CN112565430A - 一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,LDDS协议设置于UDP/TCP协议上层,包含产品类别,用于区分不同市场行情数据;消息序号用于接收服务可判断是否发生丢包或乱序;消息类型用于规范当前消息数据属于重传或实时行情数据;发布服务直接UDP组播到重传服务和各接收服务;重传服务设置于发布服务下游,对实时行情进行快速缓存,两者部署在同一局域网内;接收服务与重传服务建立TCP长连接,当组播行情发生丢包时,通过重传服务实现精准回补,通过设计LDDS协议层,增加产品类别定义,实现多市场行情数据在传输过程中的多路复用,针对行情数据存在波峰及波谷情况以及组播丢包的趋同性,新增智能回补机制,进一步提升处理性能,降低传输时延。
Description
技术领域
本发明具体来说是情数据在广域网的低时延可靠传输,针对行情数据的特点以及对低时延的需求,通过创新结合UDP和TCP传输的优势,设计并增加自定义低时延行情发布协议(Low Latency Data Distribute System Protocol,LDDS)和重传服务,结合智能重传机制,实现多市场行情数据在远距离复杂网络环境的可靠传输。
背景技术
行情数据主要包括各交易所在交易时段生成的快照、逐笔委托和逐笔成交等行情内容,涵盖股票、债券、基金、期权、期货等多类证券品种。由于行情数据对于实时性要求非常高,且基本不允许乱序丢包,且目前行情发布的网络环境存在跨运营商、跨地域、各交换设备均不可控的客观情况,因此,基本选用TCP传输方式实现可靠传输。随着行情数据内容的不断扩展,以及下游用户数的快速提升,采用TCP方式对于行情发布***的挑战越来越大,主要存在以下问题:
一、当同一个发布节点有多个下游客户端时,TCP只能采用轮询机制,一定程度上影响传输公平性;
二、随着客户端数量增多,轮询周期变长,间接增加每个用户的传输时延;
三、随着股票市场的活跃度提升,待传输的行情数据内容快速增长,TCP传输本身的确认机制和拥塞控制形成的网络时延会迅速增大;
四、如在单个TCP连接中传输多个市场的行情数据时,单个市场数据拥塞会导致其他市场行情数据无法传输,形成队头阻塞;
五、TCP远距离传输时,由于本身的确认机制和拥塞控制,数据包无法快速发布,会间接导致无法有效占满带宽。
综上所述,在多市场行情数据跨地域高并发的传输要求下,TCP传输方式的不足越来越明显。但单纯使用UDP替换TCP传输,无法解决UDP在广域网存在乱序丢包、传输不可靠的情况。现有的可靠组播模式,仍需采集下游反馈的确认报文,通过差错控制和拥塞控制机制实现可靠组播,常用技术包括自动重复技术(ARQ)、前向纠错技术(FEC)和混合FEC/ARQ技术。经典可靠组播协议包括SRM(Scalable Reliable Multicast)、RMP(ReliableMulticast Protocol)、RMTP(Reliable Multicast Transport Protocol)和TMTP(Tree-based Multicast Transport Protocol)。在高并发情况下,由于下游不返回或集中返回ACK,可靠组播模式仍存在归零(Drop-to-Zero)与ACK风暴(ACK Implosion)情况,对发布端处理性能要求较高。且上述可靠组播模式都不同程度采用了类似TCP传输的确认和拥塞控制机制,仍存在时延消耗。
对于行情数据传输而言,可靠性和低时延是最关键的需求。针对目前的现状,需要设计一种新型的传输方式,实现对多市场行情数据的低时延可靠传输。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足,提供一种新型的传输方式,通过结合UDP和TCP传输的优势,设计并增加自定义的会话协议和重传服务,并针对行情数据的特点,对传输性能进一步优化,在保证传输可靠性的同时极大地降低了传输时延,为跨地区的高并发用户提供了更及时的实时行情数据。
