多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法

廖智勇

（北京誠公管理咨詢有限公司，北京 100176）

0 引言

目前，網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)量飛速增長，電力通信業(yè)務也日漸繁雜，移動終端已經開始使用多個數(shù)據(jù)傳輸口進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)多鏈路協(xié)同工作模式。多鏈路移動終端能夠高效利用移動網(wǎng)洛，實現(xiàn)高水平的通信質量。然而在多鏈路移動終端進行通信的過程中，使用傳統(tǒng)的鏈路路徑通信方法進行信息數(shù)據(jù)的傳輸，并不能滿足數(shù)據(jù)量大的傳輸要求，信息傳輸?shù)目煽啃詻]有保障，極易出現(xiàn)傳輸速率不穩(wěn)定、掉線和數(shù)據(jù)丟失等情況，影響用戶實際的通信感受，為此，該文提出多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法。

該文通過3個方面設計了新的多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法，在使用動態(tài)自適應方法調整鏈路流量，建立移動終端UDP多鏈路通信模型，使用負載均衡方法分配鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級，最后進行了試驗，試驗結果證明，該文設計的多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法，能夠保證在網(wǎng)絡波動狀態(tài)下較為穩(wěn)定的傳輸速度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，在保證多鏈路移動終端安全通信的穩(wěn)定性方面具有極高的應用價值。

1 多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法設計

使用傳統(tǒng)SCDMA方法進行網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)傳輸，極易出現(xiàn)移動終端移速，進而導致出現(xiàn)通信路徑傳輸數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題，極大降低了通信的可靠性，為此，該文設計了一種新的多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法，對通信網(wǎng)絡的傳輸路徑進行優(yōu)化，具體方法如下。

1.1 動態(tài)自適應調整鏈路流量

對多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化工作來說，對鏈路流量進行調整，實現(xiàn)流量最優(yōu)分布是最重要的。該文使用網(wǎng)絡管理線程的方法，使其能夠獨立進行通信鏈路的選擇，合理調整鏈路內流量分布，并完成對日常鏈路堵塞的維護任務。具體流程如圖1所示。

圖1 傳輸路徑鏈路維護流程圖

如圖1所示，為了保證多鏈路在信息傳輸過程中的安全性，該文將多鏈路進行了加鎖設置。所有的鏈路在獲得數(shù)據(jù)流量方面是同時進行流量輸入工作的，其中還并行著對鏈路的線程維護工作，以保證鏈路在數(shù)據(jù)傳輸過程中的流量穩(wěn)定。在對鏈路進行加鎖后，系統(tǒng)會自動對相關連接設備進行遍歷工作，包括數(shù)據(jù)輸入端與輸出端，同時還會對鏈路狀態(tài)進行讀取，分析相應鏈路的流量速率參數(shù)、數(shù)據(jù)來回時延參數(shù)以及信息的丟失率參數(shù)等。在讀取分析的基礎上，判斷該鏈路的應用狀態(tài)，對其閾值進行分析判斷，將可用的鏈路加入網(wǎng)絡列表中，實現(xiàn)動態(tài)自適應調整鏈路。

該文判斷閾值的具體方法為判斷傳輸流量速率與鏈路總數(shù)量的對比數(shù)值。假設目前所需要傳輸?shù)耐ㄐ艛?shù)據(jù)流量為5 Mbps，當網(wǎng)絡鏈路數(shù)量為、、共3個時，那么相應的閾值參數(shù)就為1.43 Mbps，分析3個鏈路各自的傳輸速率，假設為4.5 Mbps，為3.5 Mbps，為5 Mbps，確定這3個鏈路都能夠完成數(shù)據(jù)傳輸任務；如果為4.5 Mbps，為3.5 Mbps，c為0.5Mbps，那么系統(tǒng)就會關閉鏈路的數(shù)據(jù)傳輸，改為安排其他鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸，以保證數(shù)據(jù)流量的穩(wěn)定。

在調整流量分布的基礎上，該文還使用算法對鏈路擁塞進行控制，如公式（1）所示。

式中：為鏈路擁塞控制函數(shù)；為數(shù)據(jù)流量的平均值；為流量往返時間；為在傳輸過程中平均時間的數(shù)據(jù)丟失率；為反饋數(shù)據(jù)最終確定的傳輸數(shù)據(jù)量；t為再次進行丟失數(shù)據(jù)傳輸所用的時間。

