CN106716939B - 数据流递送中改进的qos - Google Patents

Abstract

描述了一种用于管理第一和第二网络之间的数据流的系统，其中节点实体传输寻址到第二网络中的目的地设备的数据流，并且网关实体从第一网络接收数据流。网关实体标识目的地设备的至少一个特性，并且以使得特性与数据流相关的方式将其传输到第一网络中的节点实体。节点实体从网关实体接收目的地设备的特性，并将其与数据流相关，并且基于该至少一个特性对数据流执行服务质量管理。还描述了管理数据流的方法和网关设备。系统、网关、节点和方法扩展了QoS性能和管理的应用。

Description

数据流递送中改进的QOS

本发明涉及一种用于管理第一网络和第二网络之间的数据流的系统、一种用于在第一网络和第二网络之间路由数据流的网关设备、一种管理第一网络和第二网络之间的数据流的方法以及一种包括在网络中的节点实体。

背景技术

用于访问、处理、呈现和观看数据的电子设备通常连接到网络中，并且特别而言，这在家居（domestic）环境中越来越常见。在家居环境中的这样的网络除其他之外常常包括计算机和PC、膝上型计算机、平板计算机和其他移动设备、移动电话以及还有用于电视观看的机顶盒。这些网络中的设备可以彼此共享数据，但是也连接到更广的网络，诸如互联网，以接收诸如电视节目、视频、下载、节目和互联网服务等内容。诸如家居网络之类的小型网络通常经由网关设备连接到这些更广的网络。在家居网络的情况下，网关设备经常被称为家庭网关或HG。HG在家庭或家居网络与诸如互联网之类的更广的公共网络之间信道传送或路由数据流，并执行一些管理功能。HG和更广的网络之间的数据链路经常被称为接入链路或接入线路，并且将HG连接到更广的网络的边缘或外围处的某种节点、边缘节点。更广的网络有时被称为接入网络，因为它提供到公共网络或公共网络的更广网的家居网络接入。接入网络由向相应的家居环境提供互联网服务的运营商管理或运行。

存在与通过网关设备或家庭网关将内容成功地递送到家居网络中的设备相关联的若干问题。

当家庭或家居网络中的多个设备从互联网接收诸如视频数据的数据或文件下载时，各种数据流将在带宽有限的接入线路上竞争带宽。通常由xDSL或DOCSIS解决方案组成的接入链路通常是带宽瓶颈。在诸如家庭网络的本地网络内，与在该接入链路上相比，更多的带宽通常是可用的，并且类似地，在该接入链路的另一侧上在核心网络中更多的带宽通常是可用的。如果多个数据流在接入链路上竞争相同的有限的带宽，那么可能没有足够的带宽来同时携带所有数据流而没有延迟或差错。为了防止由于不足的带宽而导致的差错和故障（mishap），已经开发了各种服务质量或QoS解决方案来管理各种数据流。这样的解决方案可以使用访问控制机制，例如不允许一些流而支持其他流，或者优先级机制，例如向某些流给予通行权（right of way）或给予优先级而延迟其他流。管理被管理网络架构中的QoS的示例包括3GPP PCC（策略和计费控制）架构或IMS架构内的RACS（资源和接纳控制子系统（Resource & Admission control subsystem））。另一可能的QoS解决方案使用VLAN，其近似于层2以太网层上的永久网络信道并且可以在该层上保留带宽。可以向不同的VLAN赋予不同的优先级或服务类别，从而允许VLAN之间的QoS差别。该技术例如在当前的IPTV部署中使用。其他技术包括在各种流中使用优先级参数的DiffServ和作为用于管理QoS的完整的端到端系统的IntServ。

单个家庭中的设备数量通常是不断增加的，并且为了各种目的正在使用多个被管理和未被管理的设备，并且这也产生问题。以前，本地网络仅由一个或者可能几个计算机组成，但是现在大多数家庭网络包括多个PC和膝上型计算机、一个或多个平板计算机、连接的电视、使用本地wifi的智能电话和包括机顶盒的流传输设备。此外，这些设备中的许多现在也是多用途设备，并且用于访问本地和远程两者的各种不同服务。传统上，机顶盒将以不同于其他设备的方式连接，具有其自己到核心或运营商网络的连接，频繁地使用VLAN。这是可能的，因为机顶盒仅需要到提供商的IPTV平台的连接。现在这已经改变，因为这个同样的机顶盒现在还需要访问其他提供商的服务，例如互联网上的流传输服务，并且还需要本地连接，例如用于访问网络附接存储上的媒体内容或者用于允许平板计算机控制机顶盒或访问机顶盒上的记录内容。因此，用于管理到机顶盒的QoS的当前VLAN技术不再足够，因为它不允许本地连接到本地网络中的其他设备。

