CN104284372A - 差异化通信管道系统和传输方法、以及本地流量接入控制方法 - Google Patents

Abstract

差异化通信管道系统，包括特征标记单元、鉴别分流单元、与优先级调度单元；特征标记单元，对本地流量进行特殊标记，作为区别本地流量和常规流量的特征；鉴别分流单元，对带有标记的本地流量进行识别与提取，使之与常规流量分离；优先级调度单元，根据调度策略保证常规流量传输的优先性。差异化通信管道通过特征标记、鉴别分流和优先级调度共同保证两种流量的区分和共存。利用该差异化管道系统的传输方法，可以在不影响常规流量的前提下动态地承载低优先级的本地流量，从而在一定程度上提高通信容量的利用率。与该差异化管道系统相匹配的本地接入控制方法，既可以避免本地流量对常规流量造成冲击，同时在一定程度上保障本地流量的通信质量。

Description

差异化通信管道系统和传输方法、以及本地流量接入控制方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种差异化通信管道系统和传输方法、以及本地流量接入控制方法。

背景技术

现阶段的移动通信网络普遍存在着网络容量（特别是无线接入网容量）总体利用率不高的问题。造成问题的原因主要有两个方面。一方面，在特定区域内，用户的流量需求（包括通话，短信，数据等）在时间上分布不均衡，使得高峰期的流量需求远高于平均的流量需求。移动通信网络在规划建设中，为了满足接通率等可靠性指标，需要以高峰期的流量需求作为主要参考来部署网络容量。因此，网络的容量往往大幅超出其实际承载的平均流量，造成大量的“冗余容量”。另一方面，在移动通信网络的演进过程中，基站设备呈现出小型化、智能化、低成本的趋势。无线接入网的升级扩容可以灵活地通过局部的基站设备改造来实现，实现较为容易。相比之下，有线核心承载网的升级扩容往往涉及昂贵且大规模的市政土木工程，实现较为困难。接入网与承载网通信容量发展的不平衡很可能使承载网逐渐成为数据流量的瓶颈，进一步造成接入网冗余容量的积累。

目前可用于解决上述问题的方法主要有三类。第一类方法着眼于调整网络容量，统称为弹性容量技术。这类方法的主要原理是按需调配接入网的资源（如信道、带宽、活跃基站数量等），以实现接入网容量和实际需求的匹配。此类方法的代表性技术有如基站的快速休眠与启动技术，可以让基站在流量需求较小时转嫁流量并进入休眠状态。尽管这类方法能在一定程度上节省网络的运营成本（主要是耗电），却没能从根本上提升流量需求，也是对网络固定投资（频谱资源、基础设施等的成本）的浪费。

第二类方法统称为计费差异化方案，即针对某些特定的时段或特定的内容，以较优惠的资费推动流量需求。这种方法的典型例子是运营商按照流量的时间分布规律设计定价策略，提出诸如闲时流量套餐等的促销策略，以推动空闲时段流量的增长。此类方法一般通过修改电信网络后台的综合计费软件系统来实现，可以在一定程度上增加网络中冗余容量的利用率。但是这类方法也有明显的弊端。一是可控性差：优惠套餐流量会直接冲击同期的常规流量，造成常规用户的网络体验变差；二是适用面小：由于可控性差，只能保守地针对局部时段或少量的内容进行流量推广；三是针对性不强：虽然提升了全网流量，却没有针对性地解决接入网内的冗余容量问题，也无法针对不同地域冗余容量的差异进行因地制宜的流量推广。

第三类方法统称为无线基础设施云，即在无线接入网或承载网等网络基础设施上直接部署云服，就近为本地用户提供除了通信以外的计算和存储等服务。接入网缓存技术是这类方法的一种代表性技术，它继承了网页代理以及内容分发网络的方案，目前很多发明专利提出在接入网中实现内容缓存的方法。接入网缓存技术的基本原理是根据截获到的用户请求通过部署在接入网中的缓存直接向用户响应请求的内容，其中包括内容预测、协同缓存以及模拟协议等具体实现方法。该技术主要是基于用户请求的热度进行内容缓存，在接入网内提高资源的重复利用率，缓解了核心承载网内的流量负载。虽然此类方法在一定程度上平衡了接入网与承载网的负载，但是本质上并未针对流量在时间上分布不平衡的状况有效地提高流量需求。

综上所述，现有方法都不能有效地解决移动网络容量，特别是接入网容量利用率不高的问题。

发明内容

        本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种差异化通信管道系统，用于实现本地流量和常规流量的区分和共存，在不影响常规流量的前提下动态地承载低优先级的本地流量。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种上述差异化通信管道系统的传输方法，用于在不影响常规流量的前提下动态地承载低优先级的本地流量，从而在一定程度上提高通信容量的利用率。

