CN101841456B - 一种实现业务应用区分的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现业务应用区分的方法和系统，包括：用户终端输出业务流时对业务流的业务应用进行识别和分类；根据分类结果对所述业务流的报文分别打上能够被网络设备识别的特征字段；网络设备接收到所述业务流后，检测业务流报文中的特征字段，根据业务流标记与优先级的映射规则在业务流报文中打上相应的优先级标记。通过本发明实现了对同一用户不同业务的区分识别，同时也对用户各个业务的软终端进行了整合，方便对用户端统一管理和维护，具有实现简单、技术可靠、安全性高、开销少、可扩展性强等优点。

Description

一种实现业务应用区分的方法和系统

技术领域

本发明涉及宽带通信及应用技术领域，特别是指一种实现业务应用区分的方法和系统。

背景技术

近年来，宽带业务作为新的盈利增长点，已成为传统电信运营商的主打业务。然而，随着宽带内容的迅猛发展，一些高价值用户不仅需要提供日益丰富多彩的增值业务，如网络电视(IPTV)、视频会议、语音电话、游戏、流媒体点播等，还对业务的质量提出了更高的要求，这就要求电信运营商必须找到一个能够全面提升高价值用户的业务感知和业务体验的方法。

传统电信运营商当前经营的宽带业务主要包括：数据类业务、视频类业务、音频类业务等。

这些业务的流量特征简单的分析见表1所示：

业务分类	业务特性
		数据类业务(宽窄带接入，专线接入等)	1.自上而下的老鼠大象型流量，突发性强，不易预测；2.能适应各种网络条件；3.对其它业务影响较大(P2P应用改变IP城域网流量的非对称型特征)
高码率视频类业务(IPTV，VoD等)	1.自上而下的蟒蛇型流量，流量较大(几Mbps)，相对平稳；2.会话期长(小时级)，实时性较高，易受其它业务影响；3.对其它业务影响较小
		交互式音视频类业务(3G/软交换语音视频等)	1.对称穿插的蚯蚓型流量，流量较小(几十～几百Kbps)；2.会话期较长(分钟级)，实时性最高，易受其它业务影响；3.对其它业务影响较小

表1

可见，不同的宽带业务对网络的要求呈现不同的特点，甚至可能存在较大的差异，对网络容量、网络服务质量、网络接入带宽等网络指标的要求也无法一概而论。在这种模式下，采用差分服务技术(DiffServ)，对网络中不同等级的用户和不同等级的业务进行区分，并对其中高等级的用户和高等级的业务实施保证是一种行之有效的方法。

目前主要有以下三种技术实现用户和业务的区分：

1)通过数字用户线路接入复用器(DSLAM)/楼道交换机的物理端口区分用户。

现有宽带用户多为LAN或xDSL接入，经过以太汇聚网或多业务传输平台(MSTP)/弹性分组环(RPR)汇聚到宽带接入服务器(BRAS)或业务路由器(SR)进行业务接入控制，由BRAS或SR实现接入网关功能，参见图1所示。

●对于采用LAN接入的用户，楼道交换机和园区交换机均不进行QOS策略配置，在用户入口标识用户VLAN ID，通过VLAN划分来实现安全隔离，并通过高带宽轻载来实现和园区交换机之间的业务质量保证。

●对于采用xDSL接入的用户，在上行方向，在DSLAM的用户端口为不同的用户分配单独的VLAN ID或PVC，实现较高可靠性的安全隔离，同时限制DSL链路带宽来控制用户的上下行流量。对于IP内核的DSLAM，不进行Qos策略配置；对于ATM内核的DSLAM，可利用ATM自身具有较好的带宽控制和QoS保障能力的特性，将高质量用户的业务设置为CBR，普通用户的业务等级设为UBR，以实现简单的QoS策略调度。