管理各种流的QoS的解决方案通常是有限的，部分是因为被管理的网络解决方案只能为它们自己的服务提供QoS。这些服务源自运营商域中的服务器，并且通常在逻辑层上与其他互联网业务分离，其本身通常只能“尽力而为”地跨运营商网络运送，如本领域技术人员所理解的那样。例如，当用户正在设备上观看来自视频点播或VoD服务提供商视频流时，则该视频流可能被例如到本地网络中的另一设备的简单文件下载的发生所打扰。文件下载通常将增加其下载速度直到达到接入线路上的最大允许带宽。一旦发生这种情况，下载过程将与视频流竞争可用的带宽。视频流传输服务可能在由于文件下载的附加需要引起的暂时减少带宽的情况下快速导致坏的用户体验，而因为跨相同接入线路流传输视频的存在，仅仅文件下载就花费较长的时间来完成。通常的情况是，一些服务比其他服务受到临时带宽减少多得多的影响，并且因此将例如通过被给予通行权、换句话说被给予优先级而受益于比其他服务更高的QoS。

可能在运营商的核心和接入网络中提供具有较高优先级的视频流传输服务。然而，一个问题是如何首先识别这样的视频流并在运营商网络中对其进行标记，使得可以以更高的优先级运送它。识别通常通过深度分组检查DPI来完成，或者例如通过流的起源（origin）位置将用于递送的数据标识为视频流。

后者需要大量的行政（administrative）努力。这种过程由于大多数服务提供商使用内容递送网络CDN以便通过互联网分发其内容的事实而进一步复杂化，该事实意味着源自例如地址1（Address1）的一个互联网地址的内容实际上通常从例如地址2（Address2）的CDN提供商的起源地址提供给运营商网络, 其中地址1是合适的互联网寻址协议的形式。内容的起源因此变得模糊，并且基于服务的起源地址来指派更高的优先级变得复杂和麻烦。

例如，在边缘节点处的深度分组检查DPI可以用于分析所有业务，并且将允许检测所使用的服务，随后是在服务级别上执行的QoS。然而，该方法也有许多消极面。执行深度分组检查相当麻烦，并且不总是产生期望的结果，例如由于数据流的增加的加密使用。此外，相当大量的业务通过HTTP协议进行运送，这使得更难以区分视频流和简单下载。

即使在运营商的核心和接入网络中向比如视频流传输服务之类的某种类型的服务提供较高的优先级，递送的问题也仍然存在。例如，对于用户来说，在在智能电话或平板计算机上观看短视频剪辑和在家庭影院装备上观看电影或影片之间存在很大差异，但是两个数据流都可能从DPI产生相同或相似的结果，并且两个数据流可以源自相同的源。在第一种情况下，当在智能电话或平板设备上观看时，在观看期间的小问题虽然令人烦恼但是不一定重要。在第二种情况下，当用户在家庭影院装备上观看时，观看期间的问题可能完全破坏用户体验。

然而，由于使用常常在HG上用于将本地网络与公共网络进行连接的网络地址转换NAT，出现了另外的问题。当在本地网络中存在多于一个设备时，NAT的使用是非常有利的，因为它允许家庭网络中的多个设备共享与在更广的互联网中使用的相同的公共IP地址，并且这节省了在公共IP地址协议中所要求的地址的数量。为了实现这一点，NAT在由设备在本地网络中使用的私有IP地址和端口号与通常用于具有不同端口号的HG的一个公共IP地址之间进行转换，以允许多个数据流通过HG的公共IP地址从外部进入本地网络。如技术人员所理解的那样，内部和外部地址与端口之间的这些映射存储在NAT表中，该NAT表允许NAT找到传入业务的本地目的地。

通常，这样的传入业务是响应业务，换句话说，响应于先前传出请求的数据流。然而，本地网络中的设备在HG之后，并且任何本地目的地设备的本地地址、以及实际上甚至设备本身及其特性的知识在本地网络之外是未知的，并因此对于核心网络而言是未知的。这使得NAT成为本地网络和公共网络或互联网中尝试递送数据流或管理数据流的递送或探测HG后面的任何实体或节点之间的阻碍功能。由于在具有NAT的HG后面的设备相对于外部实体被庇护，因此它通常不知道它们是什么或者它们具有什么能力。

此外，不是所有到目的地设备的服务或数据都由单个服务提供商递送，因此即使特定的递送实体本身知道特定家庭网络内的具体设备，例如如果它先前已经递送到特定目的地设备了，该实体也可能不是向该目的地设备或甚至该网络递送服务的仅有实体。

“Context-aware interactive content adaptation”，Mohomed、Iqbal等人，Proceddings of the 4th international conference on Mobile systems, appliaitonand services, ACM,2006描述了作为QoS测量的内容适配并且分析了上下文因素对内容适配的影响。在一种布置中，基于使用语义、用户交互的程度并且基于先前多顺利地接收了上下文测量的测量来针对移动设备适配内容。 “Quality of Service for IMS on FixedNetworks”,Technology White Paper, Alcatel,2006描述了在被管理的网络中的已知QoS机制。“A QoS-aware residential gateway with bandwidth management”, Hwang，Wen-Shyang和Pei-Chen Tseng, Consumer Electronics, IEEE Transactions第840-848页描述了一种布置，其中HG使用业务类别来执行QoS。

