一种集成mptcp协议的加速网关及其应用方法与流程
本发明属于网络通信领域，涉及一种集成mptcp协议的加速网关及其应用方法。
背景技术：
1、多媒体化，泛在化，宽带化是信息网络发展的基本趋势，如何提升网络实际性能、提高网络传输速率、增强网络稳定性，是网络建设永恒追求的主题。卫星通信是信息网络建设中的重要一环，相比地面移动通信网络，卫星通信具有覆盖范围广、不易受地质灾害影响、建设速度快和建设成本低等优点。在完善带宽基础设施，消除数字鸿沟，保证社会均衡发展方面具备独特优势。
2、在卫星通信系统中，网络性能同时受制于发送端及接收端。由于卫星到地面的无线传输距离较远，路径损耗较大，再加上降雨衰减、大气衰减等因素导致整个无线传输损耗较大。在卫星的发送端，发射功率增大到一定程度，将大幅增加卫星载荷的功耗、体积、重量和散热等要求，并最终影响卫星的造价。在卫星的接收端，由于技术和成本的限制，每一个卫星终端提供的带宽资源都非常有限。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种集成mptcp协议的加速网关及其应用方法，线性扩容卫星通信系统带宽，增强卫星链路传输速率及抗干扰能力。
2、本发明解决技术的方案是：
3、一种集成mptcp协议的加速网关，包括pfring数据流提取模块以及应用层协议栈；所述应用层协议栈包括网络协议层、tcp协议传输层、mptcp协议整流层以及应用层数据缓存处理层；
4、所述pfring数据流提取模块，将所有通过加速网关的数据包捞取并提交至加速网关的应用层协议栈；
5、所述网络协议层，用于接收pfring数据流提取模块提交的数据包，筛选tcp数据流提交至tcp协议传输层，并将非tcp数据流按nginx加权平均负载均衡策略在加速网关不同wan口上执行透明转发；
6、所述tcp协议传输层，对tcp数据流进行拥塞控制、丢包重传处理，并提供与mptcp协议整流层的接口；
7、所述mptcp协议整流层，将tcp协议传输层处理后的标准tcp流封装为多径mptcp子流，或将从对端网关接收的mptcp子流恢复成标准tcp数据流。
8、优选的，所述mptcp协议整流层集成mptcp协议，实现ieft发布的rfc6824标准内规定的全部内容。支持符合rfc6824标准的多径传输、多地址通告、子流中断业务迁移、链路恢复探测特征。
9、优选的，加速网关为透明转发代理。
10、优选的，透明转发代理，即原始数据流经过本地加速网关封装为多径mptcp子流后，经过对端加速网关整流后能够无损恢复为原业务流，从对端网关出口来看，业务流数据无改动，无需系统内其他设备添加与加速网关的额外接口。
11、优选的，在两个加速网关之间流通的多径mptcp子流的tcp参数能够自主配置，通过提高发送接口窗口参数，适配卫星肥肠管道传输特性，从而提高带宽。
12、优选的，优化mptcp协议整流层，使星上链路传输吞吐量与业务进入地面网络后的吞吐量相当，优化方法如下：
13、通过调整通告窗口算法及拥塞窗口算法，为wan口侧的mptcp连接提供更高的接收窗口和发送窗口，使加速网关的wan口侧的单次信道传输能够发送数倍于地面网络单次传输的数据量。
14、一种集成mptcp协议的加速网关应用方法，包括：
15、加速网关串接在需多径扩展的卫星链路两端；
16、加速网关使用pfring数据流提取模块将数据流抓取至加速网关应用层协议栈的网络协议层；
17、网络协议层筛选tcp数据流提交至应用层协议栈的tcp协议传输层，同时将非tcp数据流按nginx加权平均负载均衡策略在加速网关不同wan口上执行透明转发；
18、tcp协议传输层，对tcp数据流进行拥塞控制、丢包重传处理，得到标准tcp流，发送至应用层协议栈的mptcp协议整流层；
19、mptcp协议整流层对标准tcp流进行数据流的mptcp协议封装，形成多径mptcp子流；
20、多径mptcp子流在卫星链路上传输；
