用于具有高效可调整可靠性的多径传输的系统和方法与流程

背景技术：

1、多径网络协议(诸如mptcp[1]、mp-dccp[3]或mp-quic[2])允许在发送方和接收方之间建立不止一个通信流。图1示出了发送方(即，传送方设备)和接收方(接收方设备)。在发送方和接收方之间建立多条路径1至n。生成器生成数据分组1至15，其通过向每个分组指派相应的序列号的定序模块。经定序的数据分组被传递到调度器，该调度器将这些数据分组调度到多径信道的多条路径。按序列12、13、14排序的数据分组在多径信道上被传送，并且在接收方侧的重排序队列中排队，这些数据分组在接收方侧抵达重排序队列的输入端。在重排序队列中，数据分组被重排序，并且经重排序的数据分组(诸如1、2、3)在输出端被提供给接收方。

2、在发送方侧，这提供了决定如何跨图1中描绘的这些通信路径1-n来调度话务的能力。高效调度依赖于正确的路径估计，其表征了通信路径的传输能力，例如可用带宽或往返时间。使用[1]-[3]，将从所采用的拥塞控制方法(例如新reno、cubic、bbr等)中获得这些值。

3、当在发送方侧话务跨通信路径被拆分时，接收方侧通常必须注意重新组装以前被拆分的话务并重构序列的顺序。由于具有不同的等待时间、错误率和带宽的传输特性的通信流，因而在接收方处会发生无序传递。为了重构序列的顺序，重排序队列被用于补偿那些变化的传输特性。因此，在[4]中描述了可能的实体。

4、随着多径系统中使用的通信流数目的增加，分组丢失的概率可能会高于单条路径上分组丢失的概率，并且影响来自多径系统上携带的服务的e2e性能。独立于此，在多径接收方侧的分组序列的重构在每次必须处理丢失信息时都经历挑战。

5、这成为多径架构的主要问题，该多径架构基于如图2中描绘的不可靠的网络协议。这个依赖于用于客户端与服务器之间的e2e服务的多径传输的mp-dccp。虚拟网络接口将通过在mp-dccp系统上转发话务来确保多条路径上的e2e服务通信。即，通过vnif路由/发送的任何信息都将被分派到mp-dccp系统，信息在该mp-dccp系统处被封装并且跨dccp通信路径被调度。在mp-dccp接收方侧，经封装的信息通过重排序过程，并且原始信息——在移除封装开销之后——退出vnif以被转发到原始目的地。在此假设两个通信流“dsl”和“lte”，如图2中描绘的。本质上，由于dccp的不可靠性，丢失分组不会被重传送。

6、采用quic协议[9]的类似框架可使用mp-quic[2]而不是mp-dccp来实现(用于封装(vnif)的quic masque[7]和用于不可靠传输的quic数据报[8]处的工作)——dccp的本质。

7、选择mptcp[1]或[5]作为多径网络协议将解决对严格可靠性的要求，因为这是底层tcp的组成部分。然而，它没有选择可靠性的程度。

8、如今，根据以上描述，仅具有多径网络协议的多径架构是已知的，其允许选择严格可靠性或根本没有可靠性。没有预见过渡性解决方案和动态调整。可能从多径系统内的损失恢复中获益、但以比[1]或[5]少的限制性方式获益的e2e服务可能根本无法获益。

9、本发明的目的在于提供一种用于在多径信道上传送数据分组时解决上述问题的概念。本发明的另外的目的在于引入一种用于在不基于严格可靠性的多径场景中用于分组传输的高效和部分可靠重排序的概念。这些目的通过权利要求的特征来实现。

技术实现思路

1、本发明在独立权利要求1和12中定义。在从属权利要求中定义了优选或有利的方面。

2、根据第一方面，本发明提供了一种包括传送方设备和接收方设备的系统，该传送方设备包括多径话务调度器，并且接收方设备包括重排序模块。多径话务调度器被配置成调度分组以用于在至少两条路径上传输，并且每个所传送分组包括序列标识符。重排序模块被配置成通过两条或更多条路径接收分组，并且基于序列标识符来顺序地重排序所接收到的分组。多径话务调度器包括发送缓冲器，该发送缓冲器被配置成临时存储所传送的分组达可配置的时间量。传送方设备被配置成重新发送未被接收方设备接收的所传送分组。传送方设备被配置成调整允许的重传次数或调整发送缓冲器的尺寸，以调整该系统的传输可靠性。