●采用xDSL接入时，对于具备2个及2个以上上行接口的DSLAM设备，采用其中一个上行接口专门来承载B类客户业务流量，另一个接口承载普通的C类客户业务流量，将不同等级用户的业务流量从物理上区分开来，以保证高质量用户业务的带宽，同时也便于上层设备的进一步区分。

通过DSLAM/楼道交换机的物理端口区分用户的缺点是只能区分出不同用户，无法进行同一用户不同业务的区分。

2)通过上网帐号区分用户

帐号区分的核心思想是在现有网络上划出一部分资源，虚拟出两张网络，进行不同用户服务质量的区分，这种方式无须对现有网络结构进行调整，主要通过启用设备相关功能实现。

如图2所示，将承载网络虚拟出两个逻辑平面，分别为普通平面和高质量平面。

●对于普通平面的用户

宽带接入：在不申请新的业务(如IPTV等)，则保持现有接入速率不变。

BRAS：视该设备下的老用户数量多少，为其分配一定量的总带宽。

省网/城域网出口：减少少量滥用带宽的用户对大多数用户的影响。

●对于高质量平面的用户

宽带接入：对接入带宽进行提速，如提升至3M、4M及以上。

BRAS及以上层面：根据业务发展，及时扩容，为新用户保证带宽。

该方式的缺点与第一种相同，也是只能区分出不同用户，无法进行业务的区分。

3)通过多端口Modem区分同一用户的不同业务

采用多端口Modem可以对同一用户的不同业务进行粗略的区分。接入终端(如多端口Modem)根据业务需求提供多个物理接口，如：一个用于VoIP业务的接入(对应最高优先等级)；一个可用于IPTV业务的接入(对应次高优先等级)；另外两个用于高速上网的接入(高质量互联网和普通互联网分别对应次低和最低优先等级)，参见图3所示。

当不同用户端口上行方向有数据流时，多端口Modem根据用户端口属性进行相应的优先级标记，并根据端口的不同优先等级进行相应数据流的调度处理，然后，将数据流转发到相应的线路接口上，其他网络设备同样根据该优先级标记进行队列调度和QoS处理。

这种方式的优点是可以区分出通过不同硬件终端(如SIP终端、PC、机顶盒等)上连的业务，并且可以针对以上不同业务分类进行优先级标记和调度，对接入终端要求较低，部署相对容易。

该方法的缺点是无法区分同一用户终端发起的不同种类业务。

4)采用基于会话的动态Qos策略来区分业务

动态QoS技术主要通过资源预留及呼叫接纳控制(CAC)机制对业务实施QoS策略，可以比较灵活的实现基于用户或业务的按需QoS保证。关键技术包括CAC、路径选择、资源预留、动态策略决策、策略执行，其中CAC是根据当前承载网剩余的网络资源，判断对新申请的业务请求是否接纳的一种业务控制机制，它保障了承载网中资源不会过度使用，从而使已经接纳的业务的服务质量不受冲击。

图4是采用资源管理模块实现VoD业务动态QoS控制的流程，主要包括：

步骤401，STB请求某个VOD内容；

步骤402，中间件(Middleware)通过SOAP接口向RM申请资源；

步骤403，RM通过SOAP接口向后台等查询用户的物理位置；

步骤404，RM完成资源查询，并接纳或拒绝来自Middleware的请求Middleware根据RM的响应决定是否接纳用户的请求；

步骤405，RM通过COPS接口完成策略下发，并通知其它RM完成端到端的资源预留；

步骤406，BRAS将QoS、策略等下发到DSLAM设备。

基于会话的动态Qos策略来区分业务的方式可以区分出同一用户的不同业务，不过由于每次会话都需要CAC参与和控制，因此设备支持能力受限于并发的会话数目相关。而通常一个BT下载就会同时会产生成百上千个会话，这种情况下对网络资源消耗非常严重，对网络设备的压力也大大增加，因此这种方式仅适用于基于Client/Server的体系架构，并不适合在P2P这种体系架构下采用。