21、对端加速网关使用pfring数据流提取模块抓取多径mptcp子流至该加速网关的应用层协议栈；
22、对端加速网关应用层协议栈的mptcp协议整流层进行多径mptcp子流的整流并恢复原有的标准tcp数据流；
23、通过整流恢复的标准tcp数据流流出卫星系统。
24、优选的，加速网关串接在需多径扩展的卫星链路两端，包括小站侧和信关站侧。
25、本发明与现有技术相比的有益效果是：
26、本发明在加速网关中集成mptcp协议，使普通tcp连接经过网关后以mptcp协议进行多路径传输，可同时接入多个卫星终端进入星网，线性扩容卫星链路带宽以提高传输速率。在部分卫星终端及卫星信道出现故障时，即时切换传输路径，维持被代理tcp连接不被中断，增强抗干扰能力。经过加速网关后，不会更改用户的ip和端口信息，对用户完全是透明的。通过加速网关代理用户端和互联网端的tcp连接，加速网关之间的数据发送、响应由加速网关进行控制。假设空口的rtt在600ms左右，经过加速网关加速后，单条子流最大理论速率在1.7gbps左右，同时加速网关可以通过多个终端线性叠加子流带宽，完全满足卫星传输速率的要求
技术特征：
1.一种集成mptcp协议的加速网关，其特征在于：包括pfring数据流提取模块以及应用层协议栈；所述应用层协议栈包括网络协议层、tcp协议传输层、mptcp协议整流层以及应用层数据缓存处理层；
2.根据权利要求1所述的一种集成mptcp协议的加速网关，其特征在于：所述mptcp协议整流层集成mptcp协议，实现ieft发布的rfc6824标准内规定的全部内容。支持符合rfc6824标准的多径传输、多地址通告、子流中断业务迁移、链路恢复探测特征。
3.根据权利要求1所述的一种集成mptcp协议的加速网关，其特征在于：加速网关为透明转发代理。
4.根据权利要求3所述的一种集成mptcp协议的加速网关，其特征在于：透明转发代理，即原始数据流经过本地加速网关封装为多径mptcp子流后，经过对端加速网关整流后能够无损恢复为原业务流，从对端网关出口来看，业务流数据无改动，无需系统内其他设备添加与加速网关的额外接口。
5.根据权利要求1所述的一种集成mptcp协议的加速网关，其特征在于：在两个加速网关之间流通的多径mptcp子流的tcp参数能够自主配置，通过提高发送接口窗口参数，适配卫星肥肠管道传输特性，从而提高带宽。
6.根据权利要求1所述的一种集成mptcp协议的加速网关，其特征在于：优化mptcp协议整流层，使星上链路传输吞吐量与业务进入地面网络后的吞吐量相当，优化方法如下：
7.一种集成mptcp协议的加速网关应用方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种集成mptcp协议的加速网关应用方法，其特征在于，加速网关串接在需多径扩展的卫星链路两端，包括小站侧和信关站侧。
技术总结
本发明公开了一种集成mptcp协议的加速网关及其应用方法，属于网络优化领域。所述加速网关包括pfring数据流提取模块以及应用层协议栈，应用层协议栈包括网络协议层、tcp协议传输层、mptcp协议整流层以及应用层数据缓存处理层。pfring数据流提取模块将所有通过加速网关的数据包捞取并提交至网络协议层；网络协议层用于接收pfring数据流提取模块提交的数据包，筛选tcp数据流提交至tcp协议传输层；tcp协议传输层对tcp数据流进行处理，并提供与mptcp协议整流层的接口。mptcp协议整流层将tcp协议传输层处理后的标准tcp流封装为多径mptcp子流，或将从对端网关接收的mptcp子流恢复成标准tcp数据流。本发明线性扩容卫星通信系统带宽，增强卫星链路传输速率及抗干扰能力。
技术研发人员：孟祥宇,金世超,曹旸,王云飞,刘海客,郝晓强,高二东,温特
受保护的技术使用者：航天恒星科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23