有效地管理网络中的数据流的递送是一个问题。

发明内容

根据如权利要求中所描述的本发明来解决该问题，并且本发明包括用于管理第一网络和第二网络之间的数据流的系统，其中该系统包括在第一网络中的节点实体和位于第一网络和第二网络之间的边界处的网关实体。节点实体被配置为传输寻址到第二网络中的目的地设备的数据流。网关实体被配置为从第一网络接收数据流，并且还被配置为标识目的地设备的至少一个特性，并且还以使得至少一个特性与数据流相关的方式，将目的地设备的至少一个特性传输到第一网络中的节点实体。节点实体被配置为从网关实体接收目的地设备的至少一个特性，并且还将目的地设备的至少一个特性与数据流相关，并且还基于至少一个特性对数据流执行服务质量管理。

第一网络通常是公共网络或互联网，并且包括通常但不一定是边缘节点的节点实体，换句话说边缘节点是在网络边缘处的节点。节点实体是第一网络中的节点，可以从该节点将数据流路由或以其他方式发送到第二网络，这通常可能是边缘节点，但是也可以是公共网络中更深的节点。第二网络通常是家居网络或其他本地网络，位于家庭或家居环境中的网络，或者例如小型商业网络或教育机构中的小型网络。通常，第一网络将由向第二网络提供互联网服务的运营商来运行和维护。网关实体通常是网关设备，但也可以是单个网关设备和提供商NAT的组合，但也可以是单个网关设备和DHCP服务器的组合。DHCP服务器在存在时可以并入到网关设备中或者可以是单独的实体。通常，网关设备或实体位于第一网络和第二网络之间的边界处，并且将从第一网络接收的数据流经由节点实体路由或以其他方式发送到第二网络中的相应目的地设备。

网关实体或设备能够标识目的地设备的至少一个特性。特性可以是可能影响可以将数据流递送到设备的方式或者可能影响设备自身处理数据流的方式的任何特性。适当的特性包括但不限于设备类型、屏幕大小、屏幕分辨率、设备中存储器的大小或量、设备中存储器的类型和网络连接带宽。

网关设备或实体可以以多种方式标识特性。它可以检测特性本身，或者可以从另一个设备获取特性，例如设备本身可以被编程为将特性传输到网关设备。可以手动地或经由跨互联网的升级，例如远程管理动作，来将特性编程到网关设备中。

通常，一旦网关设备或实体已经获取了特定的设备特性，它就将其存储在存储器中用于随后的检索。

网关设备或实体能够以使得至少一个特性与数据流相关的方式向第一网络中的节点实体传输目的地设备的至少一个特性。换句话说，网关设备利用允许一些另外的实体或者节点实体本身将该特性与数据流或目的地设备或设备类型的某个标识符相关的一些另外的标识数据来传输该特性，或者替代地，网关设备可以响应于涉及特定设备的特定请求来传输所述特性。

节点实体能够从网关设备接收目的地设备的特性，并且还将该特性与预期到该设备的数据流相关。通过这样做，节点实体能够将特定设备特性与数据流配对，并从而具有帮助数据流管理的强大工具。因为节点实体现在可以将数据流与预期目的地设备的特性相关，所以它可以基于设备的可靠知识来对数据流执行服务质量。因此，节点实体还基于至少一个特性对数据流执行或以其他方式应用服务质量管理。

因此，本发明允许由实体甚至对去往网关设备或网关实体后面的本地网络中保持的设备的流执行QoS。

本发明使用目的地设备的设备特性以帮助确定在向该设备递送数据流中使用的QoS设置，所述设备特性由网关实体提供并且否则该设备特性在外部将不是已知的或者将从本地网络外部可发现。使用本发明的布置，网关设备检测或以其他方式收集设备特性，找到或以其他方式标识设备的适当的NAT绑定，并且为了QoS管理目的将该组合信息提供给核心网络。

在另一实施例中，数据流包括目的地设备的第一地址，并且这是在第一网络中定义的地址。通常，这将是IP地址或根据另一个已接受的地址协议的地址，并且将允许HG在接收到数据流时将其递送到本地网络中的正确设备。在该实施例中，网关设备能够以使得其与目的地设备的第一地址相关的方式将目的地设备的特性传输到节点实体。换句话说，网关设备将特性连同地址的指示一起例如作为数据对（couplet）或类似物进行传输，或者接收针对特性的请求，其中请求本身详述了设备地址。在后一种情况下，网关设备用特性来答复该请求，并且这样做，特性可以与接收实体处的正确地址相关。

