數據流量的控制方法及用戶終端的製作方法
2023-05-24 18:01:01 2
專利名稱：數據流量的控制方法及用戶終端的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，特別涉及通信領域中數據的流控技術。
背景技術：
在無線通信系統中，用戶終端(UE)和網絡設備作為底層的承載，可以為應用程式提供傳輸鏈路，完成數據的傳輸。對於使用傳輸控制協議TCP/網間互聯協議IP協議的應用程式，UE和無線設備之間傳遞的數據就是IP包，如圖1所示，UE協議棧包括高層(非接入層和接入層)和物理層。TCP/IP協議層及其應用層則相對地屬於應用程式的範疇，通常位於PC(個人計算機)側。PC側應用和UE通過USB接口進行通信。PC側和網絡側數據交互有如下過程(I)PC側的TCP包通過USB 口傳遞給UE，UE通過無線接口發送給網絡。(2)UE接收到來自網絡的下行數據重組成TCP包，並通過USB 口發送給PC側。TCP包的發送速率，一般是通過滑動窗口機制來控制的。其發送參數則是根據TCP 包在網絡中往返時間(RTT，即從發送數據到接收到數據確認的總時間)的變化來調整的。 而UE的發送速率則依賴於空口資源狀況。若網絡側分配的資源少，空口的傳輸速率就相對較慢。因此，需要考慮TCP包的發送速率與空口速率的適應問題。目前，PC和UE的交互過程通常如圖2所示。PC側的應用程式在發送窗口之內，不斷的發送TCP包給UE側。UE側將此TCP包按照空口格式，進行分段、編碼、調製等操作，然後通過空口發送給網絡。UE接收到空口數據時，經過解調、解碼和組包的操作，得到相應的TCP包。UE將其通過USB 口發送給PC側，PC側應用程式則對這些TCP包進行相應的處理。在上述方案中，若TCP包的發送速率和空口速率較為匹配，則不存在問題。比如說，以擁塞窗口和通告窗口都是32個報文段的大小為例擁塞窗口 = 32768位元組，通告窗口 =32768位元組，報文段長度(LEN) = 1024位元組。如圖3所示，不考慮TCP慢啟動。在空口速率較快的情況下，UE收到的來自PC側的數據包都迅速發送了出去，也及時收到了網絡的TCP確認。因此，空口速率對TCP包的發送不構成明顯影響。但若空口質量不理想，則應用程式所在的PC側發送給UE的TCP包堆積在UE協議棧內，無法及時發送。而對於TCP層來說，數據堆積在UE的時間是計入重傳時長的。一旦重傳定時器超時，未收到確認的數據就會被重傳，造成空口資源浪費。雖然TCP/IP本身具備通過調整窗口適應速率的功能，但調整的速度無法適應空口資源變化。若TCP包的發送速率和空口速率不能匹配，則出現UE側上行數據的擁塞，使得TCP包緩存在UE得不到及時發送，引起TCP層不必要的重傳。具體地說，如圖4所示，在現有方案中，UE接收到TCP包之後，因空口速率較慢，堆積在終端的數據越來越多。Tl時刻發出的seq = 5120的TCP包，在T2時刻因為還沒有得到確認，於是在T2時刻超時重新發送。seq = 6144、seq = 7168的數據塊也是一樣，分別在T3和Τ4時刻超時重傳。由此可見，空口上會堆積大量重發的數據包。雖然一段時間之後，TCP/IP協議會因為測量到RTT變長而調整重傳數據的間隔。但重傳的數據還是會增加空口的負擔。承載數據的無線信道隨環境易於變化，現有方案就不可避免地出現TCP發送速率無法與之匹配的問題，從而影響整個系統的效率。另外，若在PC和UE之間增加一個流控機制，UE通過消息來通知PC側暫停發送或者恢復發送TCP數據，這需要更改PC側應用程式的實現。在一般應用程式非透明的情況下， 這一點無法辦到。
發明內容
