或按次序递送。

在图5中，示出了一种基于作为网络协议的多径数据报拥塞控制协议MP-DCCP的实现。MP-DCCP是普通的旧的数据报拥塞控制协议(DCCP)的多径扩展，该DCCP是根据“E.Kohler(E.科勒)、M.Handley(M.汉得利)、S.Floyd(S.弗洛伊德)的“DatagramCongestion Control Protocol(DCCP)(数据报拥塞控制协议(DCCP))”，RFC编号4340，2006年3月”的、从TCP继承拥塞控制而无需确保递送的网络协议。这种行为完全匹配路径估计的要求，而无需施加流控制。标准化协议DCCP的这种机制被进一步朝向具有多径能力的协议MP-DCCP来发展，这是本公开的目的。MP-DCCP的主要构思是将若干DCCP流521创建为集束并分别管理它们。如此，DCCP网络协议不需要改变标准的特殊扩展。

如下文所述，图5中所示的解决方案能够在多个路径上高效地分布不可靠话务。图5中所示的多径传输系统500将多个未知且波动的路径高效地集束成单个逻辑路径。

与个体的单个路径使用相比，实际吞吐量增益可由此解决方案来达成。另外，可以如下所述地应用话务导向机制，如路径优先级、等待时间减少或稳健性。下文所述的MBP解决方案在不施加TCP行为的情况下利用运行良好的TCP信道估计并同时提供不可靠协议(如UDP或IP)的传输，这消除了不可靠属性。

图6示出了根据本公开的用于传送方610侧和接收方620侧的多径DCCP600的详细架构。MP-DCCP 600包括可任选的服务检测612、路径管理器615、路径监视614、调度器引擎613、可任选的重排序引擎622和策略应用接口630。在传送方侧610，服务检测模块612可以基于例如源、目的地、深度分组检查、话务模式等特性来区分服务，并相应地标记要在调度器中处置的分组。路径管理器615负责检测朝向目的地的n条可用路径，对这些可用路径进行管理，并使它们可用于创建n个DCCP流621的调度器引擎613。调度器613包括用于在可用路径622上分布(来自输入流611的)有效载荷单元的决策逻辑，并且因此可以使用每路径监视614的信息。监视614本身至少保持对容量、等待时间、抖动和丢失的跟踪。在接收方侧620，可任选的重排序引擎622可被用于均衡不同的路径特性，例如，缓解等待时间尖峰、加扰或分组丢失。此类重排序引擎622不是强制性的，并且可以例如通过预先进行均衡的良好运行的调度器613或者通过使用具有相同特性的路径来避免。

可以存在于发送方610侧和接收方620侧并且可以是连通或单独的策略接口630可以通过定义例如服务检测612(以下选项之一或组合)来影响所有其他MP-DCCP组件：

·话务模式

·OSI层协议标识符

·OSI层报头标识符

·有效载荷标识符

·等等。

路径管理器615(以下选项之一或组合)：

·路径数

·路径类型，例如，移动、固定等

·等待时间阈值

·容量阈值

·白名单，例如，IP地址

·黑名单，例如，IP地址

·设置(每路径)拥塞控制

·等等。

调度器引擎613(以下选项之一或组合)：

·基于流/数据流/分组的调度

·基于服务的调度

·路径优先级

·流优先级

·应用优先级

·低等待时间优先级

·稳健和最小等待时间

·循环

·按次序递送(避免重排序)

·话务成形

·路径卸载

·等等。

重组引擎单元(以下选项之一或组合)：

·最大均衡时间

·静态/动态均衡

·缓冲器大小

·开启/关闭

·等等。

如以上所定义的MP-DCCP 600的各个组件可以彼此交换信息。

图7示出了根据本公开的多径DCCP封装转换器700。

生成器710生成输入数据流711以供传送到接收方720。

在传送方侧，调度和封装模块712被用于在将输入数据流711封装到DCCP中之后，创建DCCP子流721的集束以供在多径传输介质上进行传输。在接收方720侧，解封装模块722将重组后的数据输出数据流进行解封装之后，将其提供给接收方720。经由MP-DCCP来传输话务具有选项。将任何话务封装到DCCP中，或直接由两端上的DCCP应用来使用。第一种解决方案如图7中所描绘，而第二种解决方案如图8中所描绘。根据图7的封装选项具有成为OSI层2或OSI层3的能力的优势，而不会像流控制或类似操作那样施加不利的副作用。生成器710端的“调度器+封装”引擎712可被放置在分开的设备中，“解封装引擎”722和接收方720也可被放置在分开的设备中。