本发明所要解决的技术问题之三在于提供一种本地接入控制方法，从上述差异化通信管道系统两端控制本地流量的接入，避免本地流量对常规流量造成冲击，同时在一定程度上保障本地流量的通信质量。

        本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之一：

差异化通信管道系统，包括特征标记单元、鉴别分流单元、与优先级调度单元；

所述特征标记单元，部署在本地流量通信的两端，即用户端和本地服务端，对本地流量产生的所有数据包进行特殊标记，作为区别本地流量和常规流量的特征；

所述鉴别分流单元，部署在本地流量通信的两端以及中间通信路径的关键网络节点上，对带有标记的本地流量进行识别与提取，使之与常规流量分离；

优先级调度单元，部署在本地流量通信的两端以及关键网络节点上，根据调度策略保证常规流量传输的优先性。

差异化通信管道通过特征标记、鉴别分流和优先级调度共同保证两种流量的区分和共存。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之二：

差异化通信管道系统的传输方法，包括如下步骤：

步骤a1：发送端从上层接收本地流量和常规流量两类数据包，差异化通信管道系统的特征标记单元针对本地流量的数据包进行标记；

步骤a2：发送端的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，对单用户的两类流量进行调度，并以统一的格式向下层协议交付数据包；

步骤a3：传输中继从下层协议接收多路流量的数据包，鉴别分流单元通过鉴别数据包中的标记信息分流常规流量与本地流量；

步骤a4：传输中继的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，对多用户的两类流量进行调度，并向下层协议交付数据包；

步骤a5：接收端从下层协议接收抵达至通信终端的数据包，鉴别分流单元通过鉴别数据包中的标记信息分流常规流量与本地流量；

步骤a6：接收端的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，将分流后的常规流量和本地流量交付给上层协议。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之三：

利用差异化通信管道系统的本地流量接入控制方法，包括如下步骤：

步骤b1：用户发起本地服务的请求；本地服务的请求被路由到本地服务端的接入控制单元；

步骤b2：接收到本地服务的请求信息后，接入控制单元通过主动查询或者被动等待周期性更新的方式从关键网络节点的流量检测单元获得当前冗余容量的状况； 

步骤b3：接入控制单元向本地服务单元查询该服务请求的内容信息和相应的资源需求；

步骤b4：接入控制单元根据当前网络的冗余容量信息和本地服务请求的内容信息和相应的资源需求，做出是否提供本地服务接入的决策，并且向用户设备和本地服务单元反馈接入决策；

步骤b5：如果接入控制单元允许接入本地服务，则本地方服务单元响应本地服务请求，并且与用户建立本地服务传输连接；本地服务单元与用户设备之间通过差异化通信管道进行数据通信。

本发明的优点在于：结合现有的接入网缓存技术，引入了“本地流量差异化”的技术，其主要特点是在网络中形成两类流量（常规流量和本地流量）的差异化和共存。本地流量的优先级低于常规流量，仅在不影响常规流量的前提下利用接入网内的冗余容量进行本地流量的传输。本发明提出的流量差异化方法有别于现有移动通信标准中（如UMTS和LTE标准）的服务质量（QoS）差异化方法。现有的QoS差异化方案根据流量的属性（如流媒体、文本等）对关键通信指标（如误码率，时延等）进行区分，不同属性的流量之间只有通信指标高低的区别，并无主次区别。与此不同的是，本发明的差异化方案根据流量的来源（常规流量或本地流量）对流量的传输优先性进行区分，不同来源的流量有严格的主次区别。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明差异化通信管道的功能结构示意图。

图2是本发明中利用差异化通信管道的本地流量接入方法的关键步骤示意图。

图3-1是本发明第一实施例的LTE网络基站和用户设备侧的协议栈结构示意图。

图3-2是本发明第一实施例的以LTE网络协议栈为例说明差异化通信管道协议结构的示意图。

图3-3是本发明第二实施例的LTE网络结构示意图。

图4-1是本发明第二实施例的接入网内采用分布独立方式部署本地服务示意图。

图4-2是本发明第二实施例的接入网内采用集中共享方式部署本地服务示意图。

图4-3是本发明第二实施例的采用本地网络连接方式或移动通信网络连接方式更新管理本地服务资源示意图。

图4-4是本发明第二实施例的现有LTE网络中常规流量路径示意图。

图4-5是本发明第二实施例的基于本地服务部署的本地流量和常规流量路径示意图。

图4-6是本发明第二实施例的基于本地服务和流量控制节点部署的本地流量和常规流量路径示意图。

图4-7是本发明第二实施例的在应用层实现特征标记功能对本地流量数据包进行特殊标记示意图。

图4-8是本发明第二实施例的优先级调度单元控制差异化流量融合输出至通信链路示意图。

图5是本发明第三实施例的基于基站端本地服务部署的本地流量和常规流量路径示意图。

具体实施方式

本发明的差异化通信管道系统是在现有移动通信传输协议栈的基础上，通过添加新的功能模块而构成的一个支持端到端双向通信的逻辑协议层。该协议层在与上层的接口中创建了常规流量管道和本地流量管道这两个不同的接口，而与下层的接口是与现有协议栈相兼容的接口。