本發明的目的在於提供一種數據流量的控制方法及用戶終端，使得TCP應用能適應無線系統資源的快速變化，從而有效地利用了無線資源。為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種數據流量的控制方法，包含以下步驟用戶終端UE檢測本UE內待發送的傳輸控制協議TCP包的堆積情況，並根據所述 TCP包的堆積情況，判斷所述UE是否處於擁塞狀態；如果所述UE判定處於擁塞狀態，則所述UE指示個人計算機PC側暫停TCP包的發送。本發明的實施方式還提供了一種用戶終端，包含檢測模塊，用於檢測待發送的傳輸控制協議TCP包的堆積情況；狀態判斷模塊，用於根據所述檢測模塊檢測到的TCP包的堆積情況，判斷所述用戶終端UE是否處於擁塞狀態；流量控制模塊，用於在所述狀態判斷模塊判定處於擁塞狀態時，指示個人計算機 PC側暫停TCP包的發送。本發明實施方式相對於現有技術而言，在UE側檢測協議棧內部擁塞情況，在處於擁塞狀態時指示PC側不再發數據。由於UE通過對協議棧內部擁塞情況進行監控，當處於擁塞狀態時(即出現TCP包不能及時通過空口發送的情況)，隨時指示PC側不再發數據，因此在擁塞狀態時PC側就不會再產生多餘的TCP重傳包，保證了 TCP包的發送速率與空口速率能較好地匹配，使得TCP應用能適應無線系統資源的快速變化，從而有效利用了無線資源。另外，UE通過將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0後，再將該TCP 包傳遞給PC側，實現擁塞狀態下向PC側指示暫停TCP包的發送。實現簡單，不需要更改PC 側應用就可達到終端和PC之間流量控制的效果，具有極強的適應性。另外，當UE根據TCP包的堆積情況，判定UE不處於擁塞狀態時，將從網絡側收到的TCP包直接透傳給所述PC側，進一步保證了 TCP應用能適應了線系統資源的快速變化， 使得空口資源得到合理使用。另外，如果在UE中存在至少兩個TCP連接，則UE根據各TCP連接的不同優先級， 為各TCP連接設置不同的擁塞門限值，其中，為優先級越低的TCP連接，設置越低的擁塞門限值。將不同優先級的TCP連接採用不同策略的流控機制，既保證了終端的發送緩存不會溢出，又能夠使高優先級的應用數據有更大的概率發送出去。
圖1是根據現有技術中的通過UE進行數據傳輸的協議結構示意圖；圖2是根據現有技術中的PC和UE的交互過程示意圖；圖3是根據現有技術中的TCP發送速率和空口速率相對匹配時的TCP序列示意圖；圖4是根據現有技術中的空口速率較慢時的TCP序列示意圖；圖5是根據本發明第一實施方式的數據流量的控制方法示意圖；圖6是根據本發明第一實施方式的數據流量的控制方法流程圖；圖7是根據本發明第一實施方式中的TCP header的結構示意圖；圖8是根據本發明第一實施方式中的IP header的結構示意圖；圖9是根據本發明第一實施方式中的空口速率較慢時的TCP序列示意圖；圖10是根據本發明第三實施方式的用戶終端的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的第一實施方式涉及一種數據流量的控制方法。在本實施方式中，在UE側的高層中需要判斷當前是否處於擁塞狀態，比如說，可在UE協議棧高層中增加一個模塊P， 由該模塊P判斷本UE是否處於擁塞狀態，並在處於擁塞狀態時，指示PC側暫停TCP包的發送，如圖5所示。具體地說，UE根據本UE內堆積的TCP包的情況，判斷是否滿足擁塞條件，一旦滿足擁塞條件，則說明當前處於擁塞狀態。此時，一旦收到來自網絡側的攜帶win欄位的TCP 包，則將TCP包中的通告窗口(win)欄位置為0，其他參數都不改，遞交給PC側。由於PC側 TCP協議棧檢測到接收端的通告窗口為0，則不會再發TCP包給UE側。這樣，就達到了 PC 側和UE之間流控的效果。同時也不會影響PC側TCP協議棧的正常處理。若UE檢測到擁塞條件不再滿足，則將來自網絡側的TCP包透傳給PC側應用。UE通過將從網絡側收到的 TCP包中的通告窗口欄位修改為0後，再將該TCP包傳遞給PC側，實現擁塞狀態下向PC側指示暫停TCP包的發送。實現簡單，不需要更改PC側應用就可達到終端和PC之間流量控制的效果，具有極強的適應性。具體流程如圖6所示，在步驟601中，UE接收下行TCP包，也就是說，UE接收來自網絡側的TCP包。