在另一实施例中，网关设备本身可以检测在第二网络中的目的地设备的设备特性并存储它。该实施例在建立本地网络期间或之后或者当把新设备添加到现有网络时特别有用。在这里，网关设备在安装时查询它所连接到的设备，以便接收关于它们的特性的信息。如果将新设备添加到网络，则网关设备在检测到新设备时向其查询特性。替代地，在添加到新的或未知的网络时，设备可以向网关设备提供其特性的细节。可以将允许在网关和网络设备之间进行这种信息转送的功能编程到它们之中。

在另一实施例中，网关设备被编程或以其他方式配置为使用NAT表并向它的本地网络中的至少一个设备分配端口，并使用NAT表来提供设备特性可以与之相关的信息。例如，网关可以使用NAT表来将特性与正确的外部地址相关联，并且参考外部地址来传输特性。替代地，网关设备可以结合来自NAT表的信息向节点实体传输设备特性，该信息标识相应设备的内部第二网络地址。例如，如果将针对流的完整NAT元组（内部IP+端口，外部IP+端口）发送到节点实体，则节点实体因此可以明白（figure out）哪个特性属于哪个数据流。另外，网关可以以使得其可以与NAT表中的信息相关的方式存储设备特性，例如与例如IP地址的设备的公共地址或者替代地与IP地址和端口号的组合相关。

在另外的实施例中，网关设备被配置为将涉及至少一个设备特性的信息推送给节点实体或网络节点。在该实施例中，例如一旦网关设备获取、检测或以其他方式接收设备特性，或者替代地当网关设备开始接收时针对尚未包括QoS供应的设备的传入数据流时，在不首先接收针对特性的请求的情况下网关设备就能够传输设备特性。

在替代实施例中，网关设备被配置为从节点实体或网络节点接收针对与至少一个设备特性相关的信息的请求，并且网关设备被配置为根据请求递送信息。在该实施例中，节点实体控制设备特性递送的过程，并且该实施例向处理繁重业务的网络提供优点，因为它允许节点实体仅在其需要设备特性时或者当其能够利用设备特性时才请求设备特性，例如，它可以仅在用于特定目的地设备的数据流需要实际递送时、当网络实际上变得拥塞时、或者替代地例如当节点实体具有处理并入在设备特性中的额外信息的能力时以及在应用所述设备特性以执行QoS管理中才请求设备的特性。最后的示例允许网络仅在其具有足够的网络资源这样做时才应用QoS。

在特定实施例中，网络节点可以是DSLAM。在另一特别有用的实施例中，第二网络是家庭网络，并且网关实体是家庭网关设备。

本发明还涉及一种用于在第一网络和第二网络之间路由数据流的网关设备。在这种情况下，网关设备被配置为从第一网络接收预期到第二网络中的目的地设备的数据流，并且还被配置为标识目的地设备的至少一个特性，并且以使得至少一个特性与数据流相关的方式将目的地设备的至少一个特性传输到第一网络中的节点实体。

第一网络通常是公共网络，并且第二网络通常是与第一网络不同的本地网络。网关设备在第一和第二网络之间的边界处，并且可以在第一网络内具有管理功能。

网关设备可以通过从存储器检索特性来标识特性。替代地，它可以从另一个设备、例如从可以被编程为将特性传输到网关设备的设备本身获取特性。替代地，可以手动地或经由跨互联网或其他公共或私有网络的升级来将特性直接编程到网关设备中。一旦获取，网关设备就可以存储设备特性用于稍后或进一步使用。

在另一实施例中，网关设备被编程、配置、布置或以其他方式能够通过检测特性来标识特性。在另一实施例中，网关设备将进一步将特性存储在存储器中。

在特定实施例中，网关设备被布置为检测目的地设备的特性，并且在针对该特定目的地设备实际接收数据流之前标识该特定目的地设备。在该实施例中，网关设备被布置为在需要设备特性之前获取关于设备特性的必要信息。然后，当数据流递送需要该信息时，可以提供该信息。为了执行该实施例，网关设备例如通过编程获取目的地设备特性，通过检测它或以其他方式获取它，并且然后将其存储以便在需要它时供将来使用。可以对网关设备进行预编程以检测和存储、或接收和存储在网络中与之耦合的设备的特性。网关设备以与目的地设备的某个标识符相关地或者与目的地设备的某个标识符一起存储该特性。标识符可以是地址，例如本地网络IP地址、MAC地址或其他标识符，并且为此，网关设备还标识潜在的目的地设备。然而，虽然本地网络IP地址是有效的标识符，但它可能随时间改变，因此它可能不是标识符的最佳解决方案，并且因此MAC地址是优选的。然而，对于DHCP，通常使用MAC地址将相同的IP地址指派给设备，并且如果是这种情况，则内部IP地址也将随时间而保持相同，并且可以用作标识符。此外，如果使用静态IP地址，则它们也将随时间而保持相同，并且因此可以用作标识符。