多径DCCP封装转换器700可以例如应用于节点到节点的数据话务，例如，在各网络节点(诸如使用OSI层2或OSI层3话务的网关)之间。可以将传入的较高层数据话务封装到OSI层2或OSI层3话务中，以供两个网络节点之间的传输。无需在网络节点(例如，网关)中实现更高层的网络协议。

图8示出了根据本公开的具有直接DCCP应用使用的多径DCCP 800。DCCP生成器810生成DCCP输入数据流811以供传送到DCCP接收方820。在传送方侧，调度器812(无封装)被用于创建DCCP子流821的集束以供在多径传输介质上进行传输。在DCCP接收方820侧，可借助于套接字API 822来重组DCCP流821，以将带有有效载荷823的输出数据流提供给DCCP接收方820。多径DCCP 800例如可被应用于端到端数据话务，例如，在用于从网络服务器820下载视频流的浏览器810之间的端到端数据话务。设备810、820两者都使用OSI层4话务(诸如DCCP)，因此不需要封装。

图9示出了根据IETF RFC4340的DCCP通用扩展报头900的示意图。扩展报头900包括如图9中所示的各种数据字段。16比特源端口、16比特目的地端口、数据偏移字段、CCVal字段、CsCov字段、校验和字段、保留数据字段、类型字段、X字段，另一保留数据字段、序列号(高比特)和序列号(低比特)。

DCCP通用报头900已经包括通过维持每数据报的“序列号”而进行的排序，并且为48比特(扩展报头)或24比特长。特别地，例如，如以上关于图6所描述的，在接收方侧的可任选的重新排序是一种功能性，该功能性对于将有效载荷的各部分置于它们如何从发起方发送的次序而言是非常有用的。为了优化重排序过程，整体排序可能会有帮助，其能通过使用现有的DCCP选项或通过定义新的DCCP选项来进行添加，该现有的DCCP选项例如在“E.Kohler(E.科勒)、M.Handley(M.汉得利)、S.Floyd(S.弗洛伊德)的“DatagramCongestion Control Protocol(DCCP)(数据报拥塞控制协议(DCCP))”，RFC编号4340，2006年3月”的第30页中描述。例如，DCCP通用报头900的保留比特字段或类型比特字段之一可被传送方用来向接收方指示整体排序。接收方可以从DCCP通用报头900移除所指示的值以便与DCCP标准兼容。

图10示出了根据本公开的多径传输系统1000的一般架构。多径传输系统1000包括第一网络实体1010和第二网络实体1020。第一网络实体1010被配置成将输入数据流1011转换成子流1021的集束以供在多径传输介质1022上进行传输。第二网络实体1020被配置成将经由多径传输介质1022接收到的子流1021的集束重新转换成输出数据流1023。转换和重新转换是基于一网络协议1012的，该网络协议1012提供拥塞控制而无需确保对子流1021的集束的递送或按次序递送。

输入数据流1011可以从外部接收，或者替换地可以在第一网络实体1010内部生成。输出数据流1023可被传送到外部设备，或者替换地可在第二网络实体1020中终止。

网络协议1012可以是数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展。网络协议1012基于对子流1021的集束的不可靠递送，即，不能保证对每个数据分组的递送。

网络协议1012可以基于服务检测612，例如，如以上关于图6所描述的，其被配置成检测包括在输入数据流1011中的服务，其中，基于输入数据流1011的以下特性中的至少一者来检测服务：源地址、目的地地址、深度分组检查、话务模式。

