CN106254134A - 一种网络设备及其对数据流进行管控的方法 - Google Patents

一种网络设备及其对数据流进行管控的方法 Download PDF

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Abstract

本发明网络技术领域/无线局域网络技术领域，尤其涉及WIFI网络上的数据加速技术和数据检测技术。公开了一种网络设备，包括CPU，所述CPU为多核CPU；所述多核CPU包括至少一个基础核和至少一个数据任务核；所述基础核，用于管控所述网络设备，管控所述数据任务核，以及对所述数据任务核中运行的工作进程进行创建、管理或删除；所述数据任务核，用于通过运行在所述数据任务核中的工作进程，处理经过所述网络设备的对应数据流。通过利用多核，对AP数据进行加速处理，实现一般AP无法实现的功能，从而提升用户体验。

Description

一种网络设备及其对数据流进行管控的方法
技术领域
本申请涉及网络技术领域/无线局域网络技术领域，尤其涉及WIFI网络上的数据加速技术和数据检测技术。
背景技术
WLAN主要由站(Station，STA)、接入点(Access Point，AP)、无线介质(WirelessMedium，WM)和分布式系统(Dis-tribution System，DS)组成。
站(STA)。STA在WLAN中一般为客户端，可以是装有无线网卡的计算机，也可以是有WiFi模块的智能手机。STA可以是移动的，也可以是固定的，是无线局域网的最基本组成单元。
在AP(access point)中，802.11AC等协议的引入大大提高了用户的接入数量和接入带宽，提升用户的上网体验。而在无线环境下的IP电话，视频聊天，视频点播/直播，这些与QoS相关的数据流也越来越多；p2p、木马病毒、用户行为管理等也显得越发突出。
QoS即“服务质量(QoS)”是一组服务要求，网络必须满足这些要求才能确保数据传输的适当服务级别。这些服务要求以QoS功能的行业标准为基础。QoS使得实时程序能最有效地利用网络带宽。由于QoS能为某个保证级别提供充足的网络资源，所以它为共享网络提供了与专用网络类似的服务级别。QoS保证是指某个服务级别，该服务级别可以使程序按照指定的速率并在指定的时间帧内传输数据。QoS的目标是为网络通信建立一个有保证的传输系统，例如“Internet协议(IP)”数据包。
深度包检测技术即DPI技术是一种基于应用层的流量检测和控制技术，当IP数据包、TCP或UDP数据流通过基于DPI技术的带宽管理系统时，该系统通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI七层协议中的应用层信息进行重组，从而得到整个应用程序的内容，然后按照系统定义的管理策略对流量进行整形操作。
中国专利申请号为CN200810045895.5，该发明公开了一种为数字家电提供WiFi接入互联网的方法和装置，在数字家电的USB接口上插接有核心处理逻辑系统，核心处理逻辑系统通过WiFi无线网络获取网络数据，网络数据经WiFi传送至核心处理逻辑系统进行TCP/IP解析和加速，根据数据类型的不同，分别送到缓冲区或嵌入式处理器中处理，同时嵌入式处理器接收来之于所述USB接口的系统命令，数据转换模块使缓冲区数据转换成USB能识别的数据，能被USB识别的数据经所述USB接口传送至数字家电，由数字家电播放。采用本发明，打破了原有的利用USB接口插接移动存储器观看媒体源的方式，拓宽了普通电视的媒体源，可以随心所欲播放互联网中的视频资源。。
中国专利申请号为CN201410811205.8，该发明公开了一种基于多重分类器对数据包进行流量分类的SDN控制器，是指一种在多核处理器环境中，在现有SDN控制器上设置了多重分类器，依据多重分类器对数据包进行流量分类的应用程序的任务分配。本方法实现了将控制器应用与控制器自身逻辑的分离。能够克服现有方法在使用多核处理器作为SDN控制器时，直接在控制器中运行流量分类应用所导致的控制器资源消耗过大、并行加速比不高、编程不够灵活的问题。提高了处理器资源利用率和控制器吞吐量，简化了控制器应用程序编程。