发明内容

可以看出，利用现有技术尚无法很好实现对同一用户的不同业务，特别是同一用户终端接入进来的不同业务进行区分和识别，有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实现业务应用区分的方法和系统，解决上述问题。

基于上述目的本发明提供的一种实现业务应用区分的方法，包括：

用户终端输出业务流时对业务流的业务应用进行识别和分类；

根据分类结果对所述业务流的报文分别打上能够被网络设备识别的特征字段；

网络设备接收到所述业务流后，检测业务流报文中的特征字段，根据业务流标记与优先级的映射规则在业务流报文中打上相应的优先级标记。

可选的，该方法设置不同业务应用的业务流通过不同的接口输出，所述用户终端输出业务流时根据业务流输出的接口识别业务流的业务应用。

可选的，该方法所述对所述业务流的报文分别打上能够被网络设备识别的特征字段包括：将业务流中原有的报文字段修改为特征字段，或者在原有报文中增加新的特征字段。

可选的，该方法所述在原有报文中增加新的特征字段过程包括：业务分类后，标记模块将原有报文段分成两段，在之间插入特征字段，修改帧校验序列FCS。

可选的，该方法对所述业务流的报文进行标记后进一步包括：对所述特征字段进行加密。

可选的，该方法进一步包括：对所述业务流标记与优先级的映射规则进行不定期进行更换。

可选的，该方法所述特征字段在业务流报文中的位置不超过报文的前80字节。

可选的，该方法进一步包括：所述网络设备接收到硬终端类型的用户终端发送的业务流后，直接根据所接入的物理接口进行优先级标记。

基于上述目的本发明还提供了一种实现业务应用区分的系统，设置在用户终端，包括：

分类识别模块，提供面向用户终端中业务应用模块的接口，完成用户终端业务应用模块输出业务流对应的各种业务应用的识别和分类，并将分好类的业务流送至标记模块；

标记模块，用于在分类后的各种业务流的报文中分别打上能够被网络设备识别的特征字段，发送给相应的网络设备。

可选的，该系统所述分类识别模块中设置有多个输入接口分别与不同的业务应用模块接口连接，根据业务流输入的接口识别所述业务流。

可选的，该系统所述标记模块，在分类后的各种业务流的报文中分别打上能够被网络设备识别的特征字段是通过将业务流中原有的报文字段修改为特征字段，或者在原有报文中增加新的特征字段的方式。

可选的，该系统所述标记模块在对所述业务流的报文进行标记后还对所述特征字段进行加密。

从上面所述可以看出，本发明提供的实现业务区分的方法和系统，具有如下特点：

整个系统采用模块化设计，为提高标记的安全性和可靠性，应用模块与识别模块之间、识别模块与标记模块之间采用紧耦合结构。

各个应用模块之间采用松耦合结构，各个模块可以独立安装和运行。降低了彼此的相互依赖性，对日后的升级、业务扩展以及用户使用和选择更为灵活和方便。

为了防止报文伪造和破译，报文中标记的位置和标记映射规则均可以灵活改变，标记字段还可以进行加解密，且对加解密算法没有特别要求，从而进一步提高了整个实现机制的安全性和可靠性。

与原有技术的比较本发明具有如下优点：

引入了软件识别和软件标记模块，与原有技术相比，一方面实现了对同一用户不同业务的区分识别，同时也对用户各个业务的软终端进行了整合，方便对用户端统一管理和维护，具有实现简单、技术可靠、安全性高、开销少、可扩展性强等优点。

这种实现方式与具体会话无关，支持能力不受会话数目的限制。因此该实现方式不但适用于Client/Server的体系架构，也适用于未来的P2P的体系架构。

由于报文识别及标识工作在用户端实现，因此家庭网关等网络设备不需要维护大量合作伙伴的信息，网络设备除需要重新配置映射规则外，无需再做其他改动，有效降低了网络设备的升级成本和维护成本。