接著，在步驟602中，UE判斷當前是否處於擁塞狀態。具體地說，可以在UE中預先設置一個擁塞門限值，並通過檢測本UE內待發送的傳輸控制協議TCP包的堆積情況，判斷當前堆積的TCP包是否達到了預設的擁塞門限值，如果達到了該擁塞門限值，則判定當前處於擁塞狀態；如果未達到該擁塞門限值，則判定當前不處於擁塞狀態。比如說，設定擁塞門限值為3，則如果當前堆積的TCP包大於或等於3，則判定當前處於擁塞狀態。如果在步驟602中，UE判定當前處於擁塞狀態，則進入步驟603，如果在步驟602 中，判定當前不處於擁塞狀態，則進入步驟607，在步驟607中，UE將從網絡側收到的TCP包透傳給PC側。在步驟603中，UE判斷從網絡側收到的TCP包中是否攜帶通告窗口(win)欄位。如果攜帶win欄位，則進入步驟604 ；如果不攜帶win欄位，則進入步驟607。接著，在步驟604中，UE判斷該win欄位的值是否為0。如果該win欄位的值不為 0，則進入步驟605 ；如果該win欄位的值為0，則進入步驟607。在步驟605中，UE將該TCP包中win欄位的值，修改為0。接著，在步驟606中，UE將通告窗口欄位修改後的TCP包傳遞給PC側。在本實施方式中，UE可根據TCP/IP包結構獲取通告窗口 win。本領域技術人員可以理解，TCP包由header (包頭)和數據構成，TCP header由不少於20個字節構成，如圖7 所示。圖7中的頭長度表示以32比特為單位的TCP header的長度，A是一個比特，為「1」 表示該TCP包包含一個ACK報文。第4行高16位的窗口(win)就是指通告窗口的大小，最小是0，最大可以取值為65535。IP包也由header部分和數據內容部分兩部分構成。其中數據部分包括TCP包。IP header由至少20個字節構成，如圖8所示。圖8中的總長表示以字節為單位的IP包的總長度，頭標長表示以32比特為單位的IP header的長度。因此， UE可通過以下方式，獲取所述TCP包中的通告窗口欄位通過對從網絡側收到的IP包的包頭解析，判斷該包是否為TCP包。如果判定為TCP包，則通過對該TCP包的包頭解析，獲取通告窗口欄位。UE在獲取到win欄位後，即可將win欄位修改為0。以預定的擁塞門限值為3(即堆積在UE的TCP包在達到3個時就判定處於擁塞狀態)為例，本實施方式中在空口速率較慢時的TCP序列如圖9所示當UE從網絡側收到 (Seq = 0，ACK = 1024，win = 32768)的TCP包後，因為當時UE已從PC側收到過5個TCP 包，只發送出去2個。於是模塊P判斷達到了擁塞條件，將從網絡側收到的這個TCP包(Seq =0,ACK = 1024, win = 32768)中的win改為0，其他參數不變，然後發給PC側。PC側的 TCP/IP協議在收到win = 0的TCP包之後，按照協議將立即停止發送TCP包。UE繼續分段發送堆積在協議棧內部的TCP包，在堆積的TCP包小於3個時，判定不滿足擁塞條件。UE收到(Seq = 0，ACK = 2048，win = 32768)的TCP包，又因此時擁塞條件不再滿足，於是UE透傳此TCP包給PC側。PC側收到這條win不為0的消息之後，得到接收窗口不為0，則重新開始發送新的TCP包。之後的過程類似。不難發現，在本實施方式中，由於UE通過對協議棧內部擁塞情況進行監控，當處於擁塞狀態時(即出現TCP包不能及時通過空口發送的情況)，隨時指示PC側不再發數據， 因此在擁塞狀態時PC側就不會再產生多餘的TCP重傳包，保證了 TCP包的發送速率與空口速率能較好地匹配，使得TCP應用能適應無線系統資源的快速變化，從而有效利用了無線資源。而且，UE在收到TCP包後，如果根據TCP包的堆積情況，判定處於擁塞狀態，則將 TCP header窗口部分的16個比特置0 ；如果根據TCP包的堆積情況，判定不處於擁塞狀態， 則就透傳數據不做處理。進一步保證了 TCP應用能適應了線系統資源的快速變化，使得空口資源得到合理使用。本發明的第二實施方式涉及一種數據流量的控制方法。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區別之處在於在第一實施方式中，UE中只存在一個TCP連接(即從PC 側收到的TCP包具有相同的socket對)。而在本發明第二實施方式中，UE中存在多個TCP 連接。因此，在本實施方式中，可根據socket優先級的不同，來決定是否需要進入流控以及需要把哪些應用(socket)的通告窗口置為0。
