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CN101345685A - 虚拟广域网络中的数据传输方法及其系统 - Google Patents

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CN101345685A CN 200810006565 CN200810006565A CN101345685A CN 101345685 A CN101345685 A CN 101345685A CN 200810006565 CN200810006565 CN 200810006565 CN 200810006565 A CN200810006565 A CN 200810006565A CN 101345685 A CN101345685 A CN 101345685A
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Abstract

一种在虚拟网络中传输数据的系统包括多个彼此连接的路由器,每一所述路由器可存取其它路由器的因特网带宽使用率,并按照所述信息对包进行重新导向,其中所述系统的因特网输出带宽实质上等于所述多个路由器的因特网输出带宽。

Description

虛拟广域网络中的数据传输方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种虚拟广域网络(virtual WAN)数据传输方法及其系统,尤其涉及一 种有效分配带宽资源的虚拟广域网络数据传输方法及其系统。

背景技术

网络数据的传输是以封包(packet)方式来传递,各式各样的信息封包互相争夺有限的带 宽传输。当网络带宽足以提供信息流量的情况下,封包的传输情形不会受到影响,但当封包 总流量超过网络带宽负载时就会发生拥塞的情形。如同在道路上各式车辆争夺车道造成整条 道路严重塞车,但如果各式车辆能遵循所分配的车道行驶,那么即使机车在机车道上发生拥 塞,公车和汽车也能在其车道上顺畅地行驶。带宽管理的概念与车道划分的概念类似,主要 是当网络信息流量拥塞时仍可保障重要应用程序的网络带宽。

随着因特网的日益盛行,不仅企业内部对外的网络传输需求迅速上升,对于一般家 庭或自由职业者(小型办公室,家庭办公室(Small Office, Home Office); SOHO),也 因宽带网络的普及而更加重视网络传输的带宽使用。然而因特网带宽昂贵且有限,不可 能随着用户的需求而无限制地增加。为了有效解决此困境,利用带宽管理的技术可将有 限的带宽资源进行最有效的分配处理,其应为一种可行的解决方法。 发明内容

本发明的主要目的是提供一种强健且带宽使用平衡(load-balancing)的分散式虚拟广域 网络数据传输方法及其系统。

本发明的虚拟广域网络数据传输方法的一实施例包含以下步骤:每一路由器可周期性地 接收其它路由器对因特网的带宽使用信息;以及一请求路由器经由所述带宽使用信息选定一 其它路由器,且将其封包重新导向后经由所述选定路由器输出至因特网。

本发明的网络传输带宽管理系统的一实施例包含多个路由器,每一所述路由器包含至少 一连接端口、 一网络状态封包接收单元和一重新导向处理单元。所述网络状态封包接收单元 经由所述连接端口接收其它路由器的带宽使用信息。所述重新导向处理单元用于确定所述路 由器的带宽使用是否需进入重新导向,并根据其它路由器的带宽使用信息确定重新导向路径。

本发明的网络传输带宽管理系统的一实施例由多个路由器连接而成,每一所述路由

器可接收其它路由器对因特网的带宽使用信息,并进行封包输出至因特网的重新导向,

其中所述系统对因特网的输出带宽实质上等于所述多个路由器对因特网的输出带宽的总和。

附國说明

图1例示本发明的网络传输带宽管理系统;

图2例示本发明的一实施例的流程图;

图3是本发明的路由器的一实施例;