为了实现上述目的,设计一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,包括发布服务、重传服务和接收服务,其特征在于还包括LDDS协议,设置于UDP/TCP协议上层,包含产品类别,用于区分不同市场行情数据;消息序号,用于接收服务可判断是否发生丢包或乱序;消息类型,用于规范当前消息数据属于重传或实时行情数据;发布服务直接UDP组播到重传服务和各接收服务;所述重传服务,设置于发布服务下游,重传服务与发布服务采用UDP组播,两者部署在同一局域网内;所述接收服务与重传服务建立TCP长连接。
优选的,重传服务会对发布服务数据按不同产品类别分类进行快速缓存。
优选的,接收服务通过与重传服务建立TCP长连接,当从发布服务接收的组播行情数据发生丢包时,通过向重传服务发送重传请求进行精准回补,由于接收服务多部署于跨地区的广域网环境,相同数据会优先到达重传服务,通过重传服务和接收服务之间存在的接收时间差,保证重传服务在收到下游重传请求时已完成缓存并可快速将重传数据提供给下游接收服务。
优选的,接收服务中设有乱序重排机制,单个产品的消息序号不连续时,会等待n个数据包按序号大小排序。
优选的,重传服务中设有智能重传机制,重传服务会监测1秒内单个产品类别接收的行情数据量,当到达一定阈值,即认为进入行情波峰阶段,此时,如果发现n个接收服务请求重传了相同产品类别的某个或多个数据包时,会自动对所有接收服务重传该数据包。
本发明同现有技术相比,其优点在于:
1.现有的TCP传输和可靠组播模式都未抛弃确认机制和拥塞控制,且在高并发情况下,各连接之间存在互相影响的情况,比如可靠组播中的拥塞控制可能因为单个节点的拥塞程度降低了发布端的整体发送效率,本发明彻底摆脱了确认机制和拥塞控制,通过创新利用重传服务与接收服务之间存在的接收时间差,实现消息数据的精准回补;
2.通过设计LDDS协议层,增加产品类别定义,实现多市场行情数据在传输过程中的多路复用,单一市场行情的传输情况不影响其他市场行情,针对行情数据存在波峰及波谷情况,以及组播丢包的趋同性,新增智能回补机制,进一步提升处理性能,降低传输时延,相比于原有行情发布模式,在保证传输可靠性的前提下,大大降低了传输时延。
附图说明
图1是本发明现有传输机制示意图;
图2是本发明新传输机制示意图;
图3是本发明并行环境传输示意图;
图4是本发明生产环境传输示意图;
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明,本发明的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明在UDP/TCP协议上层,增加了LDDS协议,包含产品类别、消息序号、消息类型和消息长度等协议字段(见表1)。该协议层规范了发布服务(Data Collection Service,DCS)、接收服务(Vendor Data Engine,VDE)和重传服务(Retransmission Service,RTS)之间的会话协议。通过定义产品类别,可区分不同市场行情数据;通过消息序号,接收服务可判断是否发生丢包或乱序;通过消息类型,规范当前消息数据属于重传或实时行情数据。LDDS协议在新传输方式中发挥了枢纽作用,将不同服务联结在一起。
表1 LDDS协议字段说明
本发明在发布服务下游增加重传服务(RTS),重传服务与发布服务采用UDP组播,两者要求部署在同一局域网内。根据LDDS协议,重传服务会对发布服务数据按不同产品类别分类进行快速缓存,基于局域网优质传输质量,重传服务可以保证缓存数据完备和准确性。为提升重传服务查询性能,可支持仅缓存最近n秒行情数据。
表2各服务简称说明
缩写 | 含义 |
DCS | Data Collection Service,发布服务 |
DDS | Data Distribution Service,转发服务 |