网络协议1012可以基于例如如以上关于图6所描述的路径管理615，其被配置成检测和管理多径传输介质1022朝向第二网络实体1020的可用路径。

网络协议1012可以基于例如上面关于图6所描述的调度613，其被配置成基于决策逻辑来在多径传输介质1022的可用路径上分布输入数据流1011的有效载荷单元以创建子流1021的集束。

网络协议1012可以基于例如如以上关于图6所描述的每路径监视614，其被配置成监视多径传输介质1022的各路径的以下参数中的至少一者：容量、等待时间、抖动、和丢失。决策逻辑可以基于来自例如如以上关于图6所描述的每路径监视614的信息。

网络协议1012可以基于例如如以上关于图6所描述的重排序622，其被配置成根据预定义的排序、特别是根据整体排序来对在第二网络实体1020处接收到的子流1021的集束进行重排序。

网络协议1012可以包括例如如以上关于图6所描述的策略接口630，其被配置成确定以下操作的策略：服务检测612、路径管理615、调度613、和/或将子流1021的集束重新转换成输出数据流1023，例如，如以上关于图6所描述的。

服务检测612的策略可以基于以下选项之一或组合：输入数据流1011的话务模式、输入数据流1011的OSI层协议标识符、输入数据流1011的OSI层报头标识符、输入数据流1011的有效载荷标识符，例如，如上面关于图6所描述的。

路径管理615的策略可以基于以下选项之一或组合：多径传输介质1022的路径数、多径传输介质1022的路径类型(特别是移动或固定的)、等待时间阈值、容量阈值、白名单(特别是多径传输介质1022的各路径的可允许IP地址)、黑名单(特别是多径传输介质1022的路径的被阻止IP地址)、用于多径传输介质1022的拥塞控制的每路径设置，例如，如以上关于图6所描述的。

调度613的策略可以基于以下选项之一或组合：基于流的调度、基于数据流的调度、基于分组的调度、基于服务的调度、路径优先级、流优先级、应用优先级、低等待时间优先级、稳健性和最小等待时间、循环、按次序递送以避免重排序、话务成形、路径卸载，例如，如上面关于图6所描述的。

将子流1021的集束重新转换成输出数据流1023的策略可以基于以下选项之一或组合：最大均衡时间、静态或动态均衡、缓冲器大小、开启或关闭，例如，如上面关于图6所描述的。

第一网络实体1010可以被配置成在不进行封装的情况下将包括OSI层4有效载荷811在内的输入数据流1011转换成子流1021的集束，例如，如上面关于图8所描述的。第一网络实体1010可以被配置成在将包括OSI层2或OSI层3有效载荷在内的输入数据流1011封装到OSI层4、特别是DCCP中之后，将其转换成子流1021的集束，例如，如上面关于图7所描述的。

在图10中，第一网络实体1010还表示用于将输入数据流1011转换成子流1021的集束以供在多径传输介质1022上进行传输的网络设备1010。此类网络设备1010可以包括路径管理器615、调度模块613和路径监视器614，如上面参照图6所描述的。路径管理器615被配置成检测和管理多径传输介质1022的可用路径。调度模块613被配置成基于决策逻辑来在多径传输介质1022的可用路径上分布输入数据流1011的有效载荷单元以创建子流1021的集束。路径监视器614被配置成监视多径传输介质1022的各路径的以下参数中的至少一者：容量、等待时间、抖动和丢失，其中，决策逻辑基于来自路径监视器614的信息。

网络设备610可以包括例如如上面关于图6所描述的策略接口630、特别是策略应用程序接口API，其被配置成确定路径管理器615、调度模块613和/或路径监视器614的策略。

例如，如上面关于图5和图6所描述的，路径管理器615、调度模块613和路径监视器614可以被配置成实现网络协议511，该网络协议511基于对子流1021的集束的不可靠递送、特别是基于数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展。