图4是本发明的另一实施例的虚拟广域网络数据传输方法;以及

图5是本发明的另一实施例的虚拟广域网络数据传输方法。

具体实施方式

图l是本发明的一实施例的虚拟广域网络数据传输系统。多个路由器(router) 14、 15、 16利用无线中枢模块(wireless backbone module)方式建构了虚拟广域网络数据传输系统10, 且每一路由器利用两个广域网络连接端口 WAN1、 WAN2连接到因特网11。借此,所述虚拟 广域网络数据传输系统10的整体输出带宽是由所有加入所述虚拟广域网络数据传输系统10 的多个路由器的输出带宽的总和。换句话说,如果加入装置的数量越多,那么整体输出带宽 也越大。本发明的虚拟广域网络数据传输系统10的连接架构并不限于特定形状,图1的网形 (mesh)仅为一实施例。此外,本发明的特点是采用分散式架构(decentralized),因此可靠性 较好,还相对较便宜。如果有一路由器14暂时无法连上网络11,例如因为因特网连接上的 故障或网络的拥塞,那么所述路由器14可通过无线网络先连接上另一路由器15,之后通过 所述路由器15的连接端口连接到因特网11。所述虚拟广域网络数据传输系统10的每一装置 可周期性地获得其本地和其它装置的因特网连接端口的连接状态及带宽使用状态。例如带宽 使用率发现协议(Bandwidth Utilization Discover Protocol; BUDP),带宽使用数据可由所述虚 拟广域网络数据传输系统10的每一装置获得。RFC 3626规范内的最优化链接状态路由协议 (Optimized Link Status Routing Protocol; OLSR)界定了如何在一个无线网状网络内周期性地 搜集数据,然后计算出一个最优化的路由方案。而Ad hoc按需距离向量(AdhocOn-Demand Distance Vector; AODV)协议可使节点能很快地获得其所想要到达的目的地的路径。其特点 在于能在网络拓扑有所改变的时候,能够快速地回应,并找到适当的路径。本发明的一实施 例可利用所述带宽使用发现协议、最优化链接状态路由协议或Ad hoc按需距离向量以周期性 地获得系统内各装置的因特网连接端口的连接状态和带宽使用状态。但上述协议的使用并非 必要,用户可自行界定对其最适宜的路由方案。

本发明可进一步界定当因特网连接端口拥塞时的上游(叩stream)和下游(downstream) 的阈值。当一路由器14的连接端口的带宽使用状态大于所述阈值时,除了所述路由器14本 地外,其它路由器15、 16即不再通过所述连接端口连上因特网11。或者,当所述路由器14 的连接端口的带宽使用状态大于所述阈值时,所述路由器14即经由路由器15、 16的连接端 口连上因特网ll。利用上述带宽使用发现协议、最优化链接状态路由协议、Adhoc按需距离 向量协议或用户自行界定的路由方案,和阈值设定,所述虚拟广域网络数据传输系统10的每 一装置均可以获得其它装置的带宽使用数据,且据此即便所述路由器14的两个对外连接端口 均发生故障,所述路由器14仍可经由路由器15、 16的连接端口而连上因特网11,只要所述 路由器15、 16的连接端口的带宽使用低于预定的阈值设定。而即便所述虚拟广域网络数据传 输系统10的一区段内发生拥塞时,本发明利用重新导向至仍有剩余带宽使用的其它装置,自 动故障修复(auto fail-over)以解决网络拥塞的问题,且确保连接上的稳定性。

图2例示本发明的一实施例的流程图。在步骤21,在虚拟广域网络数据传输系统10内 的任一路由器会定时收到其它路由器发出的BUDP封包。在步骤22,所述路由器会根据用户 的设定,判断本地两个广域网络连接端口的带宽使用率是否超过或低于一阈值。如果两个广 域网络连接端口的带宽使用率超过第一阈值,那么启动虚拟广域网络功能。如果两个广域网 络连接端口的带宽使用率低于第二阈值,那么停止启动虚拟广域网络功能。为了避免虚拟广 域网络功能在阈值附近不断启动和停止,可设定所述第二阈值小于所述第一阈值。例如第一 阈值为60%,第二阈值为50%至40%之间。在步骤23,如果本地两个广域网络连接端口的带 宽使用率超过一阈值,那么进行重新导向(redirection),且计算最优或优选的重新导向路径, 例如根据最优化链接状态路由协议、Ad hoc按需距离向量协议或用户自行界定的路由方案。 在计算最优或优选的重新导向路径时,本地会根据从BUDP封包中得到虚拟广域网络系统中 其它路由器的两个广域网络的带宽使用率、跳跃计数(hop count)和与本地相连的无线接口 位速率(bit rate)来决定由哪一个远程路由器作为本地的远程重新导向网关(redirect gateway)。 在步骤24,本地会根据收到的BUDP封包内容来更新虚拟广域网络系统中各路由器的信息, 包括路由器的区域网络网址(LNBIP)、广域网络带宽的使用率、主机名称(hostname)等。

