CN101959167A - 一种无线Mesh网络的计费方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线Mesh网络的计费方法，属于无线Mesh网络领域。本方法为：1)为某用户提供外网服务的AP、中继用户以及该用户终端分别对该用户发送和接收的外网数据包进行Hash计算；2)该用户终端和中继用户分别将Hash值发送给AP；3)AP将自己计算的该用户外网数据包Hash值跟该用户发来的Hash值比较，得到一组Hash值；4)AP将该组Hash值与中继用户发来的Hash值比较，确定中继次数；5)AP将中继用户的信息及其中继次数发送给计费服务器；6)计费服务器根据中继次数对中继用户进行补偿。本方法可以对无线Mesh网络中对数据转发的用户进行补偿，同时实现计费过程的不可抵赖功能。

Description

一种无线Mesh网络的计费方法

技术领域

本发明主要涉及无线Mesh网络，设计了一种针对无线Mesh网络的计费方法，在对Mesh网络用户的计费过程中实现对中继用户的补偿和计费过程的不可抵赖性。

背景技术

随着无线通信网络的飞速发展，一种新兴的无线网络--Mesh网络应运而生。它能够很好地解决网络的“最后一公里”难题，同时可以被看作是无线微缩版的Internet。Mesh网络的优点在于，融合了无线网络和Ad Hoc的网络优势，各节点之间具有自组织功能，可以提供大容量、高速率、不可视距数据传输以及更广的网络覆盖范围，同时Mesh网络中节点都具有路由功能，可以对其它节点发送的数据包进行转发，充当其它节点的中继，因此无线Mesh网络是无线宽带介入Internet的一个非常理想的解决方案。然而对于无线Mesh网络中用户在使用Internet网络时，如何对其进行计费，如何设计一个适用于无线Mesh网络的计费方法，这对于无线Mesh网络今后的发展将至关重要。

传统的计费方法如，RADIUS、Diameter和TACACS+都是很经典的计费方法，其中RADIUS是最早的一个计费方法，由认证、授权和计费三部分组成，也是现在使用最为广泛的计费方法。Diameter计费方法是RADIUS计费方法的升级版，对RADIUS存在的安全问题以及功能方面进行了改进和升级，同时它也对RADIUS进行了很好的兼容。TACACS+计费方法是思科公司开发设计的一款计费方法，但是仅有思科设备支持，因此具有一定局限性。这些传统的计费方法，对于有线网络用户和传统的无线网络用非常适用，但是对于无线Mesh网络的适用性是存在有一定的问题。

首先，无线Mesh网络中每个节点都可以维护一张路由表，都具有路由功能，可以对其他节点发送的数据进行转发。在这个过程中用户节点也是可以为其它节点进行数据包转发，在这个转发数据的过程中会使用转发用户的网络设备和网络带宽，因此需要为进行了数据转发功能的用户提供一定的补偿，而对于传统的计费方法以及现有的计费方法都是没有考虑到这种对中继用户的补偿，这也是Mesh网络独有的特性，因此需要为计费方法增添新的功能。

其次，在现实中常有的情况是，用户可能会莫名其妙地接听到来自网络服务提供商的电话说是账户已经欠费，或是用户发现自己的账户会被无理由地扣掉余额，结果经常是用户会很冤枉地为这些没有理由的行为买单。而出现这种情况的原因就在于服务提供商采用的是传统的计费方法，缺少对用户上网账户的认证和确认，从而会引起这种结果产生。

另外，在国外的很多城市以及中国台北都已经开始运行无线Mesh网络，有关Mesh网络的计费通常采用的是利用包时的计费方法来进行计费。这种计费的缺点在于无法进行实时计费，并且对于过多用户在同时进行包时上网时，可能会一直使用网络进行下载或是在线观看视频，产生很大的数据流量，这样很容易使得网络堵塞，甚至出现网络瘫痪的状况。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种专门应用在无线Mesh网络中对网络用户按数据流量进行计费的计费方法。通过本计费方法，可以对无线Mesh网络中对数据转发的用户进行补偿，同时实现计费过程的不可抵赖功能，防止服务商提供虚假的计费信息，对上网用户的账户多收费用；也可以防止用户对自己真实的上网过程以及上网费用进行抵赖，这样就可以实现中继用户补偿功能和上网过程的不可抵赖功能。

本发明的详细方案为：

无线Mesh网络计费方法的中继补偿，其步骤为：

1)在网络接入服务器(AP)为用户提供上网服务的过程中，AP、中继用户、用户需要对发送和接收的外网数据包进行Hash计算；

2)用户将自己得到的Hash值通过跟AP建立的安全通道发送给AP；

3)中继用户也将自己的Hash值通过跟AP建立的安全通道发送给AP；

4)AP首先将自己计算该用户外网数据包的Hash值跟该用户发来的Hash值相比较，得到一组Hash值，这组值将作为确认中继用户转发数据包次数的凭证，然后再跟中继用户发送来的Hash值进行比较，这样就可以确定中继用户的中继次数；

