CN102932274A - 带宽控制方法及其计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

一种带宽控制方法及其计算机程序产品，带宽控制方法，包括提供一路由器，路由器用以建立一网络连接而连接至一远程设备，远程设备被分配一下行带宽以服务路由器；由路由器进行多个下行封包的接收；回应于所收到的一部分的下行封包，由路由器传送多个上行封包至远程设备，以允许远程设备在确认收到该些上行封包后传送另一部分的下行封包至路由器；由路由器将上行封包的传送速率限定在一上行阀值内，以使下行封包的传送速率小于远程设备所分配到的下行带宽，其中，上行阀值至少依据下行带宽而被决定。

Description

带宽控制方法及其计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种带宽控制方法及其计算机程序产品，且特别涉及一种适用于路由器的带宽控制方法及其计算机程序产品。

背景技术

路由器(Gateway)，也称为路由，是一种经常在家庭中或者企业网络中使用的网络装置，用于使路由器后端所连接的装置共享网络资源。

对于某些存取点装置而言，业务质量(quality of service，QoS)是很重要的。于此情况下，路由器通常需保留网络资源让存取点装置使用。例如，对于上行封包而言，为了保证QoS，路由器可采用优先级算法来保留一定的上行带宽让存取点装置使用。

然而，对于下行数据而言，瓶颈通常是位于局端，如电信运营商，故下行封包的QoS通常是实现在局端的设备上。举例来说，若自局端发送的下行封包在到达客户端之前发生竞争，则可能因传送速率过高而有封包丢弃(packetlost)的情况出现。故知，传统中，下行封包的QoS无法受到路由器的保证，只能仰赖局端的设备。然而，对于一般用户而言，并无法直接控制局端的设备作相应的修改。因此，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

本发明的目的在于提供一种带宽控制方法及其计算机程序产品，能于客户端对下行封包提供QoS的保证。

根据本发明的一方面，提出一种带宽控制方法，包括：提供一路由器，路由器用以建立一网络连接而连接至一远程设备，远程设备被分配一下行带宽以服务路由器；由路由器进行多个下行封包的接收；回应于所收到的一部分的下行封包，由路由器传送多个上行封包至远程设备，以允许远程设备在确认收到该些上行封包后传送另一部分的下行封包至路由器；由路由器将上行封包的传送速率限定在一上行阀值内，以使下行封包的传送速率小于远程设备所分配到的下行带宽，其中，上行阀值至少依据下行带宽而被决定。

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可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。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1绘示依据本发明实施例的带宽控制方法的流程图；

图2绘示为一种网络系统的架构的一例的示意图。

其中，附图标记

10：网络系统

101：传输介质

110：路由器

112：存取点装置

114：本地装置

120：远程设备

CPE：客户端

CO：局端

Pup：上行封包

Pdown：下行封包

S110～S140：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，实施例中的附图省略不必要的组件，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带宽控制方法及其计算机程序产品，可通过对上行封包进行速率控制，来达到将下行封包的传送速率规范在给定的带宽内。如此，可降低因下行封包的传送速率超过限制而造成封包丢弃(packet lost)的可能性，从而保证业务质量(quality of service，QoS)。换言之，下行带宽的瓶颈可转移至客户端的设备，如路由器(gateway)，使客户端的设备具有QoS保障的能力，从而增加使用方便性。

请参照图1及图2。图1绘示依据本发明实施例的带宽控制方法的流程图。图2绘示为一种网络系统的架构的一例的示意图。兹配合图2的网络系统将本发明实施例的带宽控制方法详细说明如下。

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经由传输介质101来进行通讯，以交换各种封包或数据。于此例中，以传送的角度来看，上行封包Pup代表由客户端CPE传送至局端CO的封包，下行封包Pdown代表由局端CO传送至客户端CPE的封包。

于步骤S110中，提供一路由器110。路由器110用以建立一网络连接而连接至一远程设备120。

路由器110例如是家庭路由器(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)的路由功能、防火墙(firewall)功能、或与两台(含)以上的客户端CPE计算机设备相连接的路由功能。于实作的例子中，路由器110例如是路由器(router)、调制解调器、或其它路由装置，然本发明亦不限于此。

路由器110的一端可连接至一存取点(access point)装置112。存取点装置112例如可经由符合特定通讯协议的通讯连接而连接至本地装置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。本地装置114例如包含手机、个人数字数理(personal digitalassistant，PDA)、计算机、或其它用户设备。然本发明亦不限于此，于其它实施例中，路由器110也可直接连接至至少部分的本地装置114。

路由器110的另一端可连接至远程设备120。当路由器110建立网络连接而连接至远程设备120时，路由器110可从远程设备120取得网络服务，如下载封包或上传封包。