在另一实施例中，网关在由第一网络请求时还将目的地设备的特性传输到第一网络。在该实施例中，网关设备被配置为从其他实体，可能是网络节点或其他网络实体，接收对于与至少一个设备特性相关的信息的请求。网关设备被配置为在请求时将信息递送给其他实体。

特别地，设备特性可以包括设备类型、屏幕大小、分辨率或网络连接带宽中的任何一个。

在其他实施例中，网关设备还包括用于标识设备的网络地址转换表。

本发明还涉及一种管理第一网络和第二网络之间的数据流的方法，所述数据流从第一网络中的节点实体通过位于第一网络和第二网络之间的边界处的网关设备传输到第二网络中的目的地设备。在该方法中，网关设备标识目的地设备的至少一个特性，并且以使得至少一个特性与数据流相关的方式，将目的地设备的至少一个特性传输到第一网络中的节点实体。在该方法中，节点实体从网关设备接收目的地设备的至少一个特性，将目的地设备的至少一个特性与数据流相关，并且基于该至少一个特性对数据流执行服务质量管理。

在该方法的又一实施例中，可能执行以下中的任何一个：限制数据流的递送的率;阻塞数据流;保证数据流的带宽;在所述数据流中设置优先级参数;标识数据流的组;以及设置数据流的组的相对优先级参数。只需在数据流本身中设置一个参数可能就足够了，因为如果一个流被标记为“高优先级”，那么与未标记的数据流相比，路由器就可以给予它优先级了。这些都是可能对要递送到目的地设备的数据流执行的合适的QoS动作，但是其他QoS动作也是可能的。

在特别有利的实施例中，数据流包括目的地设备的第一地址，通过该地址，目的地设备可以以某种方式由位于第一网络中的网关和任何节点或设备两者并且使用通常在第一网络中使用的协议来标识。此地址通常是IP地址或使用某些其他已知的地址协议。在该另一实施例中，网关设备以使得其与目的地设备的第一地址相关的方式将目的地设备的至少一个特性传输到节点实体。

在本发明的另一实施例中，家庭网关主动地将信息推送到网络节点。本实施例的第一步骤，设备类型检测，在本领域中是已知的。不同形式的检测是已知的，并且可以单独使用或组合使用。可能性包括诸如UpnP、DLNA、Bonjour和服务定位协议之类的发现协议的使用。这些协议允许设备通过广播使其自身为网络所知并且交换关于其能力的信息。可以主动地使用该方法，例如家庭网关HG发出“谁在那里

”请求或者可以被动地使用该方法，例如HG监听其他设备发送消息。

另一种可能性是使用HG的探测。这可以使用诸如SNMP的管理协议来执行以向设备请求信息。它也可以存在使用探测工具，诸如Nmap（http://nmap.org/）或使用诸如Ping之类的现有探测工具以发现关于本地网络中的设备的信息。

另一种可能性是被动监听，使用TCP/IP采指纹来分析网络行为，或者使用DPI与已知的浏览器标识算法相结合来标识设备的某些特性，并且因此可能还标识设备类型、品牌和型号。

另一种替代可能性是在数据库中执行MAC地址查找，这需要建立这样的数据库，例如利用潜在的目的地设备的所有提供商提供关于在哪些设备中使用哪些MAC地址范围的信息。

替代的可能性是用户的手动配置，例如利用用户在HG上填写web表单。在对此的替代方案中，用户在由递送数据流的网络运营商所提供的web页上填写表单，并且运营商将该信息向下游传输到相应的HG。

一旦HG已经收集了关于本地网络中的各种设备的设备特性的信息，它就通常存储该信息并将该信息与经过HG的各种数据流相关。存储信息可以以与设备相关的方式进行，并且因此需要设备的一些标识符。这例如可以是设备的MAC地址，因为这随时间是持久的。信息可以以与目的地设备的IP地址相关的方式存储，然而这可以随时间而改变，特别是如果它是由DHCP动态分配的话。然而，对于短期使用而言，它提供如下优点：HG更容易执行，因为包括在IP地址中的端口号由HG使用NAT来分配，而设备的MAC地址是在生产时被分配的并且在HG可以使用它之前必须由HG以某种方式获取。

NAT表中的信息由信息的2个元组组成，本地设备使用的本地IP地址和端口号，以及HG用于在公共网络上路由分组而分配的公共IP地址和端口号。将信息映射到内部IP地址，因为那是标识本地设备的IP地址，所以至少只要此IP地址保留分配给特定设备即可。接下来，可以在NAT表中查找该内部IP地址，以找到去往该特定设备的数据流的一个或多个公共IP地址和端口号。设备可以同时具有多个传入数据流，因此单个MAC地址可以与公共IP地址和端口号的一个或多个元组相关联。

在第三步骤中，HG将该信息发送到网络节点，即与特定设备相关联的一个或多个元组（公共IP地址，端口号）以及该设备的一个或多个设备特性。这可以使用适合于此目的的任何协议来完成，无论是标准化的还是非标准化的。例如，可以使用XML模式（schema）对信息编码，并且然后使用HTTP或SOAP等将其发送到网络节点。还可以在其他模式中对信息编码，并且也可以使用其他运送协议。