差异化通信管道系统由特征标记单元、鉴别分流单元、与优先级调度单元共同实现。特征标记单元部署在本地流量通信的两端（用户端和本地服务端），对本地流量产生的所有数据包进行特殊标记。鉴别分流单元部署在本地流量通信的两端以及中间通信路径的关键网络节点上（如基站或交换机），对带有标记的本地流量进行识别与提取，使之与常规流量分离。优先级调度单元部署在本地流量通信的两端以及中间通信路径的关键网络节点上，根据调度策略保证常规流量传输的优先性。

差异化通信管道系统的单向通信的原理如图1所示，包括发送、接收以及传输中继三个部分。发送部分通过两个不同的接口从上层接收常规流量和本地流量两类数据，经过特征标记和优先调度后以统一的格式向下层交付两类流量混合的数据（混合数据）。接收部分从下层接收混合数据，经过鉴别分流和优先调度后，向上层交付常规流量和本地流量两类数据。传输中继部分从下层接收来自多路用户的混合数据，经过鉴别分流和优先级调度后，继续向下层交付两类流量混合的数据。差异化通信管道通过“特征标记”和“鉴别分流”联合实现本地流量和常规流量的区分，并且依靠源端、中继、终端多点上对传输优先级进行调度控制，从而保证常规流量的绝对优先性。

本地流量通信的两端（用户端和本地服务端）利用差异化通信管道进行本地服务的双向通信时，既作为发送也作为接收。中间通信路径的关键网络节点（如基站或交换机）主要作为传输中继，当关键网络节点与端系统进行信息交互时（如反馈冗余容量状况），它也作为收发单元。

特征标记单元：对于本地流量数据包进行标记，作为区别本地流量和常规流量的特征。具体发明实施例中，特征标记单元部署在本地流量通信的两端：用户端和本地服务端。特征标记单元可以在特定的数据包结构位置上（可以在不同的通信协议层上）对本地流量的数据包进行标记。标记的形式可以是对当前数据包的某些特定字段进行修改，也可以是添加新的标记字段。在具体发明实施例中，设备系统可以安装能够对数据流量进行特殊标记的应用程序。应用程序在应用层协议中添加流量标记功能，实现在分组数据包的首部设置特殊的信息标识。在另外的发明实施例中，在用户设备的操作系统添加流量标记接口，打开该数据接口使设备切换到本地流量模式。在本地流量模式下，数据接口对所有数据流量进行特殊标记。

鉴别分流单元：通过鉴别数据包中的标记信息区分常规流量与本地流量。鉴别分流单元不仅部署在本地流量通信的两端（用户端和本地服务端），还部署在中间通信路径的关键网络节点上（如基站或交换机），对带有标记的本地流量进行识别与提取，使之与常规流量分离。鉴别分流单元通过拆解数据包的协议封装，检查在特定位置的标记信息。具体的发明实施例中，鉴别分流单元采用深度包解析（DPI）技术以及基于“特征字”的识别技术提取标记信息。通过将带有标记信息的本地流量分流到与常规流量不同的缓存队列。

优先级调度单元：根据调度策略控制常规流量和本地流量的传输优先级。在发明实施例中，在从用户端到本地服务端的差异化通信管道上，所有作为发送、接收以及传输中继的节点（包括用户端、本地服务端以及关键网络节点）都包含优先级调度单元。差异化通信管道基于传输优先级调度的原理保证本地流量不干扰常规流量的传输。差异化通信管道上每个节点的优先级调度单元都对差异化流量的优先级进行控制和调整，从而保证常规流量的绝对优先性。优先级调度单元可以结合软件算法和硬件电路实现将常规流量和本地流量的缓存队列融合输出到通信链路。具体的策略可以包括：本地流量的优先级全部低于常规流量的优先级；或者本地流量中高优先级的服务优先级高于常规流量中低优先级的服务，调度策略保证对常规流量的服务质量只造成有限的影响，影响不至于超过服务质量的最低限度。另一方面，优先级调度单元能够通过调整缓存队列的长度控制流量的传输速率。