远程设备120被分配一下行带宽以服务路由器110。远程设备120例如包含网络或电信运营商所提供的交换器、网络服务器、或其它设备。远程设备120所分配到的下行带宽代表远程设备120在传送下行封包Pdown时所允许使用的最大带宽。为了避免封包丢弃的情况发生，下行封包Pdown的传送速率需要受到最大带宽的规范。

于步骤S120中，由路由器110进行多个下行封包Pdown的接收。举例来说，路由器110可发送请求信号或请求封包至远程设备120，且在远程设备120的允许后，开始进行封包的下载。当然，也可视为是远程设120在收到请求信号或请求封包后，开始将封包传送至路由器110。

于步骤S130中，回应于所收到的一部分的下行封包，由路由器110传送多个上行封包Pup至远程设备120，以允许远程设备120在确认收到上行封包Pup后传送另一部分的下行封包至路由器110。于一些实施例中，上行封包Pup为基于传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)的确认(acknowledge)封包。于另一些实施例中，上行封包Pup为基于用户数据协议(User DataProtocol，UDP)的封包。然本发明亦不限于此，上行封包Pup也可适用于其它网络传输层协议。

于步骤S140中，由路由器110将上行封包Pup的传送速率限定在一依据远程设备120的下行带宽而决定的上行阀值内，以使下行封包Pdown的传送速率小于远程设备120的下行带宽。

以上行阀值来限定上行封包Pup的传送速率，将能使下行封包Pdown的传送速率获得有效控制。其原因在于，网络系统中的应用通常是双向的。举例来说，对于TCP业务的数据而言，TCP本身是具备拥塞控制的。换言之，下行封包的传送是需要靠上行的确认封包来反馈的。上行的确认封包传送速率越快，则封包发送端如局端对下行封包的传送速率也越快，反之亦然。对于UDP业务的数据，虽然传输层不具确认机制，但大多数在上级的应用层还是有类似TCP业务的确认反馈设计。

因此，通过对上行封包的进行速率控制，能将下行封包的传送速率限制在给定的带宽内。如此，可降低因下行封包的传送速率超过限制而造成封包丢弃的可能性，从而保证QoS。

于一些实施例中，上行阀值可依据以下的关系式而被决定：

RQack_max＝Rdql_lim×Sta/Asta

其中，RQack_max为路由器110的上行阀值，

Rdql_lim为远程设备120的下行带宽，

Asta为一第一默认值，第一默认值代表每个上行封包所回应的一下行封包的平均数据量，

Sta为一第二默认值，第二默认值代表上行封包Pup的最大数据量。

下面分别以本发明针对TCP/UDP这两种最常见的网络传输层协议为例，进一步说明上行阀值是如何被决定的。

一、TCP业务的控制

TCP的确认封包通常具有很小的数据量。一般来说，从带宽的角度看，在有大量数据被下载时，上行频宽并不会发生竞争，因此，传统的优先级队列不会起效。为了限制确认封包的传送速率，可采用如下方式：

1.为上行路径创建一个队列，并使所有上行封包Pup(TCP的确认封包)进此队列。于实作的例子中，TCP的上行封包几乎都包含有确认旗标。因此，无法从确认旗标来识别出何者才是真正的TCP确认封包。有鉴于此，可设计一默认值Sta，并将封包长度小于此默认值Sta者视为真正的TCP确认封包而使之进入此队列。换言之，对于进入队列的上行封包Pup而言，默认值Sta代表其等的最大数据量。

举例来说，TCP业务的默认值Sta可仰赖基本确认封包的大小、与各种表头(header)如TCP表头、因特网协议(Internet Protocol，IP)表头、及/或以太网络讯框(Ethemet frame)表头的大小。于实作的例子中，TCP业务的默认值Sta例如但不受限地可设计为约70字节(byte)。

2.以一上行阀值来限制队列的每单位时间最大流量，以将上行封包Pup的每单位时间最大流量限制于一封包数量内。或者，也可通过将上行封包Pup的每单位时间大量流量限制于封包数量内，以使上行封包Pup的传送速率限定在上行阀值内。于一些实施例中，封包数量与上行阀值有一关系式如下：

PRack_max＝RQack_max/8/Sta

其中，PRack_max为封包数量，

RQack_max为上行阀值，

其中，上行阀值RQack_max的单位例如是为每秒位(bits per second，bps比特/秒)，而封包数量PRack_max的单位例如是每秒封包数量(packets persecond，pps)。

3.设计一默认值ASta。此默认值ASta代表每一个确认封包所回应的下行封包的平均数据量。如此，有一关系式如下：

Rdql_lim＝PRack_max*ASta*8

        ＝RQack_max*ASta/Sta)