图3是本发明的路由器的一实施例。所述路由器14包含网络状态(例如BUDP)封包接 收单元31、重新导向处理单元32和连接端口 33。所述网络状态封包接收单元31由连接端口 33接收其它路由器的带宽使用信息,并传给所述重新导向处理单元32进行处理。所述处理 单元32存储,或经由存储器存储用户设定的第一阈值和第二阈值,且判断本地的连接端口 33的带宽使用率是否超过所述第一阈值或低于所述第二阈值。如果两个广域网络连接端口的

带宽使用率超过所述第一阈值,那么根据从BUDP封包中得到的其它路由器的信息,例如带 宽使用率、跳跃计数和与本地相连的无线接口位速率,而据此计算最优或优选的重新导向路 径。所述处理单元32更进一步更新虚拟广域网络系统中各路由器的信息,包括路由器的区域 网络网址、广域网络带宽的使用率、主机名称等。

图4是本发明的一实施例的虚拟广域网络数据传输方法。假设虚拟广域网络系统中每个 路由器的两个广域网络的最大带宽各为IO兆位。在某一时间点下,路由器14、路由器15、 路由器16之间的无线传输速率及其两个广域网络所剩余未被使用的带宽如图所示。路由器 15和路由器16均通过无线接口直接与路由器14连接,因此其跳跃计数均为l。假设用户在 路由器14上设定当其广域网络端的带宽使用率超过60%时,那么启动虚拟广域网络功能;当 其广域网络端的带宽使用率低于40%时,停止使用虚拟广域网络功能。因此在某一时间点, 如果路由器14的两个广域网络的带宽使用率达到70% (高于第一阈值的60%)时,路由器 14会启动虚拟广域网络功能,并利用跳跃计数、无线传输速率和广域网络剩余的带宽,而分 别算出路由器14通过路由器15和路由器16作为远程重新导向网关时的得分。例如依据用户 自行界定的路由函数F(X、 Y、 Z),其中X代表跳跃计数,X >= 1; Y代表无线传输速率, 0<=Y<=54; Z代表广域网络剩余的带宽,Z>=0。假设经由路由器15路由的得分为F(X、 Y、 Z)=1.2,而经由路由器16路由的得分为F(X、 Y、 Z)=1.0185,那么根据上面结果路由器14 将选择路由器15作为其远程重新导向的网关。所有路由器14的区域网络端计算机要传送到 因特网11的封包都会转送到路由器15,并通过路由器15的两个广域网络端传送到因特网11。 如果此时路由器14广域网络端的带宽使用率为30%,那么路由器14会停止虚拟广域网络功 能,所有路由器14的区域网络端计算机要传送到因特网11的封包只会通过路由器14本地的 广域网络端传送到因特网11。

图5是本发明的另一实施例的虚拟广域网络数据传输方法。其中路由器15直接通过无线 接口与路由器14连接,因此其跳跃计数为1;而路由器16通过路由器15间接与路由器14 连接,因此其跳跃计数为2。假设在某一时间点,路由器14的两个广域网络连接端口的带宽 使用率达到70% (高于阈值的60%)时,路由器14会启动虚拟广域网络功能,并利用跳跃 计数、无线传输速率和广域网络剩余的带宽,分别算出路由器14通过路由器15和路由器16 作为远程重新导向网关时的得分。其结果分别为路由器15的得分为F(X、 Y、 Z)=1.2,而路 由器16的得分为F(X、 Y、 Z)=1.5,那么根据上面结果路由器14将选择路由器16作为其远 程重新导向网关。所有路由器14的区域网络端计算机要传送到因特网11的封包都会转送到 路由器16,并通过路由器16的两个广域网络端传送到因特网11。如果此时路由器14的广

域网络连接端口的带宽使用率为30%,那么路由器14会停止虚拟广域网络功能,所有路由器 14的区域网络端计算机要传送到因特网11的封包只会通过路由器14本地的广域网络连接端 口传送到因特网ll。