7
比如說，UE中存在2個TCP連接，分別對應socketl和socket2。socketl用來進行上行FTP傳輸，實時性要求低，優先級低一些；S0Cket2用來進行web瀏覽，實時性要求高，優先級高一些。如果在業務進行過程中，UE的發送隊列設定兩個擁塞門限值Tl和T2。 其中Tl是針對socketl設置的擁塞門限值，T2是針對S0Cket2設置的擁塞門限值，Tl要小於T2，因為socketl的優先級小於優先級小於soCket2。當發送緩存的容量開始達到Tl的時候，這時需要進行流控，就是先對優先級低的，即對socketl進行流控，UE就應該產生針對socketl的通告窗口為O的控制包。當PC 側收到這個通告窗口為O的控制包後，socketl的上行傳輸會暫停，而socket〗的上行傳輸繼續。當發送緩存的容量開始達到T2的時候，終端再產生針對socket〗的通告窗口為O的控制包，當PC側收到這個通告窗口為O的控制包後，socket2的上行傳輸會暫停。也就是說，如果在UE中存在至少兩個TCP連接，則UE根據各TCP連接的不同優先級，為各TCP連接設置不同的擁塞門限值，其中，為優先級越低的TCP連接，設置越低的擁塞門限值。通過將不同優先級的TCP連接採用不同策略的流控機制，既保證了終端的發送緩存不會溢出，又能夠使高優先級的應用數據有更大的概率發送出去。上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現時可以合併為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關係，都在本專利的保護範圍內；對算法中或者流程中添加無關緊要的修改或者引入無關緊要的設計，但不改變其算法和流程的核心設計都在該專利的保護範圍內。本發明第三實施方式涉及一種用戶終端，如圖10所示，包含檢測模塊，用於檢測待發送的TCP包的堆積情況；門限設定模塊，用於預先設定擁塞門限值；狀態判斷模塊，用於根據該檢測模塊檢測到的TCP包的堆積情況，判斷用戶終端 UE是否處於擁塞狀態。該狀態判斷模塊在根據TCP包的堆積情況，判斷UE是否處於擁塞狀態時，將堆積的TCP包與門限設定模塊設定的擁塞門限值(如3個TCP包)進行比較，在堆積的TCP包達到設定的擁塞門限值時，判定處於擁塞狀態；流量控制模塊，用於在該狀態判斷模塊判定處於擁塞狀態時，指示PC側暫停TCP 包的發送。其中，流量控制模塊包含以下子模塊通告窗口修改子模塊，用於將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0 ；傳遞子模塊，用於將通告窗口欄位修改後的TCP包傳遞給PC側；透傳子模塊，用於在該狀態判斷模塊判定不處於擁塞狀態時，將從網絡側收到的TCP包直接透傳給PC側；通告窗口欄位判斷子模塊，用於在該狀態判斷模塊判定處於擁塞狀態時，判斷從網絡側收到的TCP包中是否攜帶通告窗口欄位，在判定為攜帶通告窗口欄位時，指示通告窗口修改子模塊將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0， 在判定為不攜帶通告窗口欄位時，指示透傳子模塊將從網絡側收到的TCP包直接透傳給PC 側。 通告窗口修改子模塊通過包含以下子模塊，獲取TCP包中的通告窗口欄位TCP包確定子模塊，用於通過對從網絡側收到的IP包的包頭解析，判斷該包是否為TCP包；TCP包頭解析子模塊，用於對判定為TCP包的包頭進行解析，獲取通告窗口欄位。