附图说明

图1为现有技术通过DSLAM/楼道交换机的物理端口区分用户的示意图；

图2为现有技术通过上网帐号区分用户示意图；

图3为现有技术通过多端口Modem区分业务示意图；

图4为现有技术VoD业务的动态QoS控制流程示意图；

图5为本发明实施例基于用户终端软件实现业务区分的示意图；

图6为本发明业务应用区分系统内部结构示意图；

图7为本发明实施例业务分类识别示意图；

图8为本发明实施例业务标记示意图；

图9为本发明实施例优先级映射与标记示意图；

图10为本发明典型的应用举例示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

本发明提出了一种基于用户终端对业务流标记特征字来实现业务区分的方法。其核心思想是在用户终端，如PC机、手机、个人数字助理(PDA)、机顶盒等设备，输出业务流时对业务流的业务应用进行识别和分类；根据分类结果对所述业务流的报文分别打上能够被网络设备识别的特征字段；网络设备如家庭网关、DSLAM、交换机、BRAS、路由器等接收到所述业务流后，检测业务流报文中的特征字段，根据业务流标记与优先级的映射规则在业务流报文中打上相应的优先级标记。

参见图5所示的系统应用环境示意图。由于有些用户终端设备的业务应用类型比较单一，这样可以直接通过该用户终端与网络设备的物理接口直接识别，为描述方便起见，在本文中称为硬终端；另外一些如个人电脑(PC)等用户终端会处理一种以上的业务应用，在此称为软终端，这类终端在与网络设备连接的一个物理接口中会传输至少两种业务应用，本发明重点针对软终端做出的。作为本发明的一个实施例，IP承载网501内的策略服务器502下发Qos策略至软终端类型的用户终端503，下发业务流标记与优先级的映射规则至网络设备504。在软终端类型的用户终端503上安装一个用户终端软件系统505来识别软终端上的各种业务应用1、2、3......，并根据策略服务器502下发的Qos策略标记对不同业务流分别标记相应的特征字，该特征字能够被网络设备504识别。

被标记了特征字的业务流送到相应的网络设备504，网络设备504再按照业务流标记与优先级的映射规则，将用户端软件系统505标记后的业务流打上相应的优先级标记。对于内部网络中的硬终端1、2......，网络设备直接将其接入的业务流根据所接入的物理接口进行优先级标记。然后进行调度处理，如带宽分配、排队策略等，从而实现对同一用户不同业务的区分。

为区分物理接口接入的是软终端还是硬终端，所述网络设备中可预先保存用户终端的物理接口信息，根据这些接口信息可以快速识别某个接口接入的是软终端还是硬终端。

上面的实施例中本发明实现业务应用区分系统在用户终端中是软件的形式，本领域技术人员应该清楚本发明实现业务应用区分系统也可以采用硬件实现。为更清楚地揭示本发明实现业务应用区分系统，下面描述其具体结构。

参见图6所示，在用户终端中各个业务应用模块1～N所产生的业务流首先经过分类识别模块601处理。

分类识别模块601提供面向软终端中各个业务应用模块1～N的接口(这里的接口可以是软接口)，负责完成各种业务应用的识别和分类工作，并将分好类的业务流送至标记模块602。

标记模块602是整个系统的核心模块，负责对分类后的各种业务流进行标记，打上能够被网络设备，如家庭网关、DSLAM、交换机、BRAS、路由器等识别的特征字，发送给相应的网络设备。

网络设备再在优先级映射与标记模块602中按照预定的业务流标记与优先级的映射规则，将标记后的业务流打上相应的优先级标记，并在优先级调度模块603中实施优先级调度策略，如带宽分配、排队策略等。