上述关系式可进一步推导如下：

RQack_max＝Rdql_lim*Sta/ASta

依照上述关系式，只要给定为远程设备120的下行带宽Rdql_lim，便可得到路由器110的上行阀值RQack_max。

4.除了上行路径的队列外，可能还有用于其它封包的队列。为了保证QoS，可指定每个队列一个对应的优先权。高优先队列与低优先队列的每单位时间下行流量(或下行带宽)有一关系式如下：

Rdql＜Bdmax-Rdqh

上述关系式可进一步推导如下：

RQack_max＜(Bdmax-Rdqh)*Sta/ASta

其中，Rdqh代表高优先队列的每单位时间下行流量，

Rdql代表低优先队列的每单位时间下行流量，

Bdmax代表路由器110的每单位时间最大下行流量。

二、UDP业务的控制

由于UDP业务的确认反馈是在上级的应用层进行，路由器110基本上无法分析哪些数据包属于确认封包。因此，可将所有UDP的上行封包都视为确认封包，使的进入上行路径的队列。之后，依照上述关系式来决定上行阀值RQack_max。

举例来说，UDP业务的默认值Sta可仰赖网络最大的封包，其包含最大传输单元(maximum transmission unit，MTU)与各种表头如UDP表头、IP表头、及/或以太网络讯框表头的大小。于实作的例子中，由于以太网最大的封包大小例如是1514字节，故UDP业务的默认值Sta可设为1514。

三、参数的设定

对于家用实际环境来讲，语音业务的优先级要高于数据业务。为了确保高优先业务的QoS，可采用固定带宽的方式。例如，使高优先队列的每单位时间下行流量Rdqh等于存取点装置112的保证下行带宽。

有关默认值ASta，理论上默认值ASta可介于0～64K的范围之间。实际上，在高速下载时，默认值ASta则例如在介于1.2K～6K字节之间，可获得较佳效益。然本发明亦不限于此，默认值Asta可依据模拟、实验、或测试结果来决定，或可通过试误方式来找出最佳的数值，或依据不同的网络环境、用户需求来决定。于一些实施例中，默认值Asta也可动态地受到调整，例如是依据网络使用历史信息来调整。

此外，本发明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。

于本发明实施例所提出的带宽控制方法及其计算机程序产品，至少具有以下所简述的优点：

1.路由器可独立完成下行封包的QoS保障；

2.可通过限制上行速率来达到控制下行带宽的效果；

3.可降低因下行封包的传送速率超过限制而造成封包丢弃的可能性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种带宽控制方法，其特征在于，包括：

提供一路由器，该路由器用以建立一网络连接而连接至一远程设备，该远程设备被分配一下行带宽以服务该路由器；

由该路由器进行多个下行封包的接收；

回应于所收到的一部分的下行封包，由该路由器传送多个上行封包至该远程设备，以允许该远程设备在确认收到该些上行封包后传送另一部分的下行封包至该路由器；以及

由该路由器将该些上行封包的传送速率限定在一上行阀值内，以使该些下行封包的传送速率小于该远程设备所分配到的该下行带宽，其中，该上行阀值至少依据该下行带宽而被决定。

2.根据权利要求1所述的带宽控制方法，其特征在于，该上行阀值另依据一第一默认值而被决定，该第一默认值代表每个上行封包所回应的一下行封包的平均数据量。

3.根据权利要求2所述的带宽控制方法，其特征在于，该第一默认值介于1.2K至6K个字节之间。

4.根据权利要求2所述的带宽控制方法，其特征在于，该上行阀值另依据该下行带宽与一第二默认值而被决定，该第二默认值代表该些上行封包的最大数据量。

5.根据权利要求4所述的带宽控制方法，其特征在于，该第二默认值为70个字节。

6.根据权利要求所述的带宽控制方法，其特征在于，该上行阀值依据以下的关系式而被决定：

RQack_max＝Rdql_lim×Sta/Asta

其中，RQack_max为该上行阀值，

Rdql_lim为该下行带宽，

Asta为一第一默认值，代表每个上行封包所回应的一下行封包的平均数据量，

Sta为一第二默认值，代表该些上行封包的最大数据量。

7.根据权利要求1所述的带宽控制方法，其特征在于，在该路由器通过将该些上行封包的每单位时间最大流量限制于一封包数量内，来将该些上行封包的传送速率限定在该上行阀值内。

8.根据权利要求7所述的带宽控制方法，其特征在于，该封包数量与该上行阀值有一关系式如下：

PRack_max＝RQack_max/8/Sta

其中，PRack_max为该封包数量，

RQack_max为该上行阀值，

Sta为一默认值，代表该些上行封包的最大数据量。

9.根据权利要求1所述的带宽控制方法，其特征在于，该些上行封包为基于传输控制协议的确认封包、或为基于用户数据协议的封包。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，当一运算装置执行该计算机程序后，该运算装置完成执行如权利要求1至9的任意一项所述的带宽控制方法。

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