CN101656964A - Wi-Fi城域网的实现方法及家庭网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Wi－Fi城域网的实现方法及家庭网关，该家庭网关包括：配置管理模块，用于配置和管理家庭网关；上行管理模块，用于配置安全上行通道；Wi－Fi管理模块，用于维护和管理Wi－Fi城域网SSID，并通过安全上行通道建立和城域网的连接。本发明方便了Wi－Fi城域网业务的管理、计费和维护，而且开通成本低。

Description

Wi-Fi城域网的实现方法及家庭网关

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种Wi-Fi城域网的实现方法及家庭网关。

背景技术

目前，众多家庭网关产品集成了Wi-Fi功能。随着家庭网关规模的不断扩大，家庭网关产品的Wi-Fi也组成了一张遍布整个地区的城域网。对家庭网关的Wi-Fi功能进行扩充，使用其中一个服务集标识(Service Set Identifier，简称为SSID)做为一个公共服务接入点。利用该公共服务接入点，用户可以方便的使用家庭网络接入互联网络，这样整个城市就组成了Wi-Fi城域网。

考虑到整个城域普及了家庭网关，但具有Wi-Fi功能的家庭网关都用于家庭内部，这造成了Wi-Fi资源的浪费。另外，支持城域网功能专用的Wi-Fi接入设备不仅需要重新架设设备，而且需要重新布线组网，投入成本非常高。

发明内容

针对家庭网关的Wi-Fi资源浪费以及支持城域网功能专用的Wi-Fi接入设备投入成本高的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种Wi-Fi城域网的实现方法及家庭网关，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种家庭网关，该家庭网关包括：配置管理模块，用于配置和管理家庭网关；上行管理模块，用于配置安全上行通道；Wi-Fi管理模块，用于维护和管理Wi-Fi城域网服务集标识SSID，并通过安全上行通道建立和城域网的连接。

优选地，上述家庭网关还包括：安全管理客户端模块，用于根据用户提供的Wi-Fi城域网SSID，对用户进行鉴权和接入；计费管理客户端模块，用于将通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的状态通告计费管理服务器。

优选地，上述家庭网关还包括：服务质量管理模块，用于配置Wi-Fi城域网SSID的优先级和安全上行通道的数据包优先级；动态主机配置协议DHCP服务器模块，用于维护和管理通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的DHCP申请。

优选地，配置管理模块通过本地配置管理方式或者远程配置管理方式进行配置管理。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种Wi-Fi城域网的实现方法，该方法包括：配置Wi-Fi接入功能和安全上行通道；利用Wi-Fi接入功能配置Wi-Fi城域网SSID；根据Wi-Fi城域网SSID并通过安全上行通道建立和城域网的连接。

优选地，在利用Wi-Fi接入功能配置Wi-Fi城域网SSID之后，上述方法还包括：配置Wi-Fi城域网SSID服务质量和Wi-Fi接入功能服务质量。

优选地，在建立和城域网的连接之后，上述方法还包括：根据用户提供的Wi-Fi城域网SSID，对用户进行鉴权和接入。

优选地，上述方法还包括：在配置Wi-Fi城域网SSID时，启动DHCP服务器功能，并关闭本地DHCP服务器地址分配功能；在对用户进行鉴权和接入之前，开启本地DHCP服务器地址分配功能。

优选地，在对用户进行鉴权和接入之后，上述方法还包括：将通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的状态通告计费管理服务器，以便远程计费服务器对用户计费；当用户离开城域网时，向远程计费服务器发送用户离开消息，以便远程计费服务器停止对用户进行计费。

优选地，在向远程计费服务器发送用户离开消息之后，上述方法还包括：判断是否取消了对Wi-Fi接入功能的配置；如果判断结果为否，则等待其它用户进行鉴权和接入；如果判断结果为是，则发送所有用户离开消息给远程计费服务器，释放当前的安全上行通道，关闭DHCP服务器功能，关闭Wi-Fi城域网的SSID。

通过本发明，采用家庭网关配置Wi-Fi接入功能和安全上行通道并根据Wi-Fi城域网SSID建立和城域网的连接的方法，解决了家庭网关的Wi-Fi资源浪费以及支持城域网功能专用的Wi-Fi接入设备投入成本高的问题，从而方便了Wi-Fi城域网业务的管理、计费和维护，而且开通成本低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是用于实施本发明实施例的家庭网关实现Wi-Fi城域网的示意图；