3、优选地，使用虚拟网络接口vni通过隧道连接来执行至少两条路径上的传输。

4、发送缓冲器优选地是用于两条或更多条路径中的每一者的路径个体发送缓冲器。

5、优选地，每个路径个体发送缓冲器被配置成临时存储通过其相应的路径传送的分组达预定的时间量。

6、优选地，重排序模块被进一步配置成在成功接收到分组的情况下向传送方设备发送确收。

7、优选地，重排序模块被进一步配置成在检测到分组待决的情况下向传送方设备发送否定确收。

8、优选地，传送方设备被进一步配置成接收由接收方设备发送的确收和/或否定确收，并从发送缓冲器中删除经确收的所接收到的分组。

9、根据优选实施例，如果未接收到针对一个或多个所传送分组的确收和/或否定确收，则传送方设备被配置成检查未经确收的一个或多个所传送分组是否存储在发送缓冲器中，并且在可配置的时间重新发送每个所存储的未经确收的所传送分组。

10、接收方设备被进一步配置成由重排序模块基于对所接收到的序列标识符的监视来向传送方设备发起重新发送请求。

11、传送方设备优选地被配置成预测来自发送缓冲器的分组重传。更优选地，传送方设备被配置成基于跨层信息和/或待决确收来预测来自发送缓冲器的分组重传。

12、多径话务调度器优选地进一步包括用于系统的传输可靠性的外部调整的接口。

13、优选地，重排序模块被配置成通过使用等待时间信息(诸如往返时间、rtt或单向等待时间)来执行可调整的分组丢失检测。

14、根据另一优选实施例，关于分组在发送缓冲器中保存多久的时间通过对确收ack信息和/或否定确收nack信息的接收来静态地或动态地确定、和/或取决于bdp、和/或基于静态值、和/或取决于缓冲器级别、和/或取决于等待时间。

15、根据另一优选实施例，多径话务调度器被配置成在与原始路径不同的路径上重新发送分组。

16、根据另一优选实施例，多径话务调度器与多径协议mp-dccp、mp-quic、sctp之一组合。

17、根据第二方面，本发明提供了一种在通信系统中从传送方设备到接收方设备的分组的多径传输的方法，该传送方设备包括多径话务调度器，并且该接收方设备包括重排序模块，该方法包括：

18、由多径话务调度器调度分组以用于在至少两条路径上传输，每个所传送分组包括序列标识符，

19、在多径话务调度器处在发送缓冲器中临时存储所传送分组达可配置的时间量；

20、由重排序模块通过两条或更多条路径接收分组，并且基于序列标识符来顺序地重排序所接收到的分组；

21、由传送方设备重新发送未被接收方设备接收的所传送分组，

22、其中传送方设备被配置成调整允许的重传次数或调整发送缓冲器的尺寸，以调整该系统的传输可靠性。

23、优选地，发送缓冲器是用于两条或更多条路径中的每一者的路径个体发送缓冲器。

24、更优选地，每个路径个体发送缓冲器被配置成临时存储通过其相应的路径传送的分组达预定的时间量。

25、根据另一优选实施例，多径话务调度器在与原始路径不同的路径上重新发送分组。

26、优选地，该方法进一步包括：由重排序模块基于对所接收到的序列标识符的监视来向传送方设备发起重新发送请求。

27、优选地，重排序模块被进一步配置成在成功接收到分组的情况下向传送方设备发送确收。

28、优选地，重排序模块被进一步配置成在检测到分组待决的情况下向传送方设备发送否定确收。

29、优选地，传送方设备被进一步配置成接收由接收方设备发送的确收和/或否定确收，并从发送缓冲器中删除经确收的所接收到的分组。

30、根据优选实施例，如果未接收到针对一个或多个所传送分组的确收和/或否定确收，则传送方设备被配置成检查未经确收的一个或多个所传送分组是否存储在发送缓冲器中，并且在可配置的时间重新发送每个所存储的未经确收的所传送分组。