本地流量接入控制在差异化通信管道的基础之上，进一步控制流入差异化通信管道的总流量。由接入控制单元、流量检测单元、以及本地服务单元共同实现。流量检测单元部署在关键网络节点上，实时监测并记录关键网络节点的流量状况，分析并预测网络中冗余容量的动态，为本地流量的接入控制提供冗余容量信息。本地服务单元部署在本地服务端，为本地流量的接入控制提供本地服务的内容信息（内容类型，文件大小等）和相应的资源需求（带宽，时间等）。接入控制单元部署在本地服务端，实时监听本地服务的请求。当收到一个请求后，一方面从流量检测单元获得当前及预期网络冗余容量的信息，另一方面从本地服务单元获得本地服务请求的内容信息（内容类型，文件大小等）以及相应的资源需求（带宽，时间等）。接入控制单元结合两方面信息进行判断，当冗余容量难以满足本地服务请求的容量需求时，限制本地流量的接入，避免本地流量阻塞常规流量的传输；反之，则允许本地流量的接入。通过接入控制单元对本地服务的接入进行控制，一方面能够有效避免本地流量对常规流量进行冲击，同时也在一定程度上保障了本地流量的通信质量，换而言之，即只有在有足够冗余容量的情况才提供本地服务。

接入控制过程中由信息交互（包括本地服务请求、冗余容量信息、本地服务请求的内容信息等）产生的数据流量相当于控制信令。根据差异化流量中常规流量绝对优先性的原则，本地服务接入控制的信令应该作为低优先级的本地流量进行通信。由于控制信令的数据量有限并且需要保证信令的可靠性，所以可以提高控制信令在差异化通信管道中的传输优先级（与常规流量相当或者高于常规流量）。

流量检测单元：实时监测并记录关键网络节点的流量状况，分析并预测网络中冗余容量的动态。在发明实施例中，流量检测单元部署在基站、交换机等关键的网络节点上。流量检测单元主要监测关键网络节点的流量强度。具体的发明实例中，可以通过数据包计数、基于深度包解析的负载分析、或监控缓存队列长度等方法实现。

接入控制单元：综合冗余容量动态、本地流量的请求内容等信息控制本地流量接入。接入控制单元结合两方面信息进行判断，当冗余容量难以满足本地服务请求的容量需求时，限制本地流量的接入，避免本地流量影响常规流量的传输；反之，则允许本地流量的接入。此外，在有多个本地流量服务请求发生冲突时，根据特定的优先规则判断本地流量的接入。在发明实施例中，接入控制单元部署在本地服务端。接入控制单元与用户端和本地服务端的本地服务单元交互控制信息，从而控制本地服务端到端通信连接的建立。

本地服务单元：部署在本地网络设施内，提供针对本地流量的计算、存储、转发等服务。在发明实施例中，本地服务单元可以部署在基站、承载汇聚节点等关键的网络节点上。部署方案包括多种方式：基站集成本地服务的功能，或者多个基站共享同一本地服务器。具体来说，本地服务单元主要拥有资源缓存容量和运算处理能力。本地服务单元上的大容量存储空间可以用于缓存本地服务内容（高精度地图、生活服务信息）。本地服务内容可以通过本地的网络连接（WLAN、LAN、Wi-Fi）以及移动通信网络来更新资源。本地服务单元拥有处理器和数据库信息，能够实现包括翻译、语音识别等云计算功能。

差异化通信管道系统的传输流程，主要包括如下步骤：

步骤a1：发送端从上层接收本地流量和常规流量两类数据包，差异化通信管道系统的特征标记单元针对本地流量的数据包进行标记；

步骤a2：发送端的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，对单用户的两类流量进行调度，并以统一的格式向下层协议交付数据包；

步骤a3：传输中继从下层协议接收多路流量的数据包，鉴别分流单元通过鉴别数据包中的标记信息分流常规流量与本地流量；

步骤a4：传输中继的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，对多用户的两类流量进行调度，并向下层协议交付数据包；

步骤a5：接收端从下层协议接收抵达至通信终端的数据包，鉴别分流单元通过鉴别数据包中的标记信息分流常规流量与本地流量；

步骤a6：接收端的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，将分流后的常规流量和本地流量交付给上层协议。

利用差异化通信管道系统的本地流量接入控制流程，如图2所示，主要包括如下步骤：

步骤b1：用户发起本地服务的请求；本地服务的请求被路由到本地服务端的接入控制单元；

步骤b2：接收到本地服务的请求信息后，接入控制单元通过主动查询或者被动等待周期性更新的方式从关键网络节点的流量检测单元获得当前冗余容量的状况； 

步骤b3：接入控制单元向本地服务单元查询该服务请求的内容信息和相应的资源需求；

步骤b4：接入控制单元根据当前网络的冗余容量信息和本地服务请求的内容信息和相应的资源需求，做出是否提供本地服务接入的决策，并且向用户设备和本地服务单元反馈接入决策；