图2是根据本发明实施例的家庭网关的结构框图；

图3是根据本发明实施例的家庭网关的优选结构框图；

图4是根据本发明实施例的Wi-Fi城域网的实现方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的利用家庭网关实现Wi-Fi城域网业务的交互流程图；

图6是根据本发明实施例的利用家庭网关实现Wi-Fi城域网业务关闭的交互流程图；

图7是根据本发明实施例的利用家庭网关实现Wi-Fi城域网软件处理的流程图。

具体实施方式

功能概述

考虑到相关技术中家庭网关的Wi-Fi(又称为无线保真)资源浪费以及支持城域网功能专用的Wi-Fi接入设备投入成本高的问题，本发明提供了一种家庭网关实现Wi-Fi城域网的方案，家庭网关通过配置Wi-Fi接入功能和安全上行通道，并根据Wi-Fi城域网SSID建立和城域网的连接，以方便Wi-Fi城域网业务的管理、计费和维护。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是用于实施本发明实施例的家庭网关实现Wi-Fi城域网的示意图，如图1所示，包括家庭网关和系统接入服务器。

其中，家庭网关具有本地接入功能，包括但不限于通用串行总线(Universal Serial Bus，简称为USB)接入、Wi-Fi本地接入以及以太网(Ethernet，简称为ETH)本地接入；家庭网关具有上行接入功能，包括但不限于非对称数字用户线路(Asymmetrical DigitalSubscriber Line，简称为ADSL)接入(即，数字用户线路DigitalSubscriber Line，简称为xDSL)、以太网接入及通用移动通讯系统(Universal Mobile Telecommunications System，简称为UMTS)接入等；另外，家庭网关具有本发明实施例描述的Wi-Fi城域网功能，是构建Wi-Fi城域网的基本要素。系统接入服务器包括但不限于宽带接入服务器、计费服务器、安全认证授权服务器及网络管理服务器(网管服务器)，系统接入服务器与家庭网关进行接入控制与鉴权管理。另外，系统接入服务器可直接连接至互联网。

装置实施例

根据本发明的实施例，提供了一种家庭网关。图2是根据本发明实施例的家庭网关的结构框图，如图2所示，该家庭网关包括配置管理模块22、上行管理模块24、Wi-Fi管理模块26。下面对上述结构进行详细描述。

配置管理模块(也可以称为本地和远程配置管理模块，这不影响发明的本质)22，用于配置和管理家庭网关，即，配置和获取家庭网关中的各个模块的参数，而且可以通过本地配置管理方式或者远程配置管理方式进行配置管理；上行管理模块24，连接至配置管理模块22，用于在配置管理模块22配置上行管理模块24中的参数之后，配置安全上行通道(即，建立上行传输方式)，其中，安全上行通道是所有上行业务的承载支撑；Wi-Fi管理模块26，连接至配置管理模块22和上行管理模块24，用于在配置管理模块22配置Wi-Fi管理模块26中的参数之后，维护和管理Wi-Fi城域网SSID，城域网的SSID使用不加密的接入方式，该接入方式与其他本地接口组相互隔离，不能相互访问，来自于该SSID的上行数据通过上行管理模块24配置的安全上行通道建立和城域网的连接。

图3是根据本发明实施例的家庭网关的优选结构框图，如图3所示，该家庭网关还包括：安全管理客户端模块32、计费管理客户端模块34、服务质量(Quality of Service，简称为QoS)管理模块36、动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，简称为DHCP)服务器模块38，下面对上述结构进行描述。

安全管理客户端模块32，连接至配置管理模块22和Wi-Fi管理模块26，用于在配置管理模块22配置安全管理客户端模块32中的参数之后，联合系统安全管理服务器，根据用户提供的Wi-Fi城域网SSID，对用户进行鉴权和接入；计费管理客户端模块34，连接至配置管理模块22和安全管理客户端模块32，用于在配置管理模块22配置计费管理客户端模块34中的参数之后，和系统计费管理服务器进行消息通信，将通过安全管理客户端模块32判断接入Wi-Fi城域网SSID的用户的状态通告计费管理服务器，以确保计费正确；服务质量管理模块36，连接至配置管理模块22、上行管理模块24和Wi-Fi管理模块26，用于在配置管理模块22配置服务质量管理模块36中的参数之后，配置Wi-Fi管理模块26管理的Wi-Fi城域网SSID的优先级和上行管理模块24配置的安全上行通道的数据包优先级，为本地用户提供服务质量；DHCP服务器模块38，连接至配置管理模块22和安全管理客户端模块32，用于在配置管理模块22配置DHCP服务器模块38中的参数之后，维护和管理安全管理客户端模块32管理的单线程单元(Single Threaded Apartment，简称为STA)客户端(即，上述用户)的DHCP申请，同时对现有的IP地址和地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称为ARP)表进行维护，保证城域网SSID本地接入的安全。