31、传送方设备优选地被配置成预测来自发送缓冲器的分组重传。更优选地，传送方设备被配置成基于跨层信息和/或待决确收来预测来自发送缓冲器的分组重传。

32、多径话务调度器优选地进一步包括用于系统的传输可靠性的外部调整的接口。

33、优选地，重排序模块被配置成通过使用等待时间信息(诸如往返时间、rtt或单向等待时间)来执行可调整的分组丢失检测。

34、根据另一优选实施例，关于分组在发送缓冲器中保存多久的时间通过对确收ack信息和/或否定确收nack信息的接收来静态地或动态地确定、和/或取决于bdp、和/或基于静态值、和/或取决于缓冲器级别、和/或取决于等待时间。

35、根据另一优选实施例，多径话务调度器与多径协议mp-dccp、mp-quic、sctp之一组合。

36、下文提出的方法和系统可具有各种类型。所描述的各个元件可由硬件或软件来实现，例如可通过各种技术制造且包括例如半导体芯片、asic、微处理器、数字信号处理器、集成电气电路、光电电路和/或无源组件的电子组件。

37、以下提出的设备、系统和方法能够通过通信网络传送信息。术语通信网络指的是其上进行信号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中的驻定设备和平台之间进行的交换网，以及其中信号传输在网络接入设备与通信终端之间进行的接入网。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这两者。在移动网络中，接入网也被称为空中接口并且包括例如具有移动天线的基站(b节点、演进型b节点、无需的蜂窝小区)，该移动天线用于建立与如上所述的通信终端(例如，移动电话或者具有移动适配器的移动设备)或机器终端的通信。在固定网络中，接入网包括例如用于基于线缆来连接多个参与者的通信终端的dslam(数字用户线接入复用器)。经由交换网，通信可被传递至其他网络，例如其他网络运营商，例如外国网络。

38、在通信和计算系统中，开放系统互联模型(osi模型)定义了表征并标准化通信功能而不顾其底层内部结构和技术的概念模型。其目标是标准协议下的各种通信系统的互操作性。该模型将通信系统划分成各抽象层。该模型的原始版本定义了七层：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)。

39、本发明提供了在不像mptcp那样基于严格可靠性的多径系统中丢失信息的可调整恢复。所提议的解决方案至少包括多径话务调度器和重排序模块。它包括具有用于可靠性的发送缓冲器的多径调度器的功能、在调度器处使用参数x＝{0(不可靠)≤x≤∞(可靠)}的指定例如重传次数的可调谐重传程度。

40、本发明提供的益处在于，特别是在如图2所示的多径设置中，当多径传输具有比e2e服务更短的等待时间时，重传是克服分组丢失影响的有价值的方法。然而，为了保持益处，本发明的优选方面考虑了重传次数。这旨在避免原本在没有本发明的情况下将带来的e2e服务的负面反应。

41、本发明对此类基于没有固有严格可靠性的多径网络协议的多径系统具有影响。mptcp是具有继承自tcp的严格可靠性的协议。严格可靠性确保接收方获得与源自发送方的数据流完全相同的数据流。丢失、无序、比特错误不被允许。由于在不从根本上改变tcp协议的情况下无法削弱这一点(这不是本发明所打算的)，因此本发明聚焦于没有严格可靠性的多径网络协议。为此，如果不可靠传输是原始定义的标准(例如，ietf rfc)、扩展或自修改/创建的协议的一部分，则它是独立的。

42、在本发明的优选实现中，mp-dccp被用作选择的协议。根据设计，dccp和mp-dccp不包括任何可靠性，这意味着它不能以任何方式确保发送消息将抵达。然而，由于关于所发送的信息被确收的事实，(mp-)dccp发送方知晓接收状态。根据本发明，该信息被用于向调度器提供多个可靠性程度。与此同时，需要发送缓冲器，其保存已经发送的信息以供潜在的重传。发送缓冲器优选地是路径个体的和/或整体的。此外，发送缓冲器优选地已经连同所选协议和/或实现一起提供。每当发送方侧意识到任何待决和潜在丢失的信息时，调度器可以决定在相同或后续路径上重新发送该信息。在该情形中，发送方必须确保可在接收方侧标识该信息，该信息被包含在该重新发送信息中。仅在相关信息仍然被缓冲时，重新发送才是可能的。数据在(诸)发送缓冲器中保存多久由实现决定。存在多种选项，例如，只要数据被确收(类似于tcp)、取决于bdp、固定时间、固定容量、取决于等待时间或其他可能性。

