CN102333030B - 一种面向区端网络的QoS的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向区端网络的QoS的方法。通过提供对家庭网关流量的控制和管理，在优先级机制的基础之上加入带宽控制机制和流量准入控制(Admission Control)机制，验证控制流量优先级机制以及用户配置优先级机制，改善区端网络QoS。通过本发明可以改变没有流量分类验证控制的状态，通过高低优先级的标记，改善流量的QoS；从用户的体验方面来讲，用户可以根据使用习惯和喜好来配置QoS，使自己期望的连接流量得到很好的带宽满足。

Description

一种面向区端网络的QoS的方法

技术领域

本发明涉及数字家庭网络技术领域，尤其涉及一种面向区端网络的QoS的方法。

背景技术

1994年，我国提出数字家庭的概念，随着数字技术的发展，越来越多的数字产品进入人们的生活，比如有线数字电视、机顶盒、电脑娱乐中心、智能家居等等。目前在我国，数字家庭已经初具规模，但是在家庭中各种数字产品仍处于相对分散和独立的情况，构建一个宽带接入、内部联网的内容共享的区端网络智能化小区已经十分必要。

区端网络是一种小区综合服务网络，主要面向社区业主群体，结合社区生活环境的实际情况，为广大用户开发一系列的互动服务应用区端网络要接入宽带少不了家庭网关，家庭网关是区端网络中数字家庭组成的关键部分。既要负责内网对外网的访问，也要负责外网对内网的控制和访问。保证区端网络网络流量QoS的控制，是家庭网关的一个重要功能。

区端网络中QoS保障的关键是网络流量管理。根据网络中流量的各种情况，采用了不同的流量管理策略，形成了不同的网络QoS算法。其主要考虑因素是带宽利用率，整体网络的QoS，拥塞控制等。

根据家庭网络发展现况，目前的区端网络存在很多问题：当前家庭网络往往缺乏有效的QoS方面的设计与开发，没有流量分类验证控制，流量可以自己将自己标记成高优先级，从而影响到其他流量的QoS；当整体网络流量接近饱和时没有准入控制机制，比如当网络带宽已经接近饱和时，又带来了新的连接请求，需要大量的带宽，严重影响到了其他流量的QoS和自身的QoS；没有限制每类流量使用带宽的额度，没有防低优先级长时间得不到资源，造成饥饿甚至饿死；从用户的体验方面来讲，用户不能根据使用习惯和喜好来配置QoS，使自己期望的连接流量得到很好的带宽满足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种面向区端网的QoS的方法，该方法是一种动态受控访问的方法，通过提供对家庭网关流量的控制和管理，在优先级机制的基础之上加入带宽控制机制和流量准入控制机制，验证控制流量优先级机制以及用户配置优先级机制，改善区端网络QoS，动态受控访问的方法的具体步骤如下：

Step1：家庭网关系统开启，如果有连接申请带宽资源，转到Step2，否则，一直监控网络连接；

Step2：系统根据连接所申请的带宽数与剩余的带宽进行比较，如果有剩余带宽分配，则转到Step3，否则转到Step4；

Step3：系统判断新连接的需求资源能不能得到满足，如能满足就同意连接申请带宽，并返回，若不满足则拒绝申请并退出；

Step4：根据当前流量的优先级判断，系统里面有没有优先级低的连接流量占用带宽，若不存在，则拒绝申请并退出。若存在，则转到Step5；

Step5：判断流量带宽是否低于配置值，如果否，则转到Step3；如果不是，则转到Step6；

Step6：判断流量的饥饿率是否低于配置值，如果是，则转到Step3；如果不是，则拒绝申请带宽资源。

验证控制流量优先级机制的流程如下：

Step1：家庭网关系统开启，如果有连接申请带宽资源，转到Step2，否则，一直监控网络连接；

Step2：系统根据载荷的协议类型，端口号等来识别流量类别；

Step3：用户自定义配置流量优先级，以得到自己满意的效果；

Step4：当有数据请求到来时，判断请求数据里面的优先级，若优先级匹配用户指定的优先级，则跳转到Step5；否则，跳转到Step6；

Step5：流量允许通过；

Step6：流量因为优先级不匹配拒绝通过。

在带宽控制机制中，通过增加一个带宽管理器来管理带宽，当有连接请求申请带宽时，判断和分配带宽，当连接请求已经没有的时候，带宽管理模块及时回收带宽，以达到带宽的最大利用率。