通过该实施例，利用家庭网关的Wi-Fi资源构造城域网体系，业务开展及维护方便，维护成本低。

方法实施例

根据本发明的实施例，提供了一种应用于家庭网关的Wi-Fi城域网的实现方法，该方法可以用于实现上述的家庭网关。图4是根据本发明实施例的Wi-Fi城域网的实现方法的流程图，如图4所示，包括如下的步骤S402至步骤S406：

步骤S402：家庭网关通过本地和远程配置方式配置Wi-Fi接入功能和安全上行通道。

具体地，在配置Wi-Fi接入功能和安全上行通道的同时，家庭网关配置正确的安全管理客户端模块和计费管理客户端模块参数信息。

步骤S404：家庭网关利用Wi-Fi接入功能配置Wi-Fi城域网SSID。

具体地，家庭网关在配置Wi-Fi城域网SSID时，启动DHCPServer功能并关闭本地DHCP服务器地址分配功能。

然后，家庭网关配置Wi-Fi城域网SSID服务质量和Wi-Fi接入功能服务质量，以保证网络质量。

步骤S406：家庭网关根据Wi-Fi城域网SSID并通过安全上行通道获取正确的公网IP地址，建立和城域网的连接。

然后，家庭网关开启本地DHCP服务器地址分配功能以便接入Wi-Fi城域网SSID用户。

根据用户提供的Wi-Fi城域网SSID，家庭网关对Wi-Fi城域网用户进行鉴权和接入，用户根据Wi-Fi城域网SSID通过DHCPServer获取家庭网关分配的本地IP地址。

家庭网关在对用户进行鉴权和接入之后，家庭网关上的计费模块发送用户登陆消息给远程计费服务器，通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的状态通告计费管理服务器，以便远程计费服务器对用户计费；当用户离开城域网时，向远程计费服务器发送用户离开消息，以便远程计费服务器停止对用户进行计费。

家庭网关在向远程计费服务器发送用户离开消息之后，判断是否通过本地和远程配置方式取消了对Wi-Fi接入功能的配置；如果判断结果为否，则等待其它用户进行鉴权和接入；如果判断结果为是，则发送所有用户离开消息给远程计费服务器，释放当前的安全上行通道，关闭DHCP Server功能，关闭Wi-Fi城域网的SSID。

下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。

图5是根据本发明实施例的利用家庭网关实现Wi-Fi城域网业务的交互流程图，如图5所示，具体包括如下的步骤S502至步骤S522：

步骤S502：家庭网关本地(S502A)或远程网管服务器(S502B)配置家庭网关的Wi-Fi城域网接入功能(即，上述步骤S402)。

其中，步骤S502中的配置信息包含了安全接入服务器的IP地址和端口号，为了保证系统的健壮与稳定，可采用主备服务器进行备份。

步骤S504：家庭网关启用Wi-Fi城域网SSID(即，上述步骤S404)，Wi-Fi城域网SSID使用不加密的接入方式接入，家庭网关要保证Wi-Fi城域网SSID与本地用户不在同一个分组中，保证彼此数据隔离。

步骤S506：家庭网关启用Wi-Fi城域网SSID上的DHCP Server，但限制地址分配(即，取消DHCP地址分配功能)，Wi-Fi城域网客户端不能通过DHCP或其他形式访问设备。

步骤S508：家庭网关使用安全接入功能和安全接入服务器进行安全接入，本发明所指的安全接入包括但不限于第二层隧道协议(Layer 2 Tunneling Protocol，简称为L2TP)、点对点隧道协议(Pointto Point Tunneling Protocol，简称为PPTP)等接入方式，接入成功后家庭网关获取到公网的IP地址，且该安全通道(即，上述安全上行通道)与Wi-Fi城域网SSID绑定，保证有且仅有Wi-Fi城域网的数据流才能通过此安全通道(即，上述步骤S406)。