可见，本发明方案主要涉及到三个技术关键点：一是业务流的分类识别方法，二是业务流的标记手段，三是业务流标记与优先级的映射规则，下面分别进行介绍。

1)业务流的识别方法

如何能够识别出各种业务应用是本发明系统需要解决的首要问题。根据业务应用提供者的不同，可以将业务应用分成两大类：一类是由本发明系统开发厂家自己提供的业务应用模块，另一类是用户自己安装的第三方应用模块，如IE浏览器、real player等。

对于由系统开发厂家自己提供的业务应用，分类识别模块相对容易识别，只需开发业务应用模块时定义好与分类识别模块间的具体接口协议即可。如图7所示，由于不同的业务流来自不同的接口，因此分类识别模块601只需判断是哪一个接口接收的业务流即可区分出不同类别的应用。

对于用户自己安装的第三方应用模块，可以采用以下两种方式：

①系统开发厂家开发用户常见的所有应用模块，对用户自己另行安装的第三方应用模块不予识别和保证；

②与主流第三方应用模块的厂家进行合作，开放相关接口协议，与相关厂商协商定义与分类识别模块的相关应用接口。

当然，以上这两种方式只是举例，还有本领域的技术人员基于现有技术能够想到的其他识别第三方应用模块业务流的方式都应纳入本发明保护范围。

2)业务流的标记方法

业务流识别后则需要根据一定的规则给业务流打上特定的标记。

标记方法一般来说有两种，一种是对业务流中的原有报文字段进行修改，另一种是在原有报文中增加新的特征字段。由于修改原有字段有可能会对应用产生部分影响，因此优选的方法是在每个业务流的报文中某个特定位置新增加一个长度为1byte的字段来加以标识，如图8所示，业务分类后，标记模块将原有报文段分成两段，在原业务报文段1和原业务报文段2之间插入特征字段，修改帧校验序列(FCS)。其中该字节的前4个bit用于标记业务的类别，后4个bit用于标记具体的业务应用，该字段可加密。所述特征字段的位置可以根据需要由系统设计人员随意选取，但是根据目前网络设备所具备的报文深度检测能力，一般优选增加所述特征字段的特定位置不超过报文的前80字节。

对于业务类别和应用的具体标记取值(特征值)，可参考如表2所示的业务类别标记举例(可进行加密)。

业务类别(4bit)	特征值(4bit)
		保留	1111～0100
语音类	0011
		视频类	0010
网页浏览类	0001
		其他类	0000

表2

具体应用标记举例(可进行加密)，参见表3所示：

具体应用(4bit)	特征值(4bit)
		VoIP	0111
IPTV	0110
		p2p下载	0101
MSN	0011
		高速上网	0010
未识别	0000
		保留	其他值

表3

3)业务流标记与优先级的映射规则

为了增加业务标记的安全性，防止报文的伪造和破译，业务流标记与优先级的映射规则可不定期进行更换，并可以对特征字段进行加解密。该规则由策略服务器统一管理，并且不定期对用户端软件和所对应的网络设备发布更新。

业务流标记与优先级映射规则举例，参见表4所示：

表4

如图9所示，接收报文的网络设备需要具备深度报文检测能力，一般可检测报文前80字节即可。在家庭网关等网络设备上通过深度报文检测，检测出相应的特征字段，根据策略服务器下发的规则进行优先级映射处理，并将映射处理后的字段复制到需要标记的优先级字段(如TOS)上，同时将用户端软件增加的特征字段去掉，恢复出原有的应用业务报文(仅优先级字段和帧校验序列FCS发生变化)，经过优先级策略调度后，继续发送到相应的上一级网络设备。

下面针对本发明的几种可行方式中的一种实施方式进行举例说明：

如图10所示，一个典型的“我的e家”应用环境下，丈夫、妻子和儿子三个人同时通过家庭网关使用互联网网络：丈夫在通过VoIP电话和客户洽谈业务，妻子在上网浏览新闻，儿子在使用视频聊天工具与朋友聊天。