在用户配置优先级机制中，通过增加识别流量类型的特征来更加准确的识别连接流量类型。

本发明的有益效果是通过该方法在带宽准入控制方案中，通过增加一个带宽管理器来管理带宽，当有连接请求申请带宽时，判断和分配带宽，当连接请求已经没有的时候，带宽管理模块及时回收带宽，以达到带宽的最大利用率。在优先级验证方案中，可以通过增加识别流量类型的特征来更加准确的识别连接流量类型。这样就解决了误判，增强了系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明中区端网络的网络结构图；

图2是本发明中的动态受控访问方法的流程图；

图3是本发明中优先级验证流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

家庭网络在QoS管理方式上分为综合服务(Integrated Services，IntServ)和区分服务(Differentiated Services，DiffServ)。区分服务凭借其在流量分类管理方面的优点，应用十分广泛。

IntServ机制中，一个数据流中的包按类似于虚电路的概念按照固定的路径传输，相较于传统的数据报可以经由不同的路径到达目的地。他通过要求路径上的路由器为该数据流预留资源保证QoS。IntServ通过流规范(Flow Specs)来描述资源预留的信息，使用RSVP(Resource Reservation Protocal)协议来建立连接。

DiffServ不需要连接建立，它根据不通的QoS需求将流量进行分类，以不同的优先级赋予之，优先级用包头的TOS字段来表示，在家庭网关网络中，优先级较高的的数据包比优先级较低的数据包优先得到转发，高优先级的数据包更倾向于得到网络资源。DiffServ与IntServ相比，忽略掉了连接建立，资源预留等操作，更容易实现，

目前广泛采用的优先级机制对QoS的控制粒度太粗，对流量分类与带宽使用额度缺乏控制，而IntServ的机制效率较低，可扩展性差，缺少灵活性。针对数字家庭网络QoS存在的问题，提出一种可配置动态受控访问的方法。该方法的主要思想是在优先级机制的基础上加入以下几个流量管理机制：对每个或每类流量使用带宽控制机制；流量准入控制(Admission Control)机制；验证控制流量优先级指定的机制；用户配置优先级的机制。

本发明的目的是在区端网络中，提供对家庭网关流量的控制和管理，通过在优先级机制的基础之上加入带宽控制机制和流量准入控制(Admission Control)机制，验证控制流量优先级机制以及用户配置优先级机制，改善区端网络QoS。

在区端网络中，家庭网关是连接内网和外网，进行家庭网络QoS管理的最佳位置。区端网络结构图如图1所示。

参考IEEE802网络优先级的定义，我们把家庭网络流量划分为4类，固定传输率流量，实时流量，尽力而为流量，后台流量，优先级从高到低。

本发明引入了带宽控制机制，假设上述四类流量的带宽配额下限如下：第一类为10％，第二类实时流量下限为15％，第三类尽力而为流量下限为20％，第四类后台流量下限为15％。根据网络中具体的流量，可以动态调整某流量带宽下限，为此，我们引入饥饿率概念，饥饿率是指饥饿连接数于总连接数的比值，计算公式如下：

某类流量饥饿率＝该类流量饥饿连接数/该类流量总连接数

动态调整流程图如图2，具体步骤见下：

Step1：家庭网关系统开启，如果有连接申请带宽资源，转到Step2，否则，一直监控网络连接。

Step2：系统根据连接所申请的带宽数与剩余的带宽进行比较，如果有剩余带宽分配，则转到Step3，否则转到Step4。

Step3：系统判断新连接的需求资源能不能得到满足，如能满足就同意连接申请带宽，并返回，若不满足则拒绝申请并退出。

Step4：根据当前流量的优先级判断，系统里面有没有优先级低的连接流量占用带宽，若不存在，则拒绝申请并退出。若存在，则转到Step5。

Step5：判断流量带宽是否低于配置值，如果否，则转到Step3；如果不是，则转到Step6。

Step6：判断流量的饥饿率是否低于配置值，如果是，则转到Step3；如果不是，则拒绝申请带宽资源。

准入控制是QoS的重要内容，特别是在接近饱和的网络中，若无准入控制，新建连接会造成已有连接的QoS迅速下降。动态受控访问算法中，当网络饱和时，QoS算法检查抢占条件是否符合，并且计算抢占的带宽是否满足新连接的需求，只有能够满足需求的情况下才能发生抢占。若条件符合，有可能抢占多个低优先级连接的资源。若抢占条件不符合或可抢占带宽不满足需求，则该带宽申请被拒绝，即该连接无法建立。