以上公开的专利未提出包含多核CPU的网络设备用以提高数据流动的技术方案，以及目前市面上的AP有简单的QoS功能，一般只区分普通数据和视频数据。而DPI功能则一般通过网关来实现。对于普通AP，无法实现细颗粒度的QoS，也不会有DPI等功能。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于通过多核CPU组成一个AP系统，可以进行数据转发同时提升Qos,并且可以进行深度检测(DPI)等；通过对无线AP的数据流进行更精细的调度，提升QoS的体验；而且可以对用户数据进行深度检测(DPI),识别木马病毒等，实现对用户行为的管控等功能，从而以较低的成本大幅提高用户无线上网的体验。本发明是通过以下技术方案实现的：
一种对网络中数据流进行管控的方法，所述方法依托具有多核CPU的网络设备，所述多核CPU包括至少一个基础核和至少一个数据任务核，所述基础核对每个所述数据任务核中运行的工作进程进行创建、管理和删除；所述工作进程对经过所述网络设备的对应数据流进行管控。
进一步，所述的对网络中数据流进行管控的方法，在所述基础核的管理下，所述数据任务核独立运行所述工作进程。
进一步，所述的对网络中数据流进行管控的方法，在所述基础核的管理下，多个所述数据任务核相互协作运行所述工作进程。
再进一步，所述的对网络中数据流进行管控的方法，在所述基础核的管理下，所述数据任务核可以同时运行多个所述工作进程。
进一步，所述的对网络中数据流进行管控的方法，所述工作进程包括对所述数据流进行接收、发出、修改、加密、检测、转向或者过滤。
本发明还提供了一种可对网络中数据流进行管控的网络设备，包括CPU，
所述CPU为多核CPU；
所述多核CPU包括至少一个基础核和至少一个数据任务核；
所述基础核，用于管控所述网络设备，管控所述数据任务核，以及对所述数据任务核中运行的工作进程进行创建、管理或删除；
所述数据任务核，用于通过运行在所述数据任务核中的工作进程，处理经过所述网络设备的对应数据流；
所述多核CPU为通过x86或者ARM提供SIMD(single instruction multi-data)指令集。
用于管控所述网络设备的操作系统平台运行在所述基础核上，所述操作系统平台为Linux、Windows Embedded、VxWorks或者OpenWRT等嵌入式操作系统；用于管控经过所述网络设备的对应数据流的应用程序运行在所述操作系统平台上，所述应用程序为hostapd,pppoe,dns,dhcp或者web server等。
如此这般，所述基础核通过与所述数据任务核的分工协作，实现对所述数据流的精细调度或深度检测。
进一步，所述的网络设备，在所述基础核的管理下，所述数据任务核独立运行所述工作进程。
进一步，所述的网络设备，在所述基础核的管理下，多个所述数据任务核相互协作运行所述工作进程。
再进一步，所述的网络设备，在所述基础核的管理下，所述数据任务核可以同时运行多个所述工作进程。
进一步，所述的网络设备，所述工作进程包括对所述数据流进行接收、发出、修改、加密、检测、转向或者过滤。
本发明至少具有以下有益效果之一：
1.本发明克服了原先网络设备不能提升网络带宽、不能提高数据流速、不能提供数据检测的技术问题。
2.本发明赋予网络设备QoS功能和DPI功能。
3.本发明极大地提高了用户的接入数量和接入带宽，提升用户的上网体验。
4.本发明能够做到自动、高效、便捷地完成网络设备对数据流的接收、发出、修改、加密、检测或者过滤的工作任务。
5、本发明提供的含多核CPU的网络设备，可靠性高，同时执行效率高、应用范围广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明网络设备CPU架构示意图；
图2为本发明第一实施例工作示意图；
图3为本发明第二实施例工作示意图；
图4为本发明第三实施例工作示意图；
图5为本发明第四实施例工作示意图；
图6为本发明第五实施例工作示意图。
具体实施方式
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，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。