43、此外，将多频繁地重传所标识的数据取决于调度器。例如仅一次，只要其被接收。优选地，这也是等待时间或路径之间的等待时间比的问题。因此，根据本发明的优选方面，(诸)发送缓冲器的尺寸以及重传次数两者都允许发送方微调可靠性程度。

44、可以按类似方式设计的其他多径协议为与数据报[8]扩展相结合的quic[9]、与数据报[8]扩展相结合的mp-quic[2]、与pr-sctp[11]相结合的sctp[10]或与pr-sctp[11]相结合的cmt-sctp[12]。所有上述协议都使用特定的接收方到发送方确收，这优选地用于本发明，因为它让发送方知晓是否接收到信息。如此，在pr-sctp的情形中，可以控制可靠性程度来指令这种扩展。

45、本发明的替换实施例(其不需要反馈环路(如上述协议——发送数据并确收它们))是来自接收方侧的主动请求或在发送方侧预测重传。第一个(即，来自接收方侧的主动请求)优选地在接收方侧由重排序模块触发(例如，通过基于监视序列号来发送nack(否定确收)或基于等待时间)。另一方面，发送方侧的预测优选地使用跨层信息来假设分组丢失或比特错误。

46、尽管已经在附图和前面的描述中详细地说明并描述了本发明，但是此类说明和描述被认为是说明性或示例性的，而非限制性的。将理解，普通技术人员可以在所附权利要求的范围内进行改变和修改。具体而言，本发明涵盖具有来自以上和以下描述的不同实施例的特征的任何组合的进一步实施例。

47、此外，在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个单元可完成权利要求中所记载的若干特征的功能。具体地，与属性或值相关的术语“基本上”、“关于”、“近似”等也分别精确地定义了属性或精确地定义了值。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

48、参考文献列表

49、[1]a.ford和c.raiciu和m.handley和o.bonaventure，“tcp extensions formultipath operation with multiple addresses(用于具有多个地址的多径操作的tcp扩展)”，rfc no.6824，2013年1月

50、[2]quentin coninck和olivier bonaventure，“multipath extensions forquic(mp-quic)(用于quic(mp-quic)的多径扩展)”，draft-deconinck-quic-multipath-05，2020年8月

51、[3]markus amend和anna brunstrom和andreas kassler和veselin rakocevic，“dccp extensions for multipath operation with multiple addresses(用于具有多个地址的多径操作的dccp扩展)”，draft-amend-tsvwg-multipath-dccp-03，2019年11月

52、[4]专利“techniques for efficient reordering of data packets inmultipath scenarios(用于多径场景中的数据分组的高效重排序的技术)”，ep3531637b1，发明人：markus amend和eckard bogenfeld

53、[5]zhang,wentao和wu,qian和yang,wang和li,hewu(2010)，“reliablemultipath transfer scheduling algorithm research and prototype implementation(可靠多径传输调度算法研究和原型实现)”，亚太高级网络会议，30.10.7125/apan.30.7.

54、[6]markus amend和eckard bogenfeld和anna brunstrom和andreas kassler和veselin rakocevic，“a multipath framework for udp traffic over heterogeneousaccess networks(用于异构接入网上udp话务的多径框架)”，draft-amend-tsvwg-multipath-framework-mpdccp-01，2020年1月

55、[7]https://datatracker.ietf.org/wg/masque/about/

56、[8]t.pauly和e.kinnear和d.schinaz，“an unreliable datagram extension toquic(对quic的不可靠数据报扩展)”，draft-pauly-quic-datagram-05，2019年11月

57、[9]j.iyengar和m.thomson，“quic:a udp-based multiplexed and securetransport(quic：基于udp的经复用和安全传输)”，draft-ietf-quic-transport-32，2020年10月20日

58、[10]r.stewart，“stream control transmission protocol(流控制传输协议)”，rfc no.4960，2007年9月

59、[11]michael a.ramalho和qiaobing xie和randall r.stewart和michael tüxen和phillip conrad，“stream control transmission protocol(sctp)partialreliability extension(流控制传输协议(sctp)部分可靠性扩展)”，rfc no.3758，2004年5月

60、[12]教授paul d.amer和martin becke和thomas dreibholz和nasif ekiz和janaiyengar和preethi natarajan和randall r.stewart和michael tüxen，“load sharingfor the stream control transmission protocol(sctp)(用于流控制传输协议(sctp)的负载共享)”，draft-tuexen-tsvwg-sctp-multipath-20，2020年7月28日。