RTS | Retransmission Service,重传服务 |
VDE | Vendor Data Engine,接收服务 |
原传输机制中,为避免发布服务直接处理高并发TCP连接可能影响行情发布性能,发布服务与接收服务之间有一层转发服务(Data Distribution Service,DDS),转发服务通过TCP传输,将行情传输给各接收服务。本发明将去除转发服务,发布服务直接UDP组播到各接收服务,避免TCP高并发时的轮询周期过长、确认机制时延、拥塞控制时延及队头阻塞情况,同时减少中间转发环节,缩短时延。改用UDP传输可同时支持多路复用,对于单个接收服务,同时接收多个市场行情数据时,不会因单一市场传输阻塞而所有市场受影响。
本发明在接收服务中新增精准回补模式实现可靠传输。接收服务通过与重传服务建立TCP长连接,当从发布服务接收的行情数据发生丢包时,可通过向重传服务发送重传请求进行精准回补。由于发布服务多部署于跨地区的广域网环境,相同数据会优先到达重传服务,通过两服务(重传服务和发布服务)之间存在的接收时间差,可保证重传服务在收到下游重传请求时已完成缓存并可快速将重传数据提供给下游发布服务。重传数据粒度可按产品类别区分,因此,单个市场行情发生丢包时,仅单个市场重传,其他市场可快速接收和处理实时行情,实现多路复用。
本发明在接收服务中新增乱序重排机制。广域网组播存在大量乱序情况,如单纯根据序号不连续进行数据重传,会导致重传请求过多,因此,单个产品的消息序号不连续时,会等待n个数据包(默认为5个)按序号大小排序,如可连续则直接下发,不连续才判定为丢包,进行数据包重传,可大大降低重传请求次数。
本发明在重传服务中新增智能重传机制。通过观察和验证,多个接收服务要求重传的数据具有趋同性,即多个接收服务丢失的数据包可能是同一个产品类别的同一个数据包。同时多市场行情数据传输存在波峰和波谷,如早盘开市阶段和午盘开市阶段行情数据量会激增,在组播过程中容易形成更多数据丢失。为了避免在行情波峰阶段,大量接收服务同时频繁请求重传相同数据对重传服务形成的处理压力以及可能产生的处理时延,本发明在重传服务端新增智能重传机制。该机制的实现方式是,重传服务会监测1秒内单个产品类别接收的行情数据量,当到达一定阈值,即认为进入行情波峰阶段,此时,如果发现n个接收服务(默认为总客户端的5%)请求重传了相同产品类别的某个或多个数据包时,会自动对所有接收服务重传该数据包。
在一个优选的实施方式中,我司行情发布***主要对全国多个站点发布国内交易所市场行情,主要传输的行情数据包括沪市、深市和港市三市场。通过LDDS协议规范,可对三个市场分开定义产品类别(1沪市;2深市;3港市),各市场的发布服务将对每条消息定序编号发布。
局域网中将部署重传服务,重传服务对沪深港市场分别缓存最近30秒行情数据,支持接收服务单独请求重传单个市场的消息数据。
目前发布服务部署在上海,接收服务可能部署在多个广域网站点,如香港或新疆等。接收服务将实时接收沪深港三市场行情数据。
为了对比新传输模式相对于原传输模式的时延优势,将在同一个站点部署两套接收服务,一套接收服务用于接收按原传输方式下发的行情数据,另一套接收服务用于接收按新传输方式下发的数据,两套服务分别对每个消息包标记接收时间戳并写入文件(见图3和图4)。此实例主要通过对比沪市行情数据中相同序号消息包写入文件的时间戳,推算出两种传输方式的时延情况。对于相同序号的消息包,时间戳越大表明接收得越晚,由于发布时间一致,可反推出不同传输方式的传输时延。
为了验证传输方式的通用性,将同时在现有的并行环境和生产环境进行时延比对。并行环境的行情数据与生产环境相同,但并行环境防火墙设备为千兆带宽,生产环境的防火墙设备为万兆带宽。并行环境目前有上海华信机房站点和香港站点两个;生产环境为新疆、成都、太原、沈阳四个站点。
通过观察沪市和深市行情数据,目前波峰主要出现在集合竞价结束后的开盘时点(9:30),此时重传服务会根据智能重传机制,快速预测并推送各下游接收服务可能缺失的行情数据,降低波峰时段的重传时延。