這種算法能夠實現(xiàn)在實際的網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)傳輸過程中計算網(wǎng)絡信息的傳輸出入率，反饋信息傳輸?shù)膶嶋H速率，進而控制鏈路的相關傳輸速率大小，緩解網(wǎng)絡鏈路的擁塞狀況。具體流程如圖2所示。

圖2 調整傳輸路徑鏈路擁塞流程圖

該文通過對傳輸路徑鏈路進行維護，以及調整傳輸路徑鏈路擁塞情況，實現(xiàn)對多鏈路通信路徑流量的自適應調整，能夠保證流量傳輸過程中的狀態(tài)穩(wěn)定。

1.2 建立移動終端UDP多鏈路通信模型

在對鏈路通信路徑流量進行自適應調整的同時，建立移動終端的UDP多鏈路通信模型，提高網(wǎng)絡信息傳遞速率。在該模型中，鏈路通信過程中的數(shù)據(jù)信號在某一鏈路a中的傳播時間如公式（2）所示。

式中：T為相應的傳遞時間；為網(wǎng)絡整體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量；為相應的傳輸信號長度?？梢郧蟮迷撀窂街械臄?shù)據(jù)傳輸速度，如公式（3）所示。

同時還要計算該路徑中需要進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，如公式（4）所示。

將公式（2）、公式（3）、公式（4）進行處理，得出公式（5）。

假設在移動終端的通信網(wǎng)絡中各個鏈路都是有規(guī)則的排序組合，那么將數(shù)據(jù)進行均分，計算出在第個鏈路中該路徑的通信數(shù)據(jù)，如公式（6）所示。

式中：W為通信數(shù)據(jù)數(shù)量參數(shù)；F為該路徑的寬度參數(shù)；ω為數(shù)據(jù)傳輸速率的參數(shù)；e為數(shù)據(jù)準確傳輸?shù)母怕蕝?shù)；為通信數(shù)據(jù)路徑的參數(shù)。

該文通過上述算法建立了移動終端的UDA多鏈路通信模型，該模型能夠穩(wěn)定進行多鏈路間節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。能在不大量占用網(wǎng)絡流量的基礎上，對信息數(shù)據(jù)的傳遞速率進行改善，提高了移動終端收發(fā)信息的可靠性。

1.3 鏈路負載均衡優(yōu)化

在建立了多鏈路通信模型后，該文對通信路徑進行優(yōu)化處理，方法為確定負載均衡方法，在此基礎上選擇最優(yōu)鏈路參與傳輸，使移動終端安全通信得到最穩(wěn)定的傳輸保障。該文使用負載均衡技術建立鏈路連接，具體步驟如圖3所示。

圖3 負載均衡優(yōu)化路徑流程圖

在各個鏈路與收發(fā)端連接后，記錄各個鏈路的傳輸狀態(tài)，當出現(xiàn)鏈路傳輸速率下降、傳輸通道斷開的情況時，系統(tǒng)會進行重連操作，頻次為1次/10 s，在嘗試5次都未能成功的情況下，就會選擇閉合該鏈路。針對傳輸速率不同，當鏈路在5G網(wǎng)絡中無法連接傳輸端，那么系統(tǒng)將會啟動下一級別的網(wǎng)絡傳輸，如果降至最低，則關閉最低鏈路。

通過負載均衡技術確定挑選最優(yōu)鏈路進行信息傳輸，鏈路傳輸速率越高，就會有越高的傳輸優(yōu)先級，其傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)也就越多，反之，則分配越小，甚至關閉。這樣做能夠在保證傳輸數(shù)據(jù)在移動終端的傳輸過程中，擇取最優(yōu)路徑進行傳輸工作，避免低速率鏈路對數(shù)據(jù)流量的占用，提高信息整體的傳輸效率。

2 試驗論證

為了驗證文設計的多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法的有效性，該文進行了試驗，具體的試驗準備與試驗結果如下。

2.1 試驗準備

試驗的網(wǎng)絡環(huán)境設置為Wi-Fi網(wǎng)絡、5G網(wǎng)絡和4G網(wǎng)絡3種。試驗設備為2個SIM移動終端和一臺多網(wǎng)卡PC設備，PC設備用于將信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿佣松?，使用相關軟件記錄傳輸流量數(shù)據(jù)狀態(tài)，并且將移動終端返饋的數(shù)據(jù)進行分析處理。具體設備參數(shù)見表1。