不難發現，本實施方式為與第一實施方式相對應的系統實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關技術細節在本實施方式中依然有效，為了減少重複，這裡不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節也可應用在第一實施方式中。值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現。此外，為了突出本發明的創新部分，本實施方式中並沒有將與解決本發明所提出的技術問題關係不太密切的單元引入，但這並不表明本實施方式中不存在其它的單兀。本發明第四實施方式涉及一種用戶終端。第四實施方式與第三實施方式大致相同，主要區別之處在於在第三實施方式中，UE中只存在一個TCP連接(即從PC側收到的 TCP包具有相同的socket對)。而在本發明第四實施方式中，UE中存在多個TCP連接。因此，在本實施方式中，可根據socket優先級的不同，來決定是否需要進入流控以及需要把哪些應用(socket)的通告窗口置為0。也就是說，門限設定模塊在UE中存在至少兩個TCP連接時，根據各TCP連接的不同優先級，為各TCP連接設置不同的擁塞門限值；其中，為優先級越低的TCP連接，設置越低的擁塞門限值。不難發現，本實施方式為與第二實施方式相對應的系統實施例，本實施方式可與第二實施方式互相配合實施。第二實施方式中提到的相關技術細節在本實施方式中依然有效，為了減少重複，這裡不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節也可應用在第二實施方式中。上述各實施方式是實現本發明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種數據流量的控制方法，其特徵在於，包含以下步驟用戶終端UE檢測本UE內待發送的傳輸控制協議TCP包的堆積情況，並根據所述TCP 包的堆積情況，判斷所述UE是否處於擁塞狀態；如果所述UE判定處於擁塞狀態，則所述UE指示個人計算機PC側暫停TCP包的發送。
2.根據權利要求1所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，所述UE指示PC側暫停 TCP包的發送的步驟中，包含以下子步驟所述UE將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0 ； 所述UE將所述通告窗口欄位修改後的TCP包傳遞給所述PC側。
3.根據權利要求2所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，還包含以下步驟 當所述UE根據TCP包的堆積情況，判定所述UE不處於擁塞狀態時，將從網絡側收到的TCP包直接透傳給所述PC側。
4.根據權利要求2所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，所述UE通過以下方式，獲取所述TCP包中的通告窗口欄位通過對從網絡側收到的IP包的包頭解析，判斷該包是否為TCP包； 如果判定為TCP包，則通過對該TCP包的包頭解析，獲取所述通告窗口欄位。
5.根據權利要求2所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，在所述UE判定處於擁塞狀態的步驟之後，指示PC側暫停TCP包的發送的步驟之前，還包含以下步驟所述UE判斷從網絡側收到的TCP包中是否攜帶通告窗口欄位； 如果所述UE判定攜帶通告窗口欄位，則再進入所述指示PC側暫停TCP包的發送的步驟；如果所述UE判定不攜帶通告窗口欄位，則將從網絡側收到的TCP包直接透傳給所述PC 側。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，所述根據 TCP包的堆積情況，判斷所述UE是否處於擁塞狀態的步驟中，包含以下子步驟如果堆積的TCP包達到預定的擁塞門限值，則判定處於擁塞狀態。
