基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法和系统，包括：步骤1、发送端应用程序产生待发送的MPQUIC数据包，并将该数据包放入于该数据包的优先级相对应的调度队列中；步骤2、按照该数据包所处调度队列对应的调度策略，将该数据包传输至接收端缓存区；步骤3、该接收端缓存区按顺序排列该数据包，得到待运行数据和乱序队列大小，接收端应用程序按提取该待运行数据，以完成该数据包对应的服务，得到服务质量；步骤4、根据该乱序队列大小和/或该服务质量，更新优化该调度策略。相比于传统的单一调度方式，本发明专利技术可以使得数据包调度算法与实际应用场景和用户需求相结合，并且利于之后数据包调度算法整合。并且利于之后数据包调度算法整合。并且利于之后数据包调度算法整合。

【技术实现步骤摘要】
基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法和系统


[0001]本专利技术涉及计算机网络传输控制领域，并特别涉及一种基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法和系统。

技术介绍

[0002]QUIC(Quick UDP Internet Connections)是一种基于UDP(User Datagram Protocol)协议的低时延互联网传输协议，自国际互联网工程任务组(IETF)提出标准化草案以来，QUIC便受到了业界的广泛关注。这也意味着QUIC开始了它的标准化过程，成为新一代应用层传输层协议。以Google为主的互联网企业希望使用这个协议来替代TCP协议，以加快视频流量和网页传输的速度。近期，IETF的HTTP及QUIC工作小组正式将基于QUIC协议的HTTP(HTTP over QUIC)重新命名为HTTP/3以作为HTTP/2的下一代规范。
[0003]现在的无线通信设备通常都具备多个物理网络接口用于传输数据。为了实现网络的容错冗余与热插拔，这些网络接口都使用不同物理实现的网络(例如：有线、WiFi、4G/5G等)。用户的数据流首先下发到不同的网络接口，然后通过路由路径不重合的服务提供商网络进行传输。而使用传统的传输协议(TCP/UDP)和互联网协议(IP)的标准，用户在设备间传输数据时只能通过单个网络接口的IP地址，即只在一对源IP地址和目地IP地址间会话。为了并行的利用多个网络接口传输数据，RFC编号为6824中首次对传统的TCP协议进行了扩展并提出MPTCP协议，以支持数据流在多条路径上的并行传输。
[0004]同样，对于QUIC这种新协议，其在面对设备的多个网络接口时，Multipath QUIC的提出和完善也就显得日益重要。向诸如QUIC之类的协议添加多路径功能的主要动机有两个:第一个是汇集不同路径的资源为单个应用程序进程的连接传输数据。这对于在智能手机等多宿主设备上进行大型传输非常重要；另一个动机是提升连接出现故障时的恢复能力。在具有双宿主无线接口的移动主机上(例如：智能手机)，其中一个无线网络接口可能随时出现故障，用户希望他们的应用程序数据可以无缝切换到另一个无线接口上传输，而不会产生任何显著的性能下降。如图1所示，与MPTCP类似，MPQUIC的核心原理是在QUIC层上，增加了一层对用户透明的外壳。这个外壳为应用层的数据增加MPQUIC所需要的信号量，以完成对端协商与数据流的并行传输。MPQUIC的外壳主要包含：1.路径识别(Path Identifcation)，2.可靠的数据传输(Reliable Data Transmission)，3.路径管理(Path Managemen)，4.数据包调度(Packet Scheduling)，5.拥塞控制(Congestion Control)等功能。
[0005]MPQUIC现有研究的重点主要在数据包的调度方面。对于数据包的调度问题，在MPQUIC中可以把MPTCP现有的Packet Scheduling算法移植到其中，例如：minRTT(Minimal Round Trip Time)，RR(Round_Robin)，Redundancy等。而冗余(Redundancy)模式仅使用初始子流传输数据，其他子流作为备份，无法充分发挥多路径高吞吐量的特性。轮询(RR)模式不考虑子流的质量，轮流的发送数据，导致质量好的子流无法得到充分的利用。最小往返时延(minRTT)优先模式，通过网络质量的基础表征参数RTT来选择子流并传输数据，是目前实
际场景性能较好的调度器算法。现有技术有提出理论上性能更好的调度算法，但都停留在仿真阶段。但是由于MPQUIC相较于MPTCP新增了多stream的概念，使得QUIC或MPQUIC都能够使用加密的STREAM帧发送数据，所以在数据包调度方面加入对stream级的性能感知是十分必要的。上下文感知的MPQUIC包调度专用于移动HTTP/2(co
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designed scheduler)，其调度器通过估计路径带宽(BW)和RTT，并考虑了stream的优先级，从而在每个stream要传输的路径分配将要传输的适当字节数，使所有路径能够同时完成一个stream的传输。研究者在MPQUIC下实现了最早的完成优先调度器(Early omplete First,ECF)，并研究了ECF与MPQUIC的默认路径调度器(minRTT)的性能对比。现有技术还包括一种数据包调度器算法，用于MPQUIC的stream感知，称为stream感知的最早完成优先调度器(SA