步骤b5：如果接入控制单元允许接入本地服务，则本地方服务单元响应本地服务请求，并且与用户建立本地服务传输连接；本地服务单元与用户设备之间通过差异化通信管道进行数据通信。

下面通过三个具体实施例对本发明进一步进行说细说明。

第一实施例：

本实施例以LTE网络的协议栈为例说明差异化通信管道协议结构。在LTE网络基站和用户设备侧，控制平面和数据平面的协议栈结构共同包含：物理层、媒体接入层、无线链路控制层、分组数据汇聚协议层。其中，控制平面协议栈结构还包含无线资源控制层。参阅图3-1，基站和用户设备侧的协议栈结构融合了控制平面和数据平面的协议栈结构。基站和用户设备之间的接口协议为LTE-Uu。现有的移动通信网中，关键网络节点（如基站或交换机）作为传输中继，协议栈结构只具有底层的传输协议。

本实施例中，差异化通信管道的协议结构是在现有LTE协议栈基础上，建立一层逻辑通信协议。它的协议结构保持对LTE协议的后向兼容，主要依靠分布在不同协议层中的功能单元共同实现。典型的端到端连接涉及五层标准协议：应用层、传输层、网络层、媒体接入层以及物理层。在无线通信网络中，接入网内设备只包含底层的两层协议：物理层和媒体接入层。参阅图3-2，以LTE网络的协议栈结构为例，接入网内的底层协议又细分为：物理层、媒体接入层、无线链路控制层、分组数据汇聚协议层、无线资源控制层。为了保持兼容性，接入网内的传输中继在现有的协议栈之上新增一层协议。下层的传输协议对上层的功能单元提供支持。为了保证传输效率，较少时延，传输中继实现没有必要与端系统相对等（即在应用层上实现相应功能单元），只需要在网络层上实现分流和调度的功能。而用户端和本地服务端的系统具有操作系统的支持，一般情况下难以修改操作系统对于网络层协议和传输层协议的系统调用。为了保持兼容性，端系统可以灵活地在应用层上实现差异化通信管道的相应功能单元。差异化通信管道跨于网络层和应用层之间，形成覆盖在下层协议之上的逻辑通道。差异化通信管道调用下层协议的同时，也作为“下层协议”被应用层内的应用程序调用，为其提供数据传输服务。差异化通信管道在网络层和应用层协议的基础上实现特征标记、鉴别分流以及优先级调度功能。

第二实施例：

参阅图3-3，本发明实施例以LTE网络为例进行说明。LTE网络主要可以分为用户设备、演进陆地无线接入网、演进分组核心三个部分。其中演进陆地无线接入网支持UMTS和GPRS/GSM的接入。演进分组核心主要由GPRS服务支持节点、移动性管理设备、服务网关、分组数据网关、归属用户服务器、策略与计费规则功能单元组成。核心网与因特网互连，内容提供商位于因特网中。各个网元之间的实线连接表示数据连接，各个网元之间的虚线连接表示控制连接。

本地服务部署：

移动通信网的数据流量是通过无线方式在基站侧接入，然后通过有线的承载网与广域网连接。一般来讲，数据流量要经过接入网、承载网以及广域网几层网络。移动通信网中现有的数据服务是以流量计费，对其通信服质量有较高的保证。

本实施例中在接入网内部署本地服务，接入网侧能够提供计算和存储的服务。其中，本地计算服务是指在接入网进行集中式数据处理，将用户设备上的计算负载转移到接入网内的基础设施上。本地存储服务是指预先在接入网内缓存内容，为用户设备提供数据服务。

本地服务将额外产生一类数据流量，这类流量仅局限在接入网侧，不通过有线承载网流入到广域网。根据流量的来源，将本地服务产生的流量称为本地流量，而将现网中保证服务质量的流量称为常规流量。两种不同来源的流量有优先级上的主次区别，本地流量避让常规流量。

在本实例中，可以采用两种方式在接入网内部署本地服务：分布独立的方式和集中共享的方式。参阅图4-1，分布独立式的部署方案：可以每个基站拥有专属的服务设备，服务设备具体可以部署在基站上或基站附近的区域内，服务设备与基站通过相同的逻辑接口保持连接。参阅图4-2，集中共享式的部署方案：可以由一系列基站组成的基站群共享同一服务设备。在LTE网络中，一个区域内的基站之间逻辑上通过X2接口相连，服务设备通过逻辑接口X2与区域内各个基站相连接，区域内的基站都可以共享同一个服务设备。

