CN102781041B

CN102781041B - 网络资源分配方法

Info

Publication number: CN102781041B
Application number: CN201110129638.1A
Authority: CN
Inventors: 周正波; 曹若雨
Original assignee: Sercomm Corp
Current assignee: Sercomm Corp
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: CN102781041A; US8767583B2; US20120287816A1

Abstract

一种网络资源分配方法，适用于一家用网关器(Residential Gateway)。网络资源分配方法包括多个步骤。分配一第一下行带宽给家用网关器来处理一第一业务。分配一第二下行带宽给家用网关器来处理一第二业务。第一业务的处理优先权高于第二业务的处理优先权。侦测家用网关器处理第一业务时的一第一下行速率。侦测家用网关器处理第二业务时的一第二下行速率。依据第一下行速率及第二下行速率，判断家用网关器的一带宽使用状态。依据带宽使用状态，调整家用网关器的第二下行带宽，以提高第一业务或第二业务的业务质量(quality of service，QoS)。

Description

网络资源分配方法

技术领域

本发明是有关于一种网络资源分配方法及其计算机程序产品，且特别是有关于一种适用于家用网关器的网络资源分配方法及其计算机程序产品。

背景技术

业务质量(quality of service,QoS)的保证对于容量有限的网络来说是相当重要的。于实作中，有两种方式提供业务质量(quality of service,QoS)的保证。第一种方式，是提供大量的网络资源，用丰富、安全的余量装置应付预期中的高流量需求。第二种方式，是要求使用者预约频宽，并且在能够提供可靠服务的前提下接受预约。然而，不论何种方式，不但需有价钱高昂的考虑，而且不能应对高峰需求超越预期的情形。再者，部署额外的网络资源也很耗费时间。

QoS也可视为是一种控制机制，它提供了针对不同使用者或者不同业务采用相应不同的优先级，或者是根据不同应用程序的需求，保证业务的性能达到一定的水平。传统中，QoS的实现需仰赖客户端(custom premise equipment)与局端(centraloffice)的设备。换言之，当发生网络资源竞争时，如发生带宽瓶颈时，客户端与局端两者需相互配合，以完成双向的QoS。

此外，对于下行网络资源的QoS而言，其瓶颈通常是位于局端，如电信运营商。因此，QoS通常是实现在局端的设备上。例如，可将不同业务分为不同的优先权等级。然后，将一预定的带宽预留给高优先权业务使用。然而，若预留的带宽太大，则在高优先权业务未被使用的情况下，会有带宽浪费的问题。再者，若预留的带宽太小，则无法获得高优先权业务的QoS保证。

上述为传统的预留QoS的方式，其实质上是一种基于固定的QoS规则，无法因应各种业务的使用状态。再者，一般的客户端并无法直接控制局端的设备作相应的修改，故上述实现在局端的设备上的QoS于实作上会有使用不便的问题。

发明内容

本发明有关于一种网络资源分配方法及其计算机程序产品，能透过监控家用网关器的下行网络资源使用情况来保障QoS。

根据本发明的一方面，提出一种网络资源分配方法，适用于一家用网关器(Residential Gateway)。网络资源分配方法包括多个步骤。分配一第一下行带宽给家用网关器来处理一第一业务。分配一第二下行带宽给家用网关器来处理一第二业务。第一业务的处理优先权高于第二业务的处理优先权。侦测家用网关器处理第一业务时的一第一下行速率。侦测家用网关器处理第二业务时的一第二下行速率。依据第一下行速率及第二下行速率，判断家用网关器的一带宽使用状态。依据带宽使用状态，调整家用网关器的第二下行带宽，以提高第一业务或第二业务的QoS。

根据本发明的另一方面，提出一种计算机程序产品的一实施例，其经由一电子装置加载该程序产品以执行如上所述的方法。此外，此种计算机程序产品的视为可涵盖一计算机可读式信息储存媒体，其上储存有至少一程序或软件模块，其可视为上述计算机程序产品的一种呈现方式，此程序可用于执行上述方法的实施例。

为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为一种网络系统的架构的一例的示意图。

图2绘示依据本发明一实施例的网络资源分配方法的流程图。

图3绘示乃图2的网络资源分配方法的详细流程图。

图4绘示为图3的网络资源分配方法于分配网络资源时的示意图。

主要组件符号说明：

10：网络系统

101：缆线

110：家用网关器

112：存取点装置

114：行动装置

120：电信设备

CPE：客户端

CO：局端

PK：下行封包

q1、q2、qn：队列

Pq1、Pq2、Pqn：优先权

S210～S260、S310～S370：流程步骤

具体实施方式

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略不必要的组件，以清楚显示本发明的技术特点。

依据本发明实施例所提出的网络资源分配方法及其计算机程序产品，透过监控家用网关器的网络资源使用情况，来调整各种业务所使用的下行网络资源，如带宽。如此，下行网络资源的瓶颈可转移至客户端的设备，如家用网关器，使客户端的设备具有业务质量(quality of service,QoS)保障的能力，从而增加使用方便性。于一实施例中，家用网关器可以不对称性的方式来分配不同业务所使用的网络资源，使不同优先权等级的业务的QoS能获得保障。