表3各专线测试数据统计表
新旧传输方式下,各站点专线的时延比对情况见表3。在表格中,“UDP”表示新传输模式;“TCP”表示现有传输模式;“UDP总包数”表示新传输模式接收到的沪市行情数据总包数;“TCP总包数”表示现有传输模式接收到的沪市行情数据总包数;“UDP重传次数”表示新传输模式下,接收服务请求重传的次数;“UDP丢包数”表示新传输模式下,落地文件中丢包的个数;“平均时延”计算方式见下述公式。
根据表3的测试结果,可得出以下结论:
1新传输模式相对于现有传输模式,大大降低了传输时延。对于离发布服务越远或传输网络较差的站点,效果越好。比如,新传输模式对于上海华信站点可降低1ms传输时延,但对于新疆站点可降低84ms传输时延。
2新传输模式在组播发布的基础上,通过精准回补机制实现可靠传输,各站点均实现0丢包,满足行情数据对于可靠性的要求。通过测试数据可看出,目前并行环境的重传次数远高于生产环境,表明并行环境网络环境弱于生产环境,可能与防火墙带宽相关。但即使在较差的网络环境(并行环境),新传输方式也已实现全部可靠重传。
3多市场可实现多路复用传输方式,不受单个市场传输阻塞影响。目前沪市和港市的重传次数较多,但深市目前重传较少,通过LDDS中产品类别的区分,单个市场重传不影响其他市场正常接收。
本发明通过结合UDP传输无需确认和拥塞控制,可快速发送的优势,以及TCP传输的可靠性,通过设计LDDS协议和重传服务,辅助实现了接收服务的精准回补和传输过程中的多路复用,同时通过结合行情数据波峰和丢包趋同性的特点,增加重传服务的智能重传,通过整体的优化,实现了多市场行情数据在广域网的低时延可靠组播,极大提升传输效率。且通过在现有并行环境和生产环境的各个站点中,结合沪深港多个市场实时行情数据进行论证,产生了很好的实践效果。
Claims (5)
1.一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,包括发布服务、重传服务和接收服务,其特征在于还包括
LDDS协议,设置于UDP/TCP协议上层,包含产品类别,用于区分不同市场行情数据;消息序号,用于接收服务可判断是否发生丢包或乱序;消息类型,用于规范当前消息数据属于重传或实时行情数据;
发布服务直接UDP组播到重传服务和各接收服务;
所述重传服务,设置于发布服务下游,重传服务与发布服务采用UDP组播,两者部署在同一局域网内;
所述接收服务与重传服务建立TCP长连接。
2.如权利要求1所述的一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,其特征在于重传服务会对发布服务数据按不同产品类别分类进行快速缓存。
3.如权利要求1所述的一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,其特征在于接收服务通过与重传服务建立TCP长连接,当从发布服务接收的组播行情数据发生丢包时,通过向重传服务发送重传请求进行精准回补,由于接收服务多部署于跨地区的广域网环境,相同数据会优先到达重传服务,通过重传服务和接收服务之间存在的接收时间差,保证重传服务在收到下游重传请求时已完成缓存并可快速将重传数据提供给下游接收服务。
4.如权利要求1所述的一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,其特征在于接收服务中设有乱序重排机制,单个产品的消息序号不连续时,会等待n个数据包按序号大小排序。
5.如权利要求1所述的一种多市场行情数据在广域网的低时延可靠传输方法,其特征在于重传服务中设有智能重传机制,重传服务会监测1秒内单个产品类别接收的行情数据量,当到达一定阈值,即认为进入行情波峰阶段,此时,如果发现n个接收服务请求重传了相同产品类别的某个或多个数据包时,会自动对所有接收服务重传该数据包。
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