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ECF)，SA
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ECF能够降低因较慢路径耽搁的各个流的完成时间。而且，与默认调度器相比，这些结合stream感知的调度器能够更好地处理异构网络场景，并且能够实现更高的吞吐量和更低的延迟。
[0006]前述现有算法都提出了理论上性能更好的调度方法，但是均是通过路径的基本信息做出前向预测的调度结果，并且都对应于特殊的应用场景。然而现有的移动应用场景是不尽相同且多元化的，不同应用程序的数据重要性和对用户体验的影响程度不尽相同，这时针对特殊场景的调度算法无法充分利用多路径的带宽聚合作用，甚至产生严重的head of line(HoL)问题，无法实现较高的服务质量。利用冗余发送机制可以保障数据正确可靠性，并且在发送冗余时多条路径实际是被解耦合的，这样可以缓解HoL问题，但是不同的应用场景对冗余发送的需求也不尽相同，对此问题目前仍然没有一个全面的解决方式。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种克服上述技术问题，针对用户设备多种应用场景，能够根据应用程序的需求设置mpquic协议中stream优先级并根据优先级选择数据包的调度算法，同时利用接收端应用程序的反馈信息优化调度算法细节，以提升调度算法的性能。
[0008]具体来说，本专利技术提出了一种基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其中包括：
[0009]步骤1、发送端应用程序产生待发送的MPQUIC数据包，并将该数据包放入于该数据包的优先级相对应的调度队列中；
[0010]步骤2、按照该数据包所处调度队列对应的调度策略，将该数据包传输至接收端缓存区；
[0011]步骤3、该接收端缓存区按顺序排列该数据包，得到待运行数据和乱序队列大小，接收端应用程序按提取该待运行数据，以完成该数据包对应的服务，得到服务质量；
[0012]步骤4、根据该乱序队列大小和/或该服务质量，更新优化该调度策略。
[0013]所述的基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其中该步骤1包括：该发送端应用程序根据传输场景和/或数据的重要程度设置其生成的MPQUIC数据包的优先级。
[0014]所述的基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其中该优先级包括高优先级、中优先级和低优先级，分别对应高优先级调度队列、中优先级调度队列和高优先级调度队列；
[0015]高优先级调度队列对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，包括：步骤1、发送端应用程序产生待发送的MPQUIC数据包，并将该数据包放入于该数据包的优先级相对应的调度队列中；步骤2、按照该数据包所处调度队列对应的调度策略，将该数据包传输至接收端缓存区；步骤3、该接收端缓存区按顺序排列该数据包，得到待运行数据和乱序队列大小，接收端应用程序按提取该待运行数据，以完成该数据包对应的服务，得到服务质量；步骤4、根据该乱序队列大小和/或该服务质量，更新优化该调度策略。2.如权利要求1所述的基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其特征在于，该步骤1包括：该发送端应用程序根据传输场景和/或数据的重要程度设置其生成的MPQUIC数据包的优先级。3.如权利要求1所述的基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其特征在于，该优先级包括高优先级、中优先级和低优先级，分别对应高优先级调度队列、中优先级调度队列和高优先级调度队列；高优先级调度队列对应的调度策略为将队列中所有数据包进行冗余传输；中优先级调度队列对应的调度策略为根据发送端应用程序设置的优先级调对队列中数据包进行部分冗余发送并决定开启冗余的发送时间，或者直接选取发送端应用程序专用的调度算法；低优先级调度队列对应的调度策略为最小往返时延调度策略。4.如权利要求3所述的基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其特征在于，该步骤4包括根据该乱序队列大小和/或该服务质量，调整该中优先级调度队列对应调度策略中开启冗余的发送时间。5.如权利要求3所述的基于优先分级队列的MPQUIC数据包快速传输方法，其特征在于，当该数据包放入该中优先级调度队列或该低优先级调度队列时，将该数据包的路径偏好设置为对互联所有路径的fullmesh状态。6.一种基于优先分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文，廖彬彬，武庆华，李振宇，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：