网络设备610可以包括如上面关于图6所描述的其他功能块。

图11示出了解说根据本公开的用于多径传输的方法1100的示意图。

方法1100包括第一步骤：将输入数据流转换(1101)成子流的集束以供在多径传输介质上进行传输，例如，如以上关于图5至图10所描述的。方法1100包括第二步骤：将经由多径传输介质接收到的子流的集束重新转换(1002)成输出数据流，其中转换和重新转换是基于一网络协议的，该网络协议提供拥塞控制而无需确保对子流的集束的递送或按次序递送，例如，如上面关于图5至图10所描述的。

方法1100可包括进一步的步骤，诸如例如根据以上参照图5到10所描述的计算框。

本发明的另一方面涉及一种包括程序代码的计算机程序产品，当在计算机或处理器上执行该程序代码时，该程序代码用于执行方法1100或上述功能。方法1100可被实现为可被存储在非瞬态计算机介质上的程序代码。计算机程序产品可以实现以上关于图5到10描述的技术。

虽然本公开的特定特征或方面可能仅关于若干实现或实施例中的一个被公开，但此种特征或方面可与其他实现或实施例的一个或多个其他特征或方面相结合，这对于任何给定的或特定的应用可以是期望的和有利的。此外，在详细描述或权利要求书中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或其其他变体的范围内，此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式被包含。同样，术语“示例性”、“例如”和“例如”仅仅意指作为示例，而不是最好的或最优的。术语“耦合”和“连接”，连同衍生物可能已经被使用。应当理解的是，这些术语可能已经被用来指示两个元素相互合作或相互作用，无论它们是直接物理接触还是电接触，或者它们不是彼此直接接触的。

尽管本文已经解说和描述了特定方面，但是本领域的普通技术人员将领会，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种替代和/或等效实现来代替所示出和描述的特定方面。本申请旨在涵盖本文所讨论的特定方面的任何调整或变化。

尽管以下权利要求中的元素是以特定的顺序描述的，但除非权利要求描述另有暗示用于实现其中一些或所有元素的特定顺序，否则这些元素不必然旨在限于以该特定顺序实现。

根据以上教导，许多替代、修改和变化对于本领域的技术人员将是明显的。当然，本领域技术人员容易认识到，除了本文所述的那些应用之外，本发明还有许多应用。虽然已经参照一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多改变。因此，应当理解，在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明可以不是如本文特别描述的那样来实践。

Claims (12)

1.一种多径传输系统(500、600、1000)，包括：

第一网络实体(E1、510、610、1010)，其被配置成将输入数据流(611、1011)转换成子流(521、621、1021)的集束以供在多径传输介质(522、622、1022)上进行传输；以及

第二网络实体(E2、520、620、1020)，其被配置成将经由所述多径传输介质(522、1022)所接收到的子流(521、621、1021)的所述集束重新转换成输出数据流(623、1023)，其中所述重新转换包括重组所述子流(521、621、1021)以提供所述输出数据流，

其中所述转换和所述重新转换是基于提供拥塞控制的网络协议(511、1012)的，其中所述网络协议(511、1012)基于对子流(521、621、1021)的所述集束的不可靠且无序递送，

其中所述网络协议(511)是数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展。

2.如权利要求1所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述网络协议(511)是基于服务检测(612)的，所述服务检测(612)被配置成检测包括在所述输入数据流(611)中的服务，

其中所述服务基于所述输入数据流(611)的以下特性中的至少一项来检测：源地址、目的地地址、深度分组检查、话务模式。

3.如权利要求2所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述网络协议(511)是基于路径管理(615)的，所述路径管理(615)被配置成检测和管理所述多径传输介质(522、622)朝向所述第二网络实体(E2、520、620)的可用路径。

4.如权利要求3所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述网络协议(511)是基于调度(613)的，所述调度(613)被配置成基于决策逻辑来在所述多径传输介质(522、622)的所述可用路径上分布所述输入数据流(611)的有效载荷单元以创建子流(521、621)的所述集束。

5.如权利要求4所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述网络协议(511)是基于每路径监视(614)的，所述每路径监视(614)被配置成监视所述多径传输介质(522、622)的各路径的以下参数中的至少一者：容量、等待时间、抖动、质量和丢失，