三台电脑上均安装有本发明业务识别系统。由于VoIP、视频聊天和上网这三种业务所应用协议的端口号不同，相对容易识别，因此识别方式可以简单采用通过协议端口号的方式来加以识别。最新的业务识别与映射规则表作为文件形式已经通过互联网下载并存储到每台电脑的本地硬盘中。如表5所示：

表5

这样，业务识别系统中的分类识别模块通过分析每个报文的端口号，就可以识别并区分出这三种不同的应用，并按照优先级映射规则将三种应用的优先级由高到低排序为：VoIP＞视频聊天＞上网浏览，然后标记模块根据规则中插入位置的要求将相应的业务类别标记和应用标记插入到每个报文的IP报文头后第一个字节前，并转发到家庭网关设备。发出的报文如图11所示：在VoIP业务报文中的IP报文头与VoIP业务报文段之间插入特征字段00110111，在视频业务报文中的IP报文头和视频业务报文段之间插入特征字段00100011，在上网业务报文中的IP报文头和上网业务报文段之间插入特征字段00010010。

家庭网关设备事先通过互联网将标识规则和映射规则下载并存储到网关自身的FLASH中，映射规则表如表6所示。

表6

根据标识规则，家庭网关设备采用深度报文识别技术去识别每一个报文头后的第一个字节，并按照映射规则表将其映射到IP报文中的TOS字段，并去掉插入的这个字节，重新计算生成FCS后，经过优先级策略调度后，继续发送到相应的上一级网络设备，上一级网络设备只需按照TOS字节进行相应的优先级调度即可。

这样，就可以实现基于用户端软件来区分业务：丈夫、妻子和儿子三个人可以同时使用互联网网络，而且在网络带宽发生拥塞的情况下，可以优先保证丈夫的VoIP电话业务不受影响，其次是保证儿子的视频聊天不受影响，即在带宽资源有限的前提下，充分有效地保障了高优先级的业务的正常使用。

本发明的描述是为了示例和说明起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种实现业务应用区分的方法，其特征在于，包括：

用户终端输出业务流时对业务流的业务应用进行识别和分类，设置不同业务应用的业务流通过不同的接口输出，所述用户终端输出业务流时根据业务流输出的接口识别业务流的业务应用；

根据分类结果对所述业务流的报文分别打上能够被网络设备识别的特征字段；

网络设备接收到所述业务流后，检测业务流报文中的特征字段，根据特征字段与优先级的映射规则在业务流报文中打上相应的优先级标记。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述业务流的报文分别打上能够被网络设备识别的特征字段包括：将业务流中原有的报文字段修改为特征字段，或者在原有报文中增加新的特征字段。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在原有报文中增加新的特征字段过程包括：业务分类后，标记模块将原有报文段分成两段，在之间插入特征字段，修改帧校验序列FCS。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对所述业务流的报文进行标记后进一步包括：对所述特征字段进行加密。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：对所述特征字段与优先级的映射规则进行不定期进行更换。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征字段在业务流报文中的位置不超过报文的前80字节。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：所述网络设备接收到硬终端类型的用户终端发送的业务流后，直接根据所接入的物理接口进行优先级标记。

8.一种实现业务应用区分的系统，设置在用户终端，其特征在于，包括：

分类识别模块，提供面向用户终端中业务应用模块的接口，完成用户终端业务应用模块输出业务流对应的各种业务应用的识别和分类，并将分好类的业务流送至标记模块，所述分类识别模块中设置有多个输入接口分别与不同的业务应用模块接口连接，根据业务流输入的接口识别所述业务流；

标记模块，用于在分类后的各种业务流的报文中分别打上能够被网络设备识别的特征字段，发送给相应的网络设备。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述标记模块，在分类后的各种业务流的报文中分别打上能够被网络设备识别的特征字段是通过将业务流中原有的报文字段修改为特征字段，或者在原有报文中增加新的特征字段的方式。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述标记模块在对所述业务流的报文进行标记后还对所述特征字段进行加密。

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