5)AP将每个中继用户的信息和中继次数发送给计费服务器，计费服务器根据中继用户的中继情况对中继用户进行补偿。

所述网络接入服务器(AP)是为无线Mesh用户提供上网过程所需的认证、授权和网络接入的控制行为，在本发明中同时还需要AP跟用户建立安全通道，以及进行Hash值计算和Hash值比较。

所述中继用户是指在无线Mesh网络中，给别的用户进行数据包转发的用户。在Mesh网络中，每个节点都具有数据包的转发功能，因此所有的无线Mesh网络用户都有可能成为中继用户。

所述安全通道是无线Mesh用户在认证过程中跟AP协商的一个对称加密算法的密钥，在AP跟用户之间进行计费数据传输的过程中可以利用这个对称密钥对数据进行加密后传输，这样就在用户和AP之间建立了一个数据传输的安全通道，从而提高用户隐私和无线Mesh网络的安全性。安全通道传输的数据主要是用户在中继过程中计算的Hash值和上网过程中所产生的数据流量值等与计费有关的数据信息。

所述Hash值是AP、中继用户和用户利用已有的Hash算法对流经自己的数据包进行计算，得到数值后，将其发送给AP，然后进行后继操作。

所述数据包是指用户发送或者接收到来自AP的数据包，因为这些数据包是通过AP来跟外网进行通信的，需要用到网络服务提供商的网络资源和设备，而不流经AP的数据包是在无线局域网内部进行数据通信的，不会使用网络服务提供商的资源，用户不需要对这部分数据产生的流量进行付费，因此用户和中继用户不需要对这部分网内的数据包进行Hash值计算，这样就可以降低无线Mesh网络的负担和用户的计算负担。

无线Mesh网络计费方法不可抵赖，通过用户对自己的发送和接收到的外网数据包进行流量值统计，AP端对发送给用户和接收到用户的外网数据包进行流量值统计，然后用户将自己的流量值跟AP统计的流量值进行比较，确认后对流量值进行签名，然后通过之前建立的安全通道将其发送给AP，实现的具体步骤为：

1)AP将用户的计费流量值通过安全通道发送给用户；

2)用户收到流量值后，将其与自己统计的所用流量值进行比较，如果合法则进行确认签名，生成流量响应数据包；如果不合法，则拒绝签名并生成流量响应数据包，需要进行纠纷处理；

3)用户将签名后的结果或是进行纠纷处理后的结果发送给AP；

4)AP收到来自用户的流量响应数据包，如果其中带有签名，为正常数据包，验证用户的签名，签名如果正确，则将结果直接发送给计费服务器；签名如果不正确，需要重新发送计费流量值；如果不带有签名，则为纠纷包，AP需要进行相应的纠纷处理操作；

5)计费服务器收到来自AP的用户计费信息，根据其对用户进行计费活动。

所述流量值是由AP跟用户分别进行数据流量统计，AP需要对每个用户传输外网数据的流量分别进行统计，对于用户，只需要对通过AP访问外网的数据流量进行统计。最后需要比较的就是来自用户和AP统计该用户的这两个流量值。

所述确认签名是指用户将自己的流量值跟来自AP的流量值进行比较，如果合法，那么对这个流量值进行数字签名，然后将签名结果发送给AP，AP对将其收到的签名进行验证。

所述纠纷处理是在用户收到来自AP的流量值不合法时，所需要采取的相应处理措施，目的在于防止假冒AP或是AP对用户进行欺诈行为，使得用户的利益受损。

针对在无线Mesh网络中每个节点都具有对网络数据包的转发功能，同时在用户上网过程中将可能会使用到这些中继节点用户的网络资源，因此需要对中继用户进行补偿，本发明就针对这点提出并设计了相关的方法来对中继用户进行补偿，激励更多用户参与中继活动，从而提高网络带宽，这样用户上网的网络环境将会更加舒适。

针对用户跟网络服务提供商之间经常会发生计费纠纷，本发明第一次提出并实现了网络计费方法的不可抵赖。用户对自己上网过程产生的流量进行确认签名，如果网络服务商对用户的上网信息进行篡改或是多收费，是无法产生用户签名的，因此这部分没有签名的数据流量费用，用户是可以拒绝支付；同时如果计费信息有用户的合法签名，用户对这部分费用也是无法抵赖的。从而利用数字签名实现双方的不可抵赖。

