高可靠大容量多链路网络融合协议与验证

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随着通信技术的不断进步与互联网环境的持续发展,人们对网络带宽与可靠性的要求日益提高。现如今,普通用户设备都拥有多个网络接口,但却同时只使用其中一个网络接口访问互联网,而让其他网络接口保持闲置,设备资源利用效率不高。本文拟在Linux内核空间,设计一套完整精巧的多链路融合协议,挖掘网络多模资源,聚合多种传输链路,同时利用多个网络接口,以实现网络吞吐率与可靠性双提升的目标。首先,本文通过研究Linux内核的NetFilter模块的工作流程,解决了如何截获流经内核协议栈IP数据包的问题;设计了基本的工作于Linux内核态的调度程序,打通了不同的网络接口,并提出了基于IP头ID字段的多链路IP数据包排序接收方案。接着,吸收了高并发编程中线程池的设计思想,在内核态中通过构造私有线程池等手段对系统进行性能优化,突破了CPU性能瓶颈,提高了吞吐率;构建平滑缓冲区防止无线空口上的突发流量丢包以提高吞吐率和可靠性;采用多链路冗余传输和ARQ重传机制,进一步保证系统的完全可靠。然后,提出了一套多链路融合传输自适应调度方案:基于收发两端的链路状态统计信息对传输数据进行多种传输方案的自适应调度传输,在增强链路稳定性、降低传输时延和提高传输带宽三者之间达到有效的平衡,使网络资源利用率最优化,避免因不同需求侧重点的应用采用单一调度方法而影响传输的质量和用户满意度;再通过建模和MATLAB仿真对本方案降低传输时延和提升吞吐量的性能进行了研究与分析。为将方案、算法落地,在实验室多链路方面多年积累的基础上,本文设计了演示平台的搭建方案与代码实现方案,并搭建实物环境对融合协议进行测试验证与比较分析,证明了本文提出的线程池、平滑缓冲区、冗余传输和ARQ重传等策略与算法是可行和有效的。
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