网络节点接收此信息并将临时存储它，因为该信息仅在将执行QoS管理的时刻是相关的。这可以几乎连续地完成，例如无论何时开始新的数据流，它可以被分配某种优先级类别，或者可以被允许/不被允许。它也可以根据需要或者‘经要求（on demand）’完成，例如当接入线路的带宽拥塞或过度使用或者由于业务繁重而导致积压时。一旦供应网络访问接收设备的设备特性，就可以使用的QoS控制算法和QoS实施措施在本领域中是公知的。

在本发明的替代实施例中，家庭网关根据请求向网络节点递送信息。发现、存储特性并执行QoS管理步骤类似于推送示例。然而，在该实施例中，不同地执行通知网络节点的步骤。在该示例中，执行QoS的网络节点将通常在认为必要时请求该信息。例如，当网络节点发现接入线路的增加使用或者发现拥塞时，它可以从HG请求信息。这一点的缺点是将花费一些时间来接收信息，并且只有在接收到信息之后才能执行QoS管理。然而，优点是当没有网络延迟时，不使用网络来发送信息，并且不需要存储装置来将此信息存储在网络节点中。

本发明还涉及包括在第一网络中并且被配置为传输寻址到第二网络中的目的地设备的数据流的节点实体。所述节点实体被配置为从所述第二网络接收所述目的地设备的至少一个特性，将所述目的地设备的所述至少一个特性与所述数据流相关，并且基于所述至少一个特性对所述数据流执行服务质量管理。节点实体包括处理并且通常是记忆装置或存储器，并且接收确定该节点向其传输数据流的目的地设备的特性的某些特性或其他数据。可以在一个连续传输中完整地传输数据流，或者可以将数据流分割成用于顺序地、连续地或由时间间隙分开传输的部分。该处理被配置为允许节点接收和识别特性或其他数据，并使用某种形式的标识符将其与目的地设备相关。目的地设备的标识符也可以由节点从第二网络接收。替代地，节点可以从第一网络中的其他地方接收标识符，或者可以直接在该节点处输入之。替代地，节点可以向第二网络传输针对特性的请求，并向第二网络传输针对目的地设备的标识符。标识符通常可以是目的地设备的公共地址。然后，节点接收对请求的回复中的特性。

节点通常将数据流传输到目的地设备的公共地址。如本领域技术人员所知，此公共地址通常由网关设备或在第一和第二网络之间的边界处的其他实体保持。

本发明允许接收或目的地设备的特性在用于到家庭或家居网络的下游业务的QoS策略中使用，并且其中网关设备或实体查询与其连接的设备以便接收关于它们的特性的信息，因为这通常不能从家庭或家居网络外部进行。

实际上，本发明还适用于非家居网络，例如商业网络以及包含目的地设备并且由网关设备与向目的地设备提供或递送数据流的网络分开的其他网络。向设备本身的网络外部的QoS策略提供设备特性在数据流递送中提供优点。例如，递送到50”电视屏幕的视频流可能以非常不同于例如递送到台式PC的数据流的方式在功能上给用户以体验。虽然递送这两者的网络可能不能够准确地预测用户对于任何一个体验的需求将是什么，但是可以基于在其上将接收两者之一的设备，目的地设备，的知识做出某些假设。如果目的地设备是具有大屏幕的电视，则可能用户将希望体验具有尽可能小的时间破坏（corruption）、中断和分布式缓冲以及未破坏的声音文件的递送数据流。如果目的地设备是台式PC，则用户不太可能将旨在立即查看数据流并且用户更可能将只希望接收该流作为无差错文件。因此，接收目的地设备的设备特性可以是应用QoS度量的坚实基础。

针对下游业务，换句话说从原始网络WAN行进到目的地网络LAN的业务，要克服的主要障碍是：目的地设备由于使用NAT或者防火墙而对WAN是不可见的。这意味着首先NAT或防火墙之后的设备的特性，即本地网络中的设备的特性从外部不可检测，但其次所有的业务给出了去往作为目的地的HG的印象（impression），因为是HG在其自己的网络中携带所有设备的公共地址。可以通过使HG检测设备特性、检查用于在LAN中进行内部寻址的当前NAT映射或等效系统以及将此通知QoS应用网络节点来克服该障碍。在节点本身处，QoS的管理可以是本领域中已知的任何测量，诸如对某些数据流进行速率限制、阻塞某些数据流、保证某些流的带宽、设置相对优先级参数等。

以这种方式，克服了现有技术中的限制。该技术方案适用于“在顶端”（over-the-top）携带所有业务的情况，它不需要跟踪业务的任何和所有源，并且不需要深度分组检查来在流之间区分。代之以，它独立地或与现有技术中已知的已有QoS机制组合地增加了在其上执行QoS控制的附加维度。