参阅图4-3，本实施例中，服务设备作为本地服务端，拥有资源缓存容量和运算处理能力，本地服务由部署在接入网内的服务设备提供。服务设备拥有大容量的存储空间，用于缓存本地需求的资源。服务设备上缓存的资源具体可以包括例如本地高精度地图、商业广告以及生活服务信息等，这些资源既可以通过LTE网络由广域网中的内容提供商推送，也可以通过本地的网络连接（WLAN、LAN、Wi-Fi等）来更新并管理资源。服务设备拥有处理器和数据库信息，能够实现包括翻译、语音识别等云计算功能。

参阅图4-4，在现有的LTE网络中，常规流量是通过无线方式在基站侧接入，并且通过有线的承载网与广域网连接。常规流量经过接入网、核心网以及广域网几层网络，并且它是以流量计费，对通信服务质量有较高的保证。

参阅图4-5，在本实施例中，在LTE网络的接入网内部署服务设备，服务设备提供资源缓存和运算处理的本地服务。本地服务将额外产生一类本地流量，本地流量局限在接入网侧，不通过有线承载网流入到广域网。

参阅图4-6，本实施例不对现有网络接入网侧的基础设施（主要是基站或者交换机）进行修改，保持现有基站和交换设备的结构和功能。本实施例在接入网内部署流量控制节点，流量控制节点位于基站侧并且通过有线接口接入到有线承载网上。一方面，基站与流量控制节点连接（逻辑接口X2），基站侧的数据流量通过接口汇聚到流量控制节点。另一方面，流量控制节点与部署在接入网内的服务设备保持连接（逻辑接口X2）。流量控制节点扩展基站的协议栈功能，相当于在基站现有的协议上层实现鉴别分流和优先级调度的功能，保证数据流量在关键网络节点上的分流和优先级调度。

差异化通信管道构建：

在本实施例中，用户设备作为用户端，服务设备作为本地服务端以及流量控制节点主要作为传输中继节点。差异化通信管道由用户端、本地服务端和流量控制节点三个部分组成。实现差异化通信管道上差异化流量的传输包含三个方面内容：发送端对本地流量进行特征标记；传输和接收端鉴别分流常规流量和本地流量；差异化通信管道上所有节点（包括用户端、流量控制节点和本地服务端）控制差异化流量的传输优先级。

在本实施例中，差异化通信管道的发送端对本地流量进行特征标记主要通过本地流量通信两端（用户端和本地服务端）的特征标记单元实现。在本地服务建立连接并保持通信时，用户端和本地服务端的特征标记单元主要对上行和下行传输的本地服务数据包进行标记。在本地服务通信两端对本地流量进行标记，目的是在接入网侧便于通过检测特殊标记的方式对常规流量和本地流量进行鉴别分流。

特征标记单元可以在不同的通信协议层上对本地流量的数据包进行标记。标记的形式可以是对特定字段进行修改，也可以插入特殊的信息。参阅图4-7，在本实施例中，设备系统（包括：用户设备、本地服务设备、流量控制设备）安装能够对数据流量进行特殊标记的应用程序。应用程序在应用层协议中添加流量标记功能，实现在分组数据包的首部设置特殊的信息标识。

数据流量在差异化通信管道进行传输和接收的过程中，传输中继和接收端的鉴别分流单元区分并分流常规流量和本地流量。传输协议位于LTE通信协议栈的底层，上层协议所包含的信息对于底层传输协议是透明的。鉴别分流单元从下层协议接收数据，未经处理的情况下，其中的标记信息对于鉴别分流单元来说是不可见的。鉴别分流单元通过拆解数据分组的协议封装，获取上层通信协议中包含的信息。在本实施例中，鉴别分流单元采用深度包解析（DPI）技术或深度流解析（DFI）技术提取应用层上的标记信息。通过基于“特征字”的识别技术，将带有标记信息的本地流量与常规流量分流到不同的缓存队列。

在对数据流量进行分流的基础上，差异化通信管道根据调度策略控制常规流量和本地流量的优先级传输。优先级调度功能部署在差异化通信管道的所有节点（用户端、本地服务端和流量控制节点），从发送到传输，再到接收的每个环节都根据节点处实时流量的优先级情况，调整流量传输的优先级。

在本实施例中，优先级调度单元协调本地流量优先级对于常规流量优先级的退避关系，主要控制常规流量的输出缓存队列和本地流量的输出缓存队列融合输出到通信链路，其次，优先级调度单元能够通过调整缓存队列的长度控制流量的传输速率。

本实施例中，在LTE网络用服务等级标识符（QCI）将数据流量的服务质量分为九个等级，例如语音会话、实时交互性游戏的优先级等级高于视频流、文件传输的优先级等级。常规流量通常包括各类优先级等级的业务，本地服务一般根据具体的状况提供特定的一些业务。