在本申请一个典型的计算硬件配置中，客户端/终端、网络设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括处理器，含单核处理器或多核处理器。处理器也可称为一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)等等。更具体地，处理器可为复杂的指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器，或实现指令集组合的处理器。处理器还可为一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、图形处理器、网络处理器、通信处理器、密码处理器、协处理器、嵌入式处理器、或能够处理指令的任何其他类型的逻辑部件。处理器用于执行本发明所讨论的操作和步骤的指令。
本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括存储器，用于存储大数据，可包括一个或多个易失性存储设备，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)或其他类型的存储设备。存储器可存储包括由处理器或任何其他设备执行的指令序列的信息。例如，多种操作系统、设备驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或BIOS)和/或应用程序的可执行代码和/或数据可被加载在存储器中并且由处理器执行。
本发明中的客户端、移动终端或网络设备的操作系统可为任何类型的操作系统，例如微软公司的Windows、Windows Phone，苹果公司IOS，谷歌公司的Android，以及Linux、Unix操作系统或其他实时或嵌入式操作系统诸如VxWorks等。
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，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本发明的具体流量控制设备及控制方法参见下述实施例：
第一实施例
如图1为本发明网络设备CPU架构示意图所示：一种网络设备/无线局网设备(AP)，包括CPU，
所述CPU为多核CPU；
所述多核CPU包括至少一个基础核和至少一个数据任务核；
所述基础核(core0)，用于管控所述网络设备，和/或管控所述数据任务核；
所述数据任务核(以四核CPU为例，Core1～core3)，用于处理经过所述网络设备的对应数据流。
在本AP设备中，采用多核CPU作为设备的核心。以四核CPU为例，我们可以在基础核core0上运行openwrt,管控整个设备，而其余的数据任务核core1～core3,可运行独立的专门用于各种数据加速的工作进程。
如图1所示，基础核core0上运行了OpenWRT,管理整个AP设备。Linux相关的APP运行与core0上，比如hostapd,pppoe,dns,dhcp，web server等。
数据任务核Core1～core3运行数据加速进程，并且这些进程是对应到某个core，不会发生迁移。正因为单个core专注于少数个任务，甚至是单独一个任务，减少了任务切换时的开销，而且这几个任务可以百分之百的利用这个数据任务核core(不会被操作系统或其他任务占用)，以此来提高数据处理的效率。
本实施例通过多核CPU组成一个AP系统，通过x86或者ARM提供的SIMD(singleinstruction multi-data)指令集进行加速，使不同CPU核提供不同的数据加速性能，从而实现数据的classification,traffic shaping,traffic policing,traffic edit,traffic encryption,以及DPI等功能。通过这些高级的数据加速功能，使AP具有其他普通AP无法提供的用户体验。
优选地，所述的网络设备，所述基础核用于对每个所述数据任务核中的工作进程进行创建、管理或删除。
优选地，所述的网络设备，在所述基础核的管理下，所述数据任务核独立运行所述工作进程。如图2为本发明第一实施例工作示意图所示：管理进程位于基础核(core0),它不做占CPU资源的数据运算，它的任务是创建，管理和删除在数据任务核(core1～core3)上的工作进程，并且响应来自工作进程的事件。
特别优选地，所述的网络设备，在所述基础核的管理下，所述数据任务核可以同时运行多个所述工作进程。
优选地，所述的网络设备，用于管控所述网络设备的操作系统平台运行在所述基础核上，用于管控经过所述网络设备的对应数据流的应用程序运行在所述操作系统平台上。