请参照图1，其绘示为一种网络系统的架构的一例的示意图。于网络系统10中，有一客户端CPE及一局端CO。客户端CPE例如是代表个人或企业的用户。而局端CO则例如是代表电信运营商或电信公司。客户端CPE及局端CO经由缆线101来进行通信。于此例中，位于客户端CPE的家用网关器(ResidentialGateway)110连接至缆线101。于其它实作的例子中，位于客户端CPE的家用网关器110可经由其它信号传递设备而连接至缆线101。家用网关器110与电信设备120经由缆线101而相互通信，如传递语音或数据信号，此两种信号于实作中可同时传递。电信设备120例如包含电信运营商所提供的交换器、网络、或其它设备。

家用网关器110，也可称为家庭网关器(Home Gateway)，可提供多种功能。例如，扮演家庭内部网络与外部网络(如客户端CPE网络与局端CO网络)的网关功能、防火墙(Firewall)功能、或与两台(含)以上的客户端CPE计算机设备相连结的路由功能。于一实作的例子中，家用网关器110例如是一路由器(router)、调制解调器、或其它网关装置，然本发明亦不限于此。

于图1所示的例中，从客户端CPE来看，家用网关器110可连接至一存取点(access point)装置112。存取点装置112例如可经由符合特定通信协议的通信连结而连接至行动装置114，以供应各种业务，如语音业务、数据业务、或视频业务。存取点装置112例如是无线网络存取点装置，如毫微微蜂巢式基地台(femtocell)、或其它能提供多种业务的存取点装置。行动装置114则例如包含手机、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、或计算机。

请参照图2，其绘示依据本发明一实施例的网络资源分配方法的流程图。网络资源分配方法适用于图1所示的家用网关器110，例如，用来控制家用网关器110分配频宽给不同的业务。此网络资源分配方法例如是以软件的方式实现于客户端CPE的家用网关器110或存取点装置112中，或配合韧体或硬件而实现于其它位于客户端CPE的设备。

图2的网络资源分配方法包括多个步骤。于步骤S210中，分配一第一下行带宽给家用网关器110来处理一第一业务。于步骤S220中，分配一第二下行带宽给家用网关器110来处理一第二业务。第一业务的处理优先权高于第二业务的处理优先权。于步骤S230中，侦测家用网关器110处理第一业务时的一第一下行速率。于步骤S240中，侦测家用网关器110处理第二业务时的一第二下行速率。于步骤S250中，依据第一下行速率及第二下行速率，判断家用网关器110的一带宽使用状态。于步骤S260中，依据带宽使用状态，调整家用网关器110的第二下行带宽，以提高第一业务或第二业务的QoS。如此，下行网络资源的瓶颈可转移至客户端的设备，如家用网关器，使客户端的设备具有QoS保障的能力，从而增加使用方便性。

请同时参照图3及图4，图3绘示乃图2的网络资源分配方法的详细流程图。图4绘示为图3的网络资源分配方法于分配网络资源时的示意图。网络资源分配方法包含多个部分，兹分述如下。

一、转移下行带宽的瓶颈

通常的情况下，下行封包PK的瓶颈是位在局端PO。为了能够妥善地控制下行封包PK，此方法将瓶颈由局端PO转移到客户端CPE，如转移到客户端CPE的家用网关器110。

于步骤S310中，设定家庭网关器110的下行瓶颈带宽的值为Bd，其约莫小于实际的下行可用带宽。例如，假设家庭网关器110实际的下行可用带宽为2Mbps，则下行瓶颈带宽Bd则例如可设计为1.9Mbps，或其它小于2Mbps的数值。

二、监控下行速率

于步骤S320中，为下行封包PK建立两个QoS队列q1及q2。队列q1负责处理一第一业务的封包，如语音业务或视频业务，故下行语音封包会流入队列q1。队列q2负责处理一第二业务的封包，如数据业务，故下行数据封包会流入队列q2。队列q1的优先权Pq1大于队列q2的优先权Pq2。然本发明亦不限于此，于其它实作例中，也可建立其它队列如队列qn。