参阅图4-8，优先级调度单元可以结合软件算法和硬件电路实现将常规流量和本地流量的缓存队列融合输出到通信链路。具体的策略可以包括：本地流量的优先级全部低于常规流量的优先级；或者本地流量中高优先级的服务优先级高于常规流量中低优先级的服务，调度策略保证对常规流量的服务质量只造成有限的影响，影响不至于超过服务质量的最低限度。

本地流量接入控制：

本地流量接入控制在差异化通信管道的基础之上，进一步控制流入差异化通信管道的总流量。由接入控制单元、流量检测单元、以及本地服务单元共同实现。接入控制过程主要包括以下步骤：

用户发起本地服务的请求。本实施例中，用户通过移动设备向本地服务设备发起本地服务请求，本地服务的请求包被路由到本地服务设备；

接收到本地服务的请求信息后，接入控制单元通过查询或者周期性更新的方式从关键网络节点的流量检测单元获得当前冗余容量的状况。本实施例中，本地服务设备上的接入控制单元实时监测本地服务请求，当接收到本地服务的请求包时，从流量控制节点获得当前网络冗余容量的状况。具体实施方法：流量控制节点向服务设备周期性反馈网络的冗余容量状况；或者当检测到本地服务请求之后，服务设备的接入控制单元再向流量控制节点查询网络的冗余容量状况。本地服务设备的接入控制节点保存并管理冗余容量的预测信息和历史记录，以此作为本地流量接入决策的判决依据；

接入控制单元通过查询的方式从本地服务单元获得地服务请求的内容信息。本发明实例中，本地服务的接入控制单元从流量控制节点获取冗余容量信息的同时，根据本地服务请求的内容从本地服务单元查询该请求的内容信息。具体实施方法：本地服务设备的本地服务单元与接入控制单元可以直接通过内存读取以及数据总线传输等方式交互信息；

接入控制单元根据当前网络的冗余容量信息和本地服务请求的内容信息，做出是否提供本地服务接入的决策，并且向用户设备和本地服务单元反馈接入决策。接入控制单元进行本地流量接入决策的主要判决依据是：结合本地服务请求的内容信息和冗余容量的情况，判断当前及预测的网络冗余容量状况能否满足本地服务请求的容量需求。当不能满足时，限制本地流量的接入，避免本地流量阻塞常规流量的传输；反之，则允许本地流量的接入。本发明实例中，本地服务设备的接入控制单元向用户端和本地服务单元反馈接入决策；

如果接入控制单元允许接入本地服务，则本地方服务单元响应本地服务请求，与用户建立本地服务的传输连接。在本发明实例中，当本地服务设备的接入控制单元允许用户端到本地服务端的本地流量接入后，本地服务单元与用户端之间即可建立起本地服务连接，否则不建立通信连接。本地服务端到用户端之间的本地服务连接建立之后，本地服务设备的本地服务单元与用户设备之间通过差异化通信管道进行数据通信。

第三实施例：

本地服务部署：

参阅图5，在本实施例中，本地服务分布式的部署在基站上，基站设备集成存储介质和处理器，提供包括资源缓存和运算处理的本地服务。基站设备上的资源缓存既可以通过LTE网络由广域网中的内容提供商推送，也可以通过本地的网络连接（WLAN、LAN、Wi-Fi等）来更新并管理资源。

差异化通信管道构建：

本实施例中，基站作为本地服务端与用户端拥有对等的协议栈结构，并且基站与用户之间直接建立覆盖在下层协议之上的差异化通信管道。差异化通信管道由用户端和基站端的特征标记、鉴别分流以及优先级调度单元共同实现。实现差异化通信管道上差异化流量的传输包含三个方面内容：发送端对本地流量进行特征标记；接收端鉴别分流常规流量和本地流量；差异化通信管道的发送端与接收端（包括用户端和基站端）控制差异化流量的传输优先级。

在本实施例中，差异化通信管道的发送端对本地流量进行特征标记主要通过本地流量通信两端（用户端和基站端）的特征标记单元实现。数据流量在差异化通信管道通的接收端进行接收的过程中，接收端的鉴别分流单元区分并分流常规流量和本地流量。在对数据流量进行分流的基础上，差异化通信管道根据调度策略控制常规流量和本地流量的优先级传输。优先级调度功能部署在差异化通信管道的发送端和接收端（用户端和基站端），从发送到传输，再到接收的每个环节都根据节点处实时流量的优先级情况，调整传输流量的优先级。本发明实例中，差异化通信管道相关功能单元的具体实施方法与之前所述的发明实例相同。