步骤S510：在安全接入通道(即，上述安全上行通道)成功建立后，安全接入服务器给家庭网关发送安全接入通道成功建立的消息。

步骤S512：家庭网关取消DHCP Server地址分配限制(即，启用DHCP地址分配功能)，Wi-Fi城域网客户端用户可以通过Wi-Fi城域网SSID连接。

步骤S514：Wi-Fi城域网客户端使用且仅能使用DHCP客户端(Client)从家庭网关的Wi-Fi城域网SSID获取本地IP地址，为了保证家庭网关DHCP Server本地安全，DHCP Server应该具有互联网协议(Internet Protocol，简称为IP)和媒体接入控制(Media AccessControl，简称为MAC)地址绑定功能，不接受不同MAC地址的相同IP报文，除非该DHCP进程(Session)已经释放。

步骤S516：家庭网关将Wi-Fi城域网客户端的MAC地址等必要信息，使用计费客户端模块通过安全通道上报给系统测的计费服务器，计费服务器开始对该Wi-Fi城域网客户端进行计费，如果计费成功，Wi-Fi城域网客户端可以获取到本地IP地址，否则，Wi-Fi城域网客户端不能获取到本地的IP地址。

步骤S518：Wi-Fi城域网客户端成功接入后，可以使用安全通道使用网络业务，进行数据传输。

步骤S520：Wi-Fi城域网客户端主动离开或者Wi-Fi城域网客户端被动离开，家庭网关利用超时检测机制检查到设备已经离开。

步骤S522：家庭网关将Wi-Fi城域网客户端的MAC地址等必要信息，使用计费客户端模块通过安全通道上报给系统测的计费服务器，停止对该用户的计费，DHCP Server清除该Wi-Fi城域网客户端IP和MAC地址信息，并进入步骤S512。

图6是根据本发明实施例的利用家庭网关实现Wi-Fi城域网业务关闭的交互流程图，如图6所示，包括如下的步骤S602至步骤S608：

步骤S602：家庭网关(S602A)本地或远程网管服务器(402B)关闭家庭网关的Wi-Fi城域网接入功能。

步骤S604：家庭网关关闭Wi-Fi城域网SSID。

步骤S606：家庭网关关闭Wi-Fi城域网SSID上的DHCP Server，并限制地址分配(即，取消DHCP地址分配功能)。

步骤S608：家庭网关通过计费模块通知计费服务器停止计费。

步骤S610：家庭网关关闭安全接入通道，本发明所指的安全接入包括但不限于L2TP、PPTP等接入方式。

然后，家庭网关清理所有用户的IP和MAC地址记录，关闭Wi-Fi城域网SSID上的DHCP Server并关闭家庭网关Wi-Fi城域网SSID。

图7是根据本发明实施例的利用家庭网关实现Wi-Fi城域网软件处理的流程图，如图7所示，包括如下的步骤S700至步骤S734：

步骤S700：单板正常启动本地和远程配置。

步骤S702：家庭网关判断Wi-Fi城域网是否已启动(使能)，并配置远程网管或家庭网关本地配置接口配置Wi-Fi城域网功能。如果已启动则进入步骤S704，如果没有启动则进入步骤S706。

步骤S704：家庭网关配置Wi-Fi城域网SSID为不加密接入方式，且家庭网关实现Wi-Fi城域网SSID与本地用户不在同一个分组中，实现彼此数据隔离，进入步骤S712。

步骤S706：如果Wi-Fi城域网已启动，则家庭网关判断Wi-Fi城域网是否有数据传输。

步骤S708：如果Wi-Fi城域网有数据传输，则Wi-Fi城域网SSID有用户接入，通过计费模块通知计费服务器停止计费，通过安全接入模块断开安全接入。

步骤S710：家庭网关清理所有用户的IP和MAC地址记录，关闭Wi-Fi城域网SSID上的DHCP Server，关闭家庭网关Wi-Fi城域网SSID，结束流程。

步骤S712：家庭网关使能Wi-Fi城域网SSID上的DHCP Server，但限制地址分配(即，不使能地址分配功能)，Wi-Fi城域网客户端不能通过DHCP或其他形式访问设备。

步骤S714：家庭网关使用安全接入功能和安全接入服务器进行安全接入，如果接入成功，进入步骤S718，否则进入步骤S716。

步骤S716：判断安全接入是否超过最大重试次数，如果没有超过则进入步骤S714，如果超过则流程结束。

步骤S718：家庭网关取消DHCP Server地址分配限制(即，使能地址分配功能)，Wi-Fi城域网客户端用户可以通过Wi-Fi城域网SSID连接。

步骤S720：如果有Wi-Fi城域网客户端用户接入，进入步骤S722，否则进入步骤S726。

步骤S722：Wi-Fi城域网客户端使用且仅能使用DHCP Client从家庭网关的Wi-Fi城域网SSID获取本地IP地址，为了保证家庭网关DHCP Server本地安全，DHCP Server应该具有IP和MAC地址绑定功能，不接受不同MAC地址的相同IP报文，除非该DHCPSession已经释放(即，有城域网客户端离开)。