其中所述决策逻辑基于来自所述每路径监视(614)的信息。

6.如权利要求5所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述网络协议(511)是基于重排序(622)的，所述重排序(622)被配置成根据预定义的顺序来对通过子流(521、621)的所述集束所接收到的数据进行重排序，子流(521、621)的所述集束是在所述第二网络实体(E2、520、620)处接收到的。

7.如权利要求4至6中的一项所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述网络协议(511)包括策略接口(630)，所述策略接口(630)被配置成确定以下操作的策略：所述服务检测(612)、所述路径管理(615)、所述调度(613)、和/或将子流(521、621)的所述集束重新转换成所述输出数据流(623)。

8.如权利要求7所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述服务检测(612)的所述策略基于以下选项之一或组合：所述输入数据流(611)的话务模式、所述输入数据流(611)的OSI层协议标识符、所述输入数据流(611)的OSI层报头标识符、所述输入数据流(611)的有效载荷标识符；

其中所述路径管理(615)的所述策略基于以下选项之一或组合：所述多径传输介质(522、622)的路径数、所述多径传输介质(522、622)的路径类型、等待时间阈值、容量阈值、白名单、黑名单、针对所述多径传输介质(522、622)的拥塞控制的每路径设置；

其中所述调度(613)的所述策略基于以下选项之一或组合：

基于流的调度、基于数据流的调度、基于分组的调度、基于服务的调度、路径优先级、流优先级、应用优先级、低等待时间优先级、稳健性和最小等待时间、循环、按次序递送以避免重排序、话务成形、路径卸载；和/或

其中将子流(521、621)的所述集束重新转换成所述输出数据流(623)的所述策略基于以下选项之一或组合：最大均衡时间、静态或动态均衡、缓冲器大小、开启或关闭。

9.如前述权利要求中的一项所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，所述第一网络实体(E1、510、610)被配置成：

在不进行封装的情况下将包括OSI层4有效载荷(811)在内的输入数据流(611)转换成子流(621、821)的所述集束，以及在将包括OSI层2或OSI层3有效载荷在内的输入数据流(611、711)封装在DCCP中之后将其转换成子流(521、621)的所述集束。

10.如权利要求9所述的多径传输系统(500、600)，其特征在于，

所述第一网络实体(E1、510、610)被配置成封装无状态输入数据流(611、711)以用于经封装的输入数据流(611、711)的无状态传输而不影响DCCP协议的有状态特性，其中有状态特性通过在出于此目的所设计的存储字段中设置值来跟踪交互的状态，而无状态特性不具有先前交互的记录并且每个交互都完全基于其附带的信息来进行处置。

11.一种用于将输入数据流(611)转换成子流(521、621)的集束以供在多径传输介质(522、622)上进行传输的网络设备(E1、510、610)，所述网络设备(E1、510、610)包括：

路径管理器(615)，其被配置成检测和管理所述多径传输介质(522、622)的可用路径；

调度模块(613)，其被配置成基于决策逻辑来在所述多径传输介质(522、622)的所述可用路径上分布所述输入数据流(611)的有效载荷单元以创建子流(521、621)的所述集束；以及

路径监视器(614)，其被配置成监视所述多径传输介质(522、622)的路径的以下参数中的至少一者：容量、等待时间、抖动、质量和丢失，

其中所述决策逻辑基于来自所述路径监视器(614)的信息，

其中所述路径管理器(615)、所述调度模块(613)和所述路径监视器(614)被配置成实现基于对子流(521、621)的所述集束的不可靠递送的网络协议(511)，

其中所述网络协议是数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展。

12.一种用于多径传输的方法(1000)，所述方法包括：

将输入数据流转换(1001)成子流的集束以供在多径传输介质上进行传输；以及

将经由所述多径传输介质所接收到的子流的所述集束重新转换(1002)成输出数据流，其中所述重新转换包括重组所述子流以提供所述输出数据流，

其中所述转换和所述重新转换是基于提供拥塞控制的网络协议的，其中所述网络协议基于对子流的所述集束的不可靠且无序递送，

其中所述网络协议是数据报拥塞控制协议DCCP的多径扩展。

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