表1 設備參數(shù)表

該次試驗設備的IP均為標準的移動終端鏈路，UL、DL分別表示上、下2種行進的鏈路頻帶，2個移動終端設備構成了整體通信路徑的多鏈路連接。

該次傳輸對象為3張不同分辨率的圖像，同時，該文使用了Mininet平臺搭建虛擬網(wǎng)絡，便于進行不同的網(wǎng)絡負載測試，并在多鏈路移動終端在通信過程中，對數(shù)據(jù)傳輸反饋結果進行記錄。

2.2 試驗結果

在試驗過程中，記錄了在3種網(wǎng)絡環(huán)境下多鏈路傳輸過程中的往返數(shù)據(jù)的反饋結果，具體反饋結果見表2、表3、表4。

表3 5G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸反饋結果表

從表2～表4可以看出，在不同的網(wǎng)絡環(huán)境下，傳輸?shù)?種分辨率圖像雖然隨著網(wǎng)絡等級的下降，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延、碼率以及丟包率都有所增加，但是變化幅度并不大，可見使用該文設計的路徑優(yōu)化方法在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中具有穩(wěn)定性，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸過程的流暢度。

表2 Wi-Fi網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸反饋結果表

表4 4G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸反饋結果表

分析3種網(wǎng)絡狀態(tài)下傳輸3種分辨率圖像的不穩(wěn)定性情況可以看出，網(wǎng)絡變化對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊戨m然依舊存在，但已經控制在了較小的范圍內。Wi-Fi網(wǎng)絡下數(shù)據(jù)傳輸效果極好，幾乎可以視為無損傳輸；5G網(wǎng)絡下雖然仍有0.2的丟包率，但也同樣處在極小值范圍內，同樣可視為無損傳輸；在網(wǎng)絡層級降為4G時，雖然穩(wěn)定性受到了影響，丟包率也比前兩者高，但是仍能實現(xiàn)較好的數(shù)據(jù)傳輸工作。

為了驗證該文設計方法的實際意義，該文進行傳統(tǒng)方法與該文設計方法的對比試驗。傳統(tǒng)方法為SCDMA方法，該方法計算的通信路徑存在很大的網(wǎng)絡波動與延遲。該文記在兩種方法和不同網(wǎng)絡負載率情況下分別進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延數(shù)據(jù)的詳細對比結果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著網(wǎng)絡負載率的增加，2種方法都有不同程度的傳輸時延，然而該文設計的方法在數(shù)據(jù)傳輸過程中，其傳輸性能明顯優(yōu)于SCDMA方法，整體的時延均低于SCDMA方法時延參數(shù)。在圖4中，當網(wǎng)絡負載率在50%左右時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延發(fā)生巨大轉折，SCDMA方法上升趨勢變大，且時延參數(shù)不斷增加，幾乎為每10%負載率增加0.05 s的時延，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)極差，最高時延可達0.3 s，是該文設計方法時延的3倍多。該文設計的方法中，雖然隨著網(wǎng)絡負載的增加，時延有所增加，但能夠適應較大幅度的網(wǎng)絡負載，保證傳輸?shù)男剩瑫r延控制在0.05 s左右，最大也不超0.1 s，具有極高的穩(wěn)定性。

圖4 2種方法傳輸時延對比圖

從上述試驗結果可以看出，該文設計的多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法在移動終端進行信息傳輸?shù)倪^程中，能夠保證在網(wǎng)絡波動狀態(tài)下傳輸速度的穩(wěn)定性，并且丟包率也控制在很小的范圍內，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，在保證多鏈路移動終端安全通信的穩(wěn)定性方面具有極高的應用價值。

3 結語

該文通過3個方面設計了新的多鏈路移動終端安全通信路徑優(yōu)化方法，使用動態(tài)自適應方法調整鏈路流量，建立移動終端UDP多鏈路通信模型，采用負載均衡方法分配數(shù)據(jù)傳輸鏈路的優(yōu)先級，實現(xiàn)通信路徑優(yōu)化。試驗結果證明，該文設計的方法在移動終端進行信息傳輸?shù)倪^程中，能夠保證在網(wǎng)絡波動狀態(tài)下具有較為穩(wěn)定的傳輸速度，在保證多鏈路移動終端安全通信的可靠性方面具有極高的應用價值。希望該文的研究能夠為多鏈路移動終端的安全通信提供一定的理論依據(jù)。