步骤S724：Wi-Fi城域网客户端主动离开或者Wi-Fi城域网客户端被动离开，家庭网关利用超时检测机制检查到设备已经离开，此时，家庭网关将Wi-Fi城域网客户端的MAC地址等必要信息，使用计费客户端模块通过安全通道上报给系统测的计费服务器，停止对该用户的计费，DHCP Server清除该Wi-Fi城域网客户端IP和MAC地址信息，进入步骤S720。

步骤S726：家庭网关判断有城域网客户端接入。

步骤S728：家庭网关记录Wi-Fi城域网客户端的MAC地址和IP地址等必要信息。

步骤S730：家用网关使用计费客户端模块通过安全通道上报给系统测的计费服务器，并等待计费服务器消息，判断计费服务器是否成功对该Wi-Fi城域网客户端进行计费。

步骤S732：如果计费成功，家庭网关将记录Wi-Fi城域网客户端的MAC地址和IP地址等必要信息，Wi-Fi城域网客户端可以获取到本地IP地址，可以访问网络资源。

步骤S734：如果计费不成功，家用网关将清除接入的MAC和IP地址，并进入步骤S720。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

通过本发明的上述实施例，提供了一种Wi-Fi城域网的实现方法及家庭网关，该方法在一定范围内，有效利用了家庭网络内部的Wi-Fi带宽，实现实时的网络业务。从业务应用的角度来看，家庭网络的Wi-Fi城域网业务可以通过远程网管开通与关闭，利用现有的系统网络资源进行管理与计费，维护方便，开通成本低。从技术实现角度看，只要在家庭网关上实现，利用现有的网络体系就可以实现该功能。另外，家庭网关可以通过网管升级版本，保证业务实时更新。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种家庭网关，其特征在于，包括：

配置管理模块，用于配置和管理家庭网关；

上行管理模块，用于配置安全上行通道；

Wi-Fi管理模块，用于维护和管理Wi-Fi城域网服务集标识SSID，并通过所述安全上行通道建立和城域网的连接。

2.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，还包括：

安全管理客户端模块，用于根据用户提供的Wi-Fi城域网SSID，对所述用户进行鉴权和接入；

计费管理客户端模块，用于将通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的状态通告计费管理服务器。

3.根据权利要求1所述的家庭网关，其特征在于，还包括：

服务质量管理模块，用于配置所述Wi-Fi城域网SSID的优先级和所述安全上行通道的数据包优先级；

动态主机配置协议DHCP服务器模块，用于维护和管理通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的DHCP申请。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的家庭网关，其特征在于，所述配置管理模块通过本地配置管理方式或者远程配置管理方式进行配置管理。

5.一种Wi-Fi城域网的实现方法，应用于家庭网关，其特征在于，包括：

配置Wi-Fi接入功能和安全上行通道；

利用所述Wi-Fi接入功能配置Wi-Fi城域网SSID；

根据所述Wi-Fi城域网SSID并通过所述安全上行通道建

立和城域网的连接。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在利用所述Wi-Fi接入功能配置Wi-Fi城域网SSID之后，所述方法还包括：

配置Wi-Fi城域网SSID服务质量和Wi-Fi接入功能服务质量。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在建立和城域网的连接之后，所述方法还包括：

根据用户提供的Wi-Fi城域网SSID，对所述用户进行鉴权和接入。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在配置Wi-Fi城域网SSID时，启动DHCP服务器功能，

并关闭本地DHCP服务器地址分配功能；

在对所述用户进行鉴权和接入之前，开启所述本地DHCP服务器地址分配功能。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在对所述用户进行鉴权和接入之后，所述方法还包括：

将通过Wi-Fi城域网SSID接入的用户的状态通告计费管理服务器，以便所述远程计费服务器对所述用户计费；

当所述用户离开城域网时，向所述远程计费服务器发送用户离开消息，以便所述远程计费服务器停止对所述用户进行计费。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在向所述远程计费服务器发送所述用户离开消息之后，所述方法还包括：

判断是否取消了对Wi-Fi接入功能的配置；

如果判断结果为否，则等待其它用户进行鉴权和接入；

如果判断结果为是，则发送所有用户离开消息给所述远程计费服务器，释放当前的所述安全上行通道，关闭DHCP服务器功能，关闭Wi-Fi城域网的SSID。

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