于步骤S330中，侦测两队列q1和队列q2的下行速率V1及V2。两队列q1和队列q2的下行速率V1及V2例如是指处理业务时的封包下载速率。

于步骤S340中，依据两速率V1及V2之和，计算出总下行速率Va，如Va＝V1+V2。如此，便能侦测家庭网关器110的总下行速率Va。

三、下行带宽的修正

依据监控下行速率的结果，来判断是否要进行队列q1或q2的带宽修正。

如步骤S350所示，依据总下行速率Va，判断家用网关器110的带宽使用状态。带宽使用状态可用来修正队列q1或q2在处理业务时所分配到的下行带宽，以提高业务的QoS。

例如，在带宽空闲状态下，可每隔一段时间增加队列q2一个步长的带宽，而增加的带宽总和不超过预设的最大值。此种作法也可视为低优先权队列q2借用高优先权队列q1的空闲带宽。每次借用的带宽量幅度并不会太大，而是以多次调整的方式，来逐渐地调整队列q2的带宽。如此，可增加队列q2的业务的QoS。而且，还可避免因大幅度地调整低优先权队列q2的带宽而影响高优先权队列q1的业务的QoS。

再者，若侦测到带宽竞争状态，则可减少低优先权队列q2的带宽至预设的最小值，以保证高优先权队列q1能在带宽出现竞争时，使用最大的带宽来处理业务。减少低优先权队列q2的带宽例如是以一步到位的方式，来直接地降低其带宽。如此，能使高优先权队列q1所受的影响降低，从而确保高优先权队列q1的业务的QoS。

兹以下行带宽的修正的一例说明如下。于此例中，下行带宽的修正使用多种参数，此些参数列举如下：

Bd1：队列q1所使用的下行带宽；

Bd2：队列q2所使用的下行带宽；

BdV1max：队列q1所需的最大下行带宽；

BdV2min：队列q2的最小下行带宽；

BRmax：队列q2可借用的最大带宽；

BdV2max：队列q2的最大下行带宽；

BRstep：借用步长带宽

Fa：竞争因子，0＜Fa＜1；及

Fb：补偿因子，0＜Fb＜Fa＜1。

队列q1的最大下行带宽的值BdV1max例如是介于零与下行瓶颈带宽Bd之间，则有0＜BdV1max＜Bd。

队列q2的最小下行带宽BdV2min可从下行瓶颈带宽Bd与队列q1的最大下行带宽的值BdV1max的差来计算，则有BdV2min＝Bd－BdV1max。

竞争因子Fa及补偿因子Fb用来定义一区间。该区间可作为修正带宽的缓冲。

队列q2的最小下行带宽BdV2min和最大带宽BdV2max之间的差值，可视为队列q2可借用的最大带宽BRmax，则有BRmax＝BdV2max－BdV2min。

于步骤S350中，当总下行速率Va小于一第一预设速率时，例如小于下行瓶颈带宽Bd与补偿因子Fb的乘积时(Va＜Bd×Fb)，则表示带宽使用状态为一带宽空闲状态。于带宽空闲状态下，本方法增加队列q2的下行带宽Bd2，以提高队列q2所负责的第二业务的QoS。于一实施例中，本方法逐渐地增加队列q2的下行带宽Bd2。

例如，于步骤S352中，判断当队列q2的下行带宽Bd2在加入一个借用步长带宽BRstep后，是否会小于队列q2的最大下行带宽BdV2max。例如，判断Bd2+BRstep＜BdV2max。或者，判断BRstep＜BRmax－BR，其中，BR＝Bd2－BdV2min。若是，则进入步骤S354，将队列q2的下行带宽Bd2增加一个借用步长带宽BRstep，如Bd2＝Bd2+BRstep；若否，则进入步骤S370，等待一段时间。

由上述可知，在带宽空闲状态，空闲带宽较多，故优先权较低的队列q2所使用的下行带宽Bd2会被增加。例如，以每次增加一个借用步长带宽BRstep的方式来逐渐增加队列q2所使用的下行带宽Bd2，直至队列q2的最大下行带宽BdV2max。或者，也可以其它方式来逐渐地、小幅度地增加下行带宽Bd2。如此，队列q2便能使用较大的下行带宽来处理业务，故能提高队列q2所负责的第二业务的QoS。

相对地，于步骤S350中，当总下行速率Va大于一第二预设速率时，例如大于下行瓶颈带宽Bd与竞争因子Fa的乘积时(Va＞Bd×Fa)，则表示带宽使用状态为一带宽竞争状态。于带宽竞争状态下，本方法降低队列q2的下行带宽Bd2，以提高队列q1所负责的第一业务的QoS。于一实施例中，队列q2的下行带宽Bd2直接地降低至一最小带宽。