附图说明

本发明的这些和另外的实施例在附图中示出。

图1示出了在其中可以有利地使用本发明的网络布置。

图2示出了本发明的实施例。

图3a示出了本发明的其他实施例。

图3b示出了本发明的替代实施例

图4示出了本发明的其他实施例。

图5示出了本发明的其他实施例。

具体实施方式

图1示出了在其中可以有利地使用本发明的网络布置。将设备的组101收集到本地网络102中，本地网络102由家庭网关或网关设备HG 103经由接入链路104连接到边缘节点105。边缘节点105是公共或更广区域网络WAN 106的一部分。在本地网络102内，使用许多设备和服务。HG 103使用NAT来在WAN业务和本地网络中的业务之间进行转换。该布置的问题是：通常，带宽受限的接入链路104干扰进入网络102中的数据流的流动。本发明通过允许有意义的QoS管理在网络106中应用于预期用于网络102的上游到下游数据业务来克服这个问题。

图2示出了本发明的实施例。设备201a、201b和201c处在由家庭网关HG 203通过接入链路204连接到网络节点205的网络202中。HG 203使用NAT并且包括NAT表206。网络节点205包括QoS管理器207。网络节点205通常可能是边缘节点，因为对于递送数据流到网络202的运营商网络而言在递送点附近执行QoS可能是有利的。然而，这不是必需的，并且节点205可以在相应的运营商网络中更深，并且能够集中监督QoS以用于服务更大数量的家居网络。

在该实施例中，HG 203检测本地网络中的各种设备201a、201b，201c的设备特性或以其他方式例如通过从另一源的下载或通过手动编程来获取它们的特性的细节。设备特性包括设备类型、屏幕大小、分辨率、网络连接带宽、软件和硬件性能等。

HG 203将该设备信息与特定流相关。这允许数据流被递送到设备201a、201b、201c，以匹配到正确相应设备201a、201b、201c的正确的设备特性。流在NAT表206中被标识并且由所使用的公共目的地IP地址和端口来标识。

HG然后通过接入链路204将该信息发送到WAN中的网络节点205。该接入节点然后使用QoS管理器207来执行QoS管理，并且在特定的另外的实施例中是运营商网络中的DSLAM。

网络节点205然后可以使用QoS管理器207来执行QoS管理，并且其中QoS基于如由HG 203标识和传输的设备201a、201b、201c的设备特性。

HG 203可以在将设备特性发送到节点205之前单独地或者与地址转换组合地存储设备特性，或者一旦HG 203获取它们就可以简单地向节点205传输或发送设备特性。HG 203可以与数据流的标识符相结合地发送设备特性，以便允许节点205将数据流与用于当代或未来QoS的适当设备特性结合。例如，标识符可能是预期目的地设备的地址，并且这具有以下优点：节点205可以使用该信息来继续对作为到该设备的数据递送的一部分的流执行QoS，并且还对预期用于该特定目的地设备的任何其他数据流执行未来的QoS，然而，其可以是用于特定数据流的任何其他类型的标识符。对于未来的QoS性能，到特定设备的任何新数据流通常将使用新的NAT绑定，并且因此使用新的端口映射，然而，如果节点实体将特性与本地IP地址一起存储（在该示例中，假设这随着时间的推移保持相同），则它将只需要用于新数据流的NAT绑定信息（即，内部IP+端口，外部IP+端口），并且然后它就可以执行QoS。

替代地，HG 203可以被布置为响应于来自例如节点205这样的上游节点的请求而发送设备特性。在替代实施例中，可以从上游的任何节点，不一定是节点205，发送该请求，并且这虑及过程的管理从WAN内的某其他实体启动。响应于该请求，HG 203将设备特性发送到节点205，或者传输预期用于节点205的它们，并且包括一些信号符（signifier），以允许节点205或其他接收节点将传输的设备特性结合或相关到正确数据流或目的地设备。

图3a示出了本发明的实施例。目的地设备301位于本地网络302中并且连接到网关303，网关303将本地网络302连接到更广的网络304。作为网络302的一部分的设备301可能直接连接到网关303，或者可能存在在设备301和网关303之间传递任何业务的中间实体。网络302可能是包括少数设备的简单星形网络，或者可以是环形网络或具有复杂得多的结构，其中设备之间具有多个通路。替代地，网络302可以仅包括一个设备，即设备301。更广的网络304针对向设备301的递送并且根据在更广的网络304中所使用的协议使用地址305来发送数据流。网关303接收具有地址305的数据流，并且将地址转换成在本地网络302中使用的地址，并使用该地址306来递送它。已经知道数据流将被递送到设备301的网关303检索设备301的特性307并将其传输308到网络304。

图3b示出了本发明的替代实施例。在该实施例中，网络304传输对设备301的特性的请求309，并且网关303在接收到请求309时或之后检索特性307。在检索特性之后，网关303将其传输308到网络304。