本发明的积极效果为：

本发明首次提出了在无线Mesh网络下的网络计费方法，根据用户的上网产生的流量进行网络的实时计费，避免了采用包时计费方法所带来网络堵塞等风险，同时可以对中继用户进行中继补偿，从而提高了网络用户上网的积极性，为别的用户上网提供更多的可选路径，这样从客观上提高了无线Mesh网络的带宽。另一方面，本发明还首次提到了将数字签名引入网络计费方法中，利用数字签名来实现计费过程的不可抵赖，这样即可以防止服务提供商给用户乱计费，也可以防止用户对服务商产生的正确账单进行否认抵赖，进而实现了服务商跟用户之间的一个双向不可抵赖，提高用户上网的安全性，消除服务商的乱计费行为。这充分说明了本发明的积极效果。同时，不可抵赖部分还可以应用在其它的网络计费方法和协议当中，如RADIUS、Diameter和TACACS+等。

附图说明

图1是无线Mesh网络计费方法的场景图；

图2是无线Mesh网络计费方法的框架图；

图3是无线Mesh网络计费方法的中继补偿图；

图4是无线Mesh网络计费方法的不可抵赖图；

图5是无线Mesh网络计费方法的用户端纠纷处理流程图；

图6是无线Mesh网络计费方法的AP端纠纷处理响应流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

1.无线Mesh网络计费方法场景

图1给出了无线Mesh网络计费方法的场景。Mesh网络不同于传统网络的最大特点就是其中每个节点都具有网络路由功能，能够给其它节点进行数据包转发，同时还具有更广的网络覆盖范围和网络数据的不可视距传输。

图1中AAA服务器，用来为用户进行计费。AP为网络接入服务器，对用户的上网活动进行接入控制，并收集用户的上网信息，为服务器的计费进行信息收集。MP为无线Mesh网络中的无线网络路由器，支持点到多点功能。其他节点为Mesh网络中的用户节点，它们之间也是可以进行相互通信，并且可以为其它节点进行数据包转发，也是支持点到多点功能的。这样图1就构成了无线Mesh网络计费方法的一个普通的场景。

图2给出了无线Mesh网络计费方法的一个框架，计费方法是由用户、AP和服务器三部分组成的，用户和AP之间主要是通过Mesh网络进行通信，AP和服务器之间通过传统网络即有线网络或是传统无线网络。相互之间的连接也可以参见图1，虚线为无线Mesh网络连接，实线为传统网络。

2.无线Mesh网络计费方法的中继补偿

图3给出了无线Mesh网络计费方法的中继补偿实现过程。其中AP是网络接入服务器，CS1、CS2和CS3都为Mesh网络用户，用户CS2和用户CS3都对CS1用户的数据进行了转发，因此也可以被称为中继用户。在它们为CS1进行数据转发的过程中需要使用到它们的网络设备和带宽，因此有必要对CS2和CS3用户进行补偿，从而提高用户上网的公平性。

由于用户都具有数据包的转发功能，因此中继补偿在无线Mesh网络是所必须的。图3中可以看到，用户CS1先通过AP进行上网，对于流经AP的CS1数据和用户CS1、CS2、CS3对其所发送和接收到的数据都进行Hash值计算，在一段时间的计费完成后，用户CS1、CS2和CS3都将他们计算的有关CS1的Hash值通过安全通道发送给网络接入服务器AP，在收到Hash值之后，AP要先给CS1、CS2和CS3发送确认包Hash值回应来确认已经收到来自用户的Hash值，然后AP用CS1的Hash值跟自己的计算有关CS1的Hash值进行比较，取Hash值相同的部分再分别跟中继用户CS2和CS3发送来的Hash值进行比较，将Hash值相同的次数分别做为对中继用户CS2和CS3补偿凭证。

网络接入服务器将用户CS2和CS3的中继信息发送给计费服务器，服务商可以拿出这段时间CS1上网消费金额的一定比例(如1％)作为对中继用户CS2和CS3的补偿费用，按照CS2和CS3的中继次数分别对CS2和CS3进行补偿。

3.无线Mesh网络计费方法的不可抵赖

无线Mesh网络计费方法的不可抵赖是计费方法的主要部分，具体流程可见图4。首先需要用户和AP在同一时间开始对用户的上网流量进行统计，再经过一段时间后(如10分钟或15分钟)，AP需要将他统计的流量值通过安全通道发送给用户，用户再跟自己的进行比较，如果合法，用户对AP发送来的流量值进行签名，然后发送给AP，AP经过对用户的签名进行验证，如果正确直接将用户的上网信息发送给计费服务器，计费服务器根据来自AP发送的信息对用户进行计费；如果用户收到的流量值不合法，出现流量值异常，需要进行纠纷处理，将处理后的信息发送给AP，AP收到用户发送的异常数据包，对异常结果进行处理，从而需要选择重新发送数据流量值或是为用户停止网络服务。