优选地，所述的网络设备，所述操作系统平台为Linux、Windows Embedded、VxWorks或者OpenWRT等嵌入式操作系统；所述应用程序为hostapd,pppoe,dns,dhcp或者web server。
如此这般，所述基础核通过与所述数据任务核的分工协作，实现对所述数据流的精细调度或深度检测。
优选地，所述的对网络中数据流进行管控的方法，所述工作进程包括对所述数据流的接收、发出、修改、加密、检测、转向或者过滤。
第二实施例
优选地，所述的对网络中数据流进行管控的方法，在所述基础核(core0)的管理下，多个所述数据任务核相互协作完成所述工作进程。如图3为本发明第二实施例工作示意图所示：以四核CPU为例，数据任务核(core1～core3)可以按照需求创建不同的工作进程，并把工作进程绑定于某个core，而且将不同功能的进程串联起来组成一条流水线，来实现一个或者多个特性。
第三实施例
多核CPU中的数据任务核，工作进程可以是专注单一一项功能。在所述基础核(core0)的管理下，所述数据任务核(core1/core2/core3)可以同时运行多个所述工作进程：比如专注于收发的Tx进程，Rx进程，数据分类的classification进程，数据加密的encryption进程等。或者几项组合的功能，比如Rx(从IO口接收数据)，再修改数据(加VLANtag)，Tx(从另外一个IO口发出)，如图4为本发明第三实施例工作示意图所示。
第四实施例
多核CPU中的数据任务核，工作进程的组合非常的灵活，可以按照不同的数据处理模型创建不同的组合。在所述基础核(core0)的管理下，所述数据任务核(core1和core2)各可以同时运行多个所述工作进程：比如数据加密模型，多个数据任务核相互协作完成所述工作进程，如图5为本发明第四实施例工作示意图所示。
第五实施例
以四核CPU为例，在所述基础核(core0)的管理下，多个数据任务核相互协作完成所述工作进程，如图6为本发明第五实施例工作示意图所示，数据任务核(core1～core3)可以基于更细颗粒度的多层调度。
只要有足够多的CPU核，工作进程就可以均匀分布到各个数据任务核coreN上，可以充分利用CPU的资源，提高每一个工作进程的处理能力。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种对网络中数据流进行管控的方法，所述方法依托具有多核CPU的网络设备，所述多核CPU包括至少一个基础核和至少一个数据任务核，其特征在于，
所述基础核对每个所述数据任务核中运行的工作进程进行创建、管理和删除；
所述工作进程对经过所述网络设备的对应数据流进行管控。
2.根据权利要求1所述的对网络中数据流进行管控的方法，其特征在于，在所述基础核的管理下，所述数据任务核独立运行所述工作进程。
3.根据权利要求1所述的对网络中数据流进行管控的方法，其特征在于，在所述基础核的管理下，多个所述数据任务核相互协作运行所述工作进程。
4.根据权利要求2或3所述的对网络中数据流进行管控的方法，其特征在于，在所述基础核的管理下，所述数据任务核可以同时运行多个所述工作进程。
5.根据权利要求1-3中任一所述的对网络中数据流进行管控的方法，其特征在于，所述工作进程包括对所述数据流进行接收、发出、修改、加密、检测、转向或者过滤。
6.一种网络设备，包括CPU，其特征在于，
所述CPU为多核CPU；
所述多核CPU包括至少一个基础核和至少一个数据任务核；
所述基础核，用于管控所述网络设备，管控所述数据任务核，以及对所述数据任务核中运行的工作进程进行创建、管理或删除；
所述数据任务核，用于通过运行在所述数据任务核中的工作进程，处理经过所述网络设备的对应数据流。
7.根据权利要求6所述的网络设备，其特征在于，在所述基础核的管理下，所述数据任务核独立运行所述工作进程。
8.根据权利要求6所述的网络设备，其特征在于，在所述基础核的管理下，多个所述数据任务核相互协作运行所述工作进程。
9.根据权利要求7或8所述的网络设备，其特征在于，在所述基础核的管理下，所述数据任务核可以同时运行多个所述工作进程。
10.根据权利要求6-8中任一所述的网络设备，其特征在于，所述工作进程包括对所述数据流进行接收、发出、修改、加密、检测、转向或者过滤。
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