为了防止指定优先级对QoS控制的破坏，算法提供优先级验证功能，根据上文所知，特定类别的流量应该指定特定的优先级。因此，恶意指定高优先级的流量会匹配失败，其流量不允许通过家庭网关。只有优先级验证过的流量才允许通过家庭网关。如图3所示。具体步骤见下：

Step1：家庭网关系统开启，如果有连接申请带宽资源，转到Step2，否则，一直监控网络连接。

Step2：系统根据载荷的协议类型，端口号等来识别流量类别。

Step3：用户自定义配置流量优先级，以得到自己满意的效果。

Step4：当有数据请求到来时，判断请求数据里面的优先级，若优先级匹配用户指定的优先级，则跳转到Step5；否则，跳转到Step6。

Step5：流量允许通过。

Step6：流量因为优先级不匹配拒绝通过。

可配置动态受控访问算法的可配置性体现在用户可以在规定范围内根据自己的使用习惯与喜欢来配置QoS。一定范围是指在上述流量分类的四个类别内部，而不能跨类别任意配置优先级。如把网页浏览流量的优先级配置为最高优先级显然不合理，这种配置会严重影响整个家庭网络的QoS，因此需要将用户可配置性限制在一定范围之内。正确的配置如把电子邮件流量的优先级配置为尽力而为类别中的最高优先级，这样电子邮件流量就比普通网页浏览得到更好的QoS。

在带宽准入控制方案中，通过增加一个带宽管理器来管理带宽，当有连接请求申请带宽时，判断和分配带宽，当连接请求已经没有的时候，带宽管理模块及时回收带宽，以达到带宽的最大利用率。

在优先级验证方案中，可以通过增加识别流量类型的特征来更加准确的识别连接流量类型。这样就解决了误判，增强了系统的稳定性。

以上对本发明实施例所提供的一种面向区端网络Qos的方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种面向区端网络的QoS的方法，其特征在于，该方法是一种动态受控访问的方法，通过提供对家庭网关流量的控制和管理，在优先级机制的基础之上加入带宽控制机制和流量准入控制机制，验证控制流量优先级机制以及用户配置优先级机制，改善区端网络QoS，动态受控访问的方法的具体步骤如下：

Step1：家庭网关系统开启，如果有连接申请带宽资源，转到Step2，否则，一直监控网络连接；

Step2：系统根据连接所申请的带宽数与剩余的带宽进行比较，如果有剩余带宽分配，则转到Step3，否则转到Step4；

Step3：系统判断新连接的需求资源能不能得到满足，如能满足就同意连接申请带宽，并返回，若不满足则拒绝申请并退出；

Step4：根据当前流量的优先级判断，系统里面有没有优先级低的连接流量占用带宽，若不存在，则拒绝申请并退出；若存在，则转到Step5；

Step5：判断流量带宽是否低于配置值，如果否，则转到Step3；如果不是，则转到Step6；

Step6：判断流量的饥饿率是否低于配置值，如果是，则转到Step3；如果不是，则拒绝申请带宽资源；饥饿率是指饥饿连接数于总连接数的比值，计算公式如下：

某类流量饥饿率＝该类流量饥饿连接数/该类流量总连接数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，验证控制流量优先级机制的流程如下：

Step1：家庭网关系统开启，如果有连接申请带宽资源，转到Step2，否则，一直监控网络连接；

Step2：系统根据载荷的协议类型，端口号来识别流量类别；

Step3：用户自定义配置流量优先级，以得到自己满意的效果；

Step4：当有数据请求到来时，判断请求数据里面的优先级，若优先级匹配用户指定的优先级，则跳转到

Step5；否则，跳转到Step6；

Step5：流量允许通过；

Step6：流量因为优先级不匹配拒绝通过。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在带宽控制机制中，通过增加一个带宽管理器来管理带宽，当有连接请求申请带宽时，判断和分配带宽，当连接请求已经没有的时候，带宽管理模块及时回收带宽，以达到带宽的最大利用率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在用户配置优先级机制中，通过增加识别流量类型的特征来更加准确的识别连接流量类型。

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