例如，于步骤S360中，队列q2所使用的下行带宽Bd2直接地被降低为其最小下行带宽BdV2min。于步骤S360后，本方法进入步骤S370。

由上述可知，在带宽竞争状态，空闲带宽较少，故低优先权队列q2所使用的下行带宽Bd2会被降低，例如是直接降低至队列q2的最小下行带宽BdV2min。或者，也可以在不影响队列q1所负责的第一业务的QoS的情况下，以其它方式来大幅度地降低队列q2的下行带宽Bd2。如此，能提高队列q1所负责的第一业务的QoS。

于步骤S350中，当总下行速率Va介于竞争因子Fa及补偿因子Fb所定义的区间内时，例如是介于上述两预设速率之间时(Bd×Fb＜Va＜Bd×Fa)，则不进行带宽修正。然后，本方法进入步骤S370。

于此例中，在带宽空闲状态下，队列q2的下行带宽逐渐地、小幅度地增加。而在带宽竞争状态下，队列q2的下行带宽则是直接地、大幅度地被降低。此种作法依据监控下行速率的结果，以针对下行带宽进行非对称性的修正方式，即小幅增加、大幅降低的修正方式。如此，能确保队列q1及q2的业务的QoS。

再者，于上述列举的参数中，为了避免不必要的带宽修正，还可设计使得队列q2的最大下行带宽BdV2max小于第二预设速率，如设计BdV2max＜Bd×Fa、或BdV2min+BRmax＜Bd×Fa。如此，可避免让队列q2借用过大的带宽，而被误判为发生带宽竞争状态。

此外，本案另揭露一计算机程序产品的实施例。此计算机程序产品例如是由多数个程序代码片段所组成的，此计算机程序产品又例如可实施为一应用程序或存在于一系统程序之中。当具有缓冲存储器的电子装置加载此程序产品后，此电子装置执行多个程序指令，这些程序指令用于执行上述方法的实施例。此外，此种计算机程序产品可视为可涵盖一计算机可读取信息储存媒体，其上储存有至少一程序或软件模块，其可视为上述计算机程序产品的一种呈现方式，此程序可用于执行上述方法的实施例。本实施例的计算机可读取信息储存媒体比如但不受限于，光学式信息储存媒体、磁式信息储存媒体或韧体，亦可包括可在网络/传递媒介(如空气等)上传递的程序代码等。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种网络资源分配方法，适用于一家用网关器(Residential Gateway)，该方法包括：

分配一第一下行带宽给该家用网关器来处理一第一业务；

分配一第二下行带宽给该家用网关器来处理一第二业务，该第一业务的处理优先权高于该第二业务的处理优先权；

侦测该家用网关器处理该第一业务时的一第一下行速率；

侦测该家用网关器处理该第二业务时的一第二下行速率；

依据该第一下行速率及该第二下行速率，判断该家用网关器的一带宽使用状态；以及

依据该带宽使用状态，调整该家用网关器的该第二下行带宽，以提高该第一业务或该第二业务的业务质量(quality of service,QoS)，其中当该家用网关器的该带宽使用状态为一带宽竞争状态时，直接降低该第二下行带宽至一最小带宽，以提高该第一业务的QoS，当该家用网关器的该带宽使用状态为一带宽空闲状态时，逐渐地增加该第二下行带宽至一最大带宽，以提高该第二业务的QoS。

2.如权利要求1所述的方法，其中，依据该第一下行速率及第二下行速率，判断该家用网关器的一带宽使用状态的步骤包括：

依据该第一下行速率及第二下行速率决定该家用网关器的一总下行速率；以及

当该总下行速率小于一第一预设速率时，判断该带宽使用状态为一带宽空闲状态。

3.如权利要求2所述的方法，其中，该第一预设速率相关于一下行瓶颈带宽与一第一因子的乘积。

4.如权利要求2所述的方法，其中，依据该第一下行速率及第二下行速率，判断该家用网关器的一带宽使用状态的步骤更包括：

当该总下行速率大于一第二预设速率时，判断该带宽使用状态为一带宽竞争状态。

5.如权利要求4所述的方法，其中，该第二预设速率相关于一下行瓶颈带宽与一第二因子的乘积。

6.如权利要求1所述的方法，其中，该第一业务及该第二业务用于一毫微微蜂巢式基地台(femtocell)。

7.如权利要求1所述的方法，其中，该第一业务为一语音业务或一视频业务。

8.如权利要求1所述的方法，其中，该第二业务为一数据业务。