对于具体的纠纷处理流程，图5、图6给出了详细的过程。流量值合法是指用户接收到AP发送来的流量值跟用户统计的流量值相比，由于处在无线Mesh网络环境下的缘故，可能会存在一定的误差，AP的流量值只要在这个误差范围内，就称为是合法的。带宽流量，在一定时间内(如10分钟或15分钟)服务提供商所能提供给用户的最大的一个流量值，如果AP发送的流量值大于这个值，说明AP发送的流量值是错误的或是AP在对用户进行欺骗。计数器C是用来记录AP发送错误流量值或是对用户欺骗的次数，N为计数器C的阀值，用来限制AP可能对用户的欺骗或多计费行为。在出现AP发送的流量值不合法时，计数器C加1，然后跟阀值N进行比较的，如果大于N说明AP的不合法操作超过阀值，可能存在有对用户的欺骗或多计费行为，用户可以选择要求AP停止网络服务。

对于用户端的纠纷处理可见图5，用户接收到AP的流量值，跟自己统计的流量值进行比较，如果合法，将C设置为0，对流量值进行确认签名，再发送给AP；如果不合法，需要将其跟带宽流量值进行比较，如果大于带宽流量，说明AP发送的流量值肯定是错误的，生成错误流量包，发送给AP；否则对C加1，跟阀值N进行比较，小于的话，对两个流量值进行折中，将折中结果作为用户的签名对象，生成流量响应包，发送给AP；如果C超过阀值N，可以生成停止计费请求包，发送给AP。

AP对用户纠纷处理的响应可见图6，在收到用户发来的流量响应包后，首先需要判断是否为带有数字签名的正常流量包，如果是，对用户的签名进行验证，验证结果正确后，将其直接发送给服务器；如果不带有数字签名，判断是否为错误流量包，如果是错误流量包，说明AP发送给用户的流量值是大于带宽流量的，AP需要给用户重新发送正确的流量值；否则，AP收到的数据包为用户的停止计费请求包，只需要AP对用户进行停止计费操作即可。

服务器端的操作只需要根据AP发送的用户上网信息和中继信息对用户进行计费和补偿操作。

Claims (9)

1.一种无线Mesh网络的计费方法，其步骤为：

1)为某用户提供外网服务的网络接入服务器AP、中继用户以及该用户终端分别对该用户发送和接收的外网数据包进行Hash计算；

2)该用户终端和所述中继用户分别将自己得到的Hash值发送给AP；

3)AP将自己计算的该用户外网数据包Hash值跟该用户发来的Hash值比较，得到一组Hash值；

4)AP将该组Hash值与所述中继用户发来的Hash值比较，确定所述中继用户的中继次数；

5)AP将所述中继用户的信息及其中继次数发送给计费服务器；

6)计费服务器根据所述中继用户的中继次数对所述中继用户进行补偿。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该用户终端与所述AP建立一安全通道，该用户终端将自己得到的Hash值通过所述安全通道发送给AP；所述安全通道为：用户在认证过程中跟AP协商的一个对称加密算法的密钥，AP与用户之间进行数据传输过程中利用所述对称密钥对数据进行加密后传输。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述中继用户与所述AP建立一安全通道，所述中继用户将自己得到的Hash值通过所述安全通道发送给AP。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于确定所述中继用户的中继次数的方法为：

1)AP首先给该用户和所述中继用户分别发送确认包确认已经收到发送来的Hash值；

2)AP利用该用户发送来的Hash值与AP自己计算该用户的Hash值进行比较，取Hash值相同的部分再分别与每一所述中继用户发送来的Hash值进行比较，将Hash值相同的次数分别做为对应所述中继用户的中继次数。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于AP将该用户的计费流量值通过所述安全通道发送给该用户；该用户收到流量值后，将其与自己统计的所用流量值进行比较，如果合法则进行确认签名，生成流量响应数据包；如果不合法，则拒绝签名并生成流量响应数据包；然后将流量响应数据包发送给AP。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于AP收到来自用户的流量响应数据包，如果其中带有签名，且签名正确，则将用户的计费流量值发送给所述计费服务器对用户进行计费；签名如果不正确，则重新发送计费流量值给该用户。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于如果所述流量响应数据包不带有签名，则AP根据该流量响应数据包进行相应处理。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述用户终端内设有一计数器C，如果AP发送来的流量值合法，则将计数器C设置为0；如果不合法，且其大于带宽流量值，则生成错误流量包发送给AP；否则计数器C加1并与设定的阀值N进行比较，如果计数器C的值小于N，则将AP发送来的流量值与该用户统计的流量值的平均值作为该用户的签名对象，生成流量响应数据包发送给AP；如果计数器C的值超过阀值N，则生成停止计费请求包发送给AP。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于AP、中继用户以及该用户终端周期性地对该用户发送和接收的外网数据包进行Hash计算。

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