7.根據權利要求6所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，所述擁塞門限值為3。
8.根據權利要求6所述的數據流量的控制方法，其特徵在於，如果在所述UE中存在至少兩個TCP連接，則所述UE根據各TCP連接的不同優先級，為各TCP連接設置不同的擁塞門限值；其中，為優先級越低的TCP連接，設置越低的擁塞門限值。
9.一種用戶終端，其特徵在於，包含檢測模塊，用於檢測待發送的傳輸控制協議TCP包的堆積情況； 狀態判斷模塊，用於根據所述檢測模塊檢測到的TCP包的堆積情況，判斷所述用戶終端UE是否處於擁塞狀態；流量控制模塊，用於在所述狀態判斷模塊判定處於擁塞狀態時，指示個人計算機PC側暫停TCP包的發送。
10.根據權利要求9所述的用戶終端，其特徵在於，所述流量控制模塊包含以下子模塊通告窗口修改子模塊，用於將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0 ； 傳遞子模塊，用於將所述通告窗口欄位修改後的TCP包傳遞給所述PC側。
11.根據權利要求10所述的用戶終端，其特徵在於，所述流量控制模塊還包含透傳子模塊，用於在所述狀態判斷模塊判定不處於擁塞狀態時，將從網絡側收到的TCP包直接透傳給所述PC側。
12.根據權利要求10所述的用戶終端，其特徵在於，所述通告窗口修改子模塊通過包含以下子模塊，獲取所述TCP包中的通告窗口欄位TCP包確定子模塊，用於通過對從網絡側收到的IP包的包頭解析，判斷該包是否為TCP包；TCP包頭解析子模塊，用於對判定為TCP包的包頭進行解析，獲取所述通告窗口欄位。
13.根據權利要求10所述的用戶終端，其特徵在於，所述流量控制模塊還包含以下子模塊通告窗口欄位判斷子模塊，用於在所述狀態判斷模塊判定處於擁塞狀態時，判斷從網絡側收到的TCP包中是否攜帶通告窗口欄位；所述通告窗口欄位判斷子模塊在判定為攜帶通告窗口欄位時，指示所述通告窗口修改子模塊將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0 ；在判定為不攜帶通告窗口欄位時，指示所述透傳子模塊將從網絡側收到的TCP包直接透傳給所述PC側。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的用戶終端，其特徵在於，所述用戶終端還包含門限設定模塊，用於預先設定擁塞門限值；所述狀態判斷模塊在根據TCP包的堆積情況，判斷UE是否處於擁塞狀態時，將堆積的 TCP包與所述門限設定模塊設定的擁塞門限值進行比較，在堆積的TCP包達到所述擁塞門限值時，判定處於擁塞狀態。
15.根據權利要求14所述的用戶終端，其特徵在於，所述擁塞門限值為3。
16.根據權利要求14所述的用戶終端，其特徵在於，所述門限設定模塊在所述UE中存在至少兩個TCP連接時，根據各TCP連接的不同優先級，為各TCP連接設置不同的擁塞門限值；其中，為優先級越低的TCP連接，設置越低的擁塞門限值。
全文摘要
本發明涉及通信領域，公開了一種數據流量的控制方法及用戶終端。本發明中，在UE側檢測協議棧內部擁塞情況，在處於擁塞狀態時指示PC側不再發數據。由於UE通過對協議棧內部擁塞情況進行監控，當處於擁塞狀態時(即出現TCP包不能及時通過空口發送的情況)，隨時指示PC側不再發數據，因此在擁塞狀態時PC側就不會再產生多餘的TCP重傳包，從而有效利用了無線資源。其中，可以通過將從網絡側收到的TCP包中的通告窗口欄位修改為0，實現擁塞狀態下向PC側指示暫停TCP包的發送，實現簡單，不需要更改PC側應用就可達到終端和PC之間流量控制的效果，具有極強的適應性。
文檔編號H04L29/06GK102546531SQ20101058817
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者李引新, 楊敏 申請人:聯芯科技有限公司