本发明利用路由器间的封包重新导向,使系统整体对因特网的输出带宽实质上等于系统 内的多个路由器对因特网的输出带宽的总和,有效地解决个别路由器在某一时间点带宽不足 的问题,提升整体系统的输出带宽。

上文己揭示本发明的技术内容和技术特点,然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示和揭示而作出种种不背离本发明精神的替换和修改。因此,本发明的保护范 围应不限于实施例所揭示的内容,而应包括各种不背离本发明的替换和修改,并为所附 权利要求书所涵盖。

Claims (20)

1.一种虚拟广域网络数据传输方法,其包含以下步骤: 每一路由器可周期性地存取其它路由器的因特网带宽使用信息;以及 请求路由器经由所述带宽使用信息选定其它路由器,且将其封包重新导向后经由所述选定路由器输出至因特网。
2. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其另外包含以下步骤:设定第一阈值和第二阈值;如果所述请求路由器的带宽使用大于所述第一阈值,那么启动重新导向;以及 如果所述请求路由器的带宽使用小于所述第二阈值,那么停止重新导向。
3. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中当所述请求路由器发生故 障时,启动重新导向。
4. 根据权利要求2所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中所述第一阈值大于所述第 二阈值至少10%。
5. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中每一路由器带宽使用率发 现协议来存取其它路由器的因特网带宽使用信息。
6. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中所述请求路由器利用最优 化链接状态路由协议、Ad hoc按需距离向量协议或用户自行界定的路由方案来找到 所述选定路由器。
7. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其进一步包含以下步骤:如果路由器对因特网的带宽使用大于阈值,那么停止其它路由器的封包经由所述 路由器连接上因特网。
8. 根据权利要求6所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中所述用户自行界定的路由 方案利用带宽使用率、跳跃计数和无线接口位速率来找到所述选定路由器。
9. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中所述请求路由器将其封包 重新导向后,将进一步更新各路由器的信息。
10. 根据权利要求l所述的虚拟广域网络数据传输方法,其中所述路由器信息的更新包 括路由器的区域网络网址、广域网络带宽的使用率和主机名称。
11. 一种虚拟广域网络数据传输系统,其包含多个路由器,每一所述路由器包含:至少一个连接端口;网络状态封包接收单元,其经由所述连接端口接收其它路由器的带宽使用信息;以及重新导向处理单元,其用于确定所述路由器的带宽使用是否需进入重新导向,并 根据其它路由器的带宽使用信息确定重新导向路径。
12. 根据权利要求ll所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述重新导向处理单元设 定第一阈值和第二阈值,其中如果所述请求路由器的带宽使用大于所述第一阈值, 那么启动重新导向;如果所述请求路由器的带宽使用小于所述第二阈值,那么停止 重新导向。
13. 根据权利要求ll所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述网络状态封包接收单 元带宽使用率发现协议来存取其它路由器的因特网带宽使用信息。
14. 根据权利要求ll所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述重新导向处理单元利 用最优化链接状态路由协议、Adhoc按需距离向量协议或用户自行界定的路由方案 来确定重新导向路径。
15. 根据权利要求14所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述用户自行界定的路由 方案利用带宽使用率、跳跃计数和无线接口位速率来找到所述选定路由器。
16. 根据权利要求ll所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述重新导向处理单元将 封包重新导向后,将进一步更新所述多个路由器的信息。
17. —种虚拟广域网络数据传输系统,其包括多个彼此连接的路由器,每一所述路由器 可存取其它路由器的因特网带宽使用信息,并进行封包输出至因特网的重新导向, 其中所述系统的因特网输出带宽实质上等于所述多个路由器的因特网输出带宽。
18. 根据权利要求17所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中每一所述路由器设定第一 阈值和第二阈值,如果所述路由器的带宽使用大于所述第一阈值,那么启动重新导 向;如果所述路由器的带宽使用小于所述第二陶值,那么停止重新导向。
19. 根据权利要求17所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述路由器带宽使用率发 现协议来存取其它路由器的因特网带宽使用信息。
20. 根据权利要求17所述的虚拟广域网络数据传输系统,其中所述重新导向利用带宽 使用率、跳跃计数和无线接口位速率来找到选定路由器。
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