本地流量接入控制：

本地流量接入控制在差异化通信管道的基础之上，进一步控制流入差异化通信管道的总流量。由接入控制单元、流量检测单元、以及本地服务单元共同实现。接入控制过程主要包括以下步骤：

用户发起本地服务的请求。本发明实例中，用户通过移动设备向基站发起本地服务请求，本地服务的请求包被路由到基站端的本地服务单元；

接收到本地服务的请求信息后，接入控制单元通过查询或者周期性更新的方式从关键网络节点的流量检测单元获得当前冗余容量的状况。本发明实例中，基站端的接入控制单元实时监测本地服务请求，当接收到本地服务的请求包时，从基站端的流量监测单元获得当前网络冗余容量的状况。基站端的接入控制节点保存并管理冗余容量的预测信息和历史记录，以此作为本地流量接入决策的判决依据。基站端的流量检测单元和接入控制单元直接通过内存读取以及数据总线传输等方式交互冗余容量信息；

接入控制单元通过查询的方式从本地服务单元获得地服务请求的内容信息。本发明实例中，基站端的接入控制单元从流量检测单元获取冗余容量信息的同时，根据本地服务请求的内容从基站端本地服务单元查询该请求的内容信息。基站端的本地服务单元和接入控制单元直接通过内存读取以及数据总线传输等方式交互信息；

接入控制单元根据当前网络的冗余容量信息和本地服务请求的内容信息，做出是否提供本地服务接入的决策，并且向用户设备和本地服务单元反馈接入决策。接入控制单元进行本地流量接入决策的主要判决依据是：结合本地服务请求的内容信息和冗余容量的情况，判断当前及预测的网络冗余容量状况能否满足本地服务请求的容量需求。当不能满足时，限制本地流量的接入，避免本地流量阻塞常规流量的传输；反之，则允许本地流量的接入；

如果接入控制单元允许接入本地服务,本地方服务单元响应本地服务请求，与用户建立本地服务传输连接。在本发明实例中，当基站端的接入控制单元允许用户端到基站端的本地流量接入后，本地服务单元与用户端之间即可建立起本地服务连接，否则不建立通信连接。基站端到用户端之间的本地服务连接建立之后基站端的本地服务单元与用户设备之间通过差异化通信管道进行数据通信。

        

以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.差异化通信管道系统，其特征在于：包括特征标记单元、鉴别分流单元、与优先级调度单元； 

所述特征标记单元，部署在本地流量通信的两端，即用户端和本地服务端，对本地流量产生的所有数据包进行特殊标记，作为区别本地流量和常规流量的特征；

所述鉴别分流单元，部署在本地流量通信的两端以及中间通信路径的关键网络节点上，对带有标记的本地流量进行识别与提取，使之与常规流量分离；

优先级调度单元，部署在本地流量通信的两端以及中间通信路径的关键网络节点上，根据调度策略保证常规流量传输的优先性；

差异化通信管道通过特征标记、鉴别分流和优先级调度共同保证本地流量和常规流量的区分和共存。

2.如权利要求1所述的差异化通信管道系统的传输方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤a1：发送端从上层接收本地流量和常规流量两类数据包，差异化通信管道系统的特征标记单元针对本地流量的数据包进行标记；

步骤a2：发送端的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，对单用户的两类流量进行调度，并以统一的格式向下层协议交付数据包；

步骤a3：传输中继从下层协议接收多路流量的数据包，鉴别分流单元通过鉴别数据包中的标记信息分流常规流量与本地流量；

步骤a4：传输中继的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，对多用户的两类流量进行调度，并向下层协议交付数据包；

步骤a5：接收端从下层协议接收抵达至通信终端的数据包，鉴别分流单元通过鉴别数据包中的标记信息分流常规流量与本地流量；

步骤a6：接收端的优先级调度单元在常规流量优先的原则下，将分流后的常规流量和本地流量交付给上层协议。

3.利用如权利要求1所述的差异化通信管道系统的本地流量接入控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤b1：用户发起本地服务的请求；本地服务的请求被路由到本地服务端的接入控制单元；

步骤b2：接收到本地服务的请求信息后，接入控制单元通过主动查询或者被动等待周期性更新的方式从关键网络节点的流量检测单元获得当前冗余容量的状况； 

步骤b3：接入控制单元向本地服务单元查询该服务请求的内容信息和相应的资源需求；

步骤b4：接入控制单元根据当前网络的冗余容量信息和本地服务请求的内容信息和相应的资源需求，做出是否提供本地服务接入的决策，并且向用户设备和本地服务单元反馈接入决策；

步骤b5：如果接入控制单元允许接入本地服务，则本地方服务单元响应本地服务请求，并且与用户建立本地服务传输连接；本地服务单元与用户设备之间通过差异化通信管道进行数据通信。