图4示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，设备401位于本地网络中，所述本地网络通过不使用NAT但包括防火墙的网关402而连接到更广的网络404。网关402耦合到DCHP服务器403，DCHP服务器403将公共IP地址406提供给目的地设备401。DCHP服务器被示为与网关402分离，但是它可以是网关402的一部分。然而，网络404仍然不知道设备401的地址、身份或任何特性，因为地址在DCHP服务器403处动态地进行分配并且因此可以随时间改变。在这种情况下，本发明的工作如下。网关402检索设备401的特性407，并将其与由DCHP服务器403分配的地址一起传输408到网络404。

图5示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，本地网络中的目的地设备501耦合到不使用NAT的网关502。替代地，网关502耦合到提供商NAT 503，提供商NAT 503本身通过QoS管理器504耦合到内容服务器505。内容服务器505使用在本地网络之外使用的地址协议来传输数据流506。提供商NAT 503将该地址转换为在本地网络中使用的地址，并使用该本地地址传输相同的数据流507。网关502检索设备501的设备特性508，并且将特性509结合某种形式的本地标识符，例如本地地址，发送到QoS管理器504。然而，QoS管理器不知道在本地网络中使用的本地地址，因此提供商NAT 503 向QoS管理器504传输包括本地地址和原始地址两者，如在数据流506中使用的那样，的消息510，提供商NAT 503是已经分配本地地址的设备并且包括允许在本地地址和其他地址之间进行转换的NAT表。QoS管理器504现在可以将本地地址与在数据流506中使用的地址相关，并且因此可以将公共地址与该数据流的本地地址相关，并且因此可以对预期用于设备501的后续数据流执行QoS管理。当提供商NAT503改变设备501的公共地址或者每当数据流到达设备501时，提供商NAT 503可以重传本地和公共地址组合。提供商NAT 503还可以看到设备501的MAC地址，并且作为替代，网关502或提供商NAT 503可以传输包括作为设备501标识符的MAC地址的消息509和510。

在未示出的替代实施例中，网关502将设备特性传输给提供商NAT 503，然后提供商NAT 503向更广的网络提供完整信息，或者提供商NAT 503向网关502传输来自数据流506的更广的地址加上本地标识符，网关502然后将具有更广的地址的特性传输到更广的网络。

Claims (17)

1.一种用于管理第一网络和第二网络之间的数据流的系统，所述系统包括在所述第一网络中的节点实体和位于所述第一网络和所述第二网络之间的边界处的网关实体，

其中所述节点实体被配置为传输寻址到所述第二网络中的目的地设备的数据流，

并且其中所述网关实体被配置为从所述第一网络接收所述数据流；其特征在于，

所述网关实体被配置为：

- 标识所述目的地设备的至少一个特性；

- 以使得所述至少一个特性与所述数据流相关的方式，将所述目的地设备的所述至少一个特性传输到所述第一网络中的所述节点实体；并且进一步其中所述节点实体被配置为：

- 从所述网关实体接收所述目的地设备的所述至少一个特性，

- 将所述目的地设备的所述至少一个特性与所述数据流相关，

- 使用所述至少一个特性来关于与向所述目的地设备的用户递送所述数据流相关的用户需求做出假设，

- 基于这些假设确定将在向目的地设备递送数据流中使用的服务质量度量；

- 应用所述服务质量度量以对所述数据流执行服务质量管理；

其中，所述至少一个特性是设备类型、屏幕大小、屏幕分辨率、目的地设备中存储器的大小或量、或目的地设备中存储器的类型。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数据流包括所述目的地设备的第一地址，并且进一步其中，所述第一地址是所述第一网络中的地址，并且其中，所述网关实体还被配置为以使得其与所述目的地设备的所述第一地址相关的方式将所述目的地设备的所述至少一个特性传输到所述节点实体。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述网关实体还被配置为检测所述第二网络中的所述目的地设备的至少一个设备特性并存储它。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述网关实体还被配置为使用NAT表并且向所述第二网络中的至少一个设备分配端口，并且进一步其中，所述网关实体被配置为检测所述第二网络中的所述目的地设备的至少一个设备特性，并且以使得它可以与所述第一地址相关以及与经由NAT表使用的端口相关的方式存储它。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的系统，其中，所述网关实体被配置为向所述节点实体推送涉及所述至少一个设备特性的信息。

6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的系统，其中，所述网关实体被配置为从所述节点实体接收针对与至少一个设备特性相关的信息的请求，并且其中所述网关实体还被配置为在请求时递送信息。

7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的系统，其中，所述节点实体是DSLAM。

8.根据权利要求1、2和4中任一项所述的系统，其中，所述第二网络是家庭网络，并且所述网关实体是家庭网关设备。

9.一种用于在第一网络和第二网络之间路由数据流的网关设备，所述网关设备被配置为从所述第一网络接收预期用于所述第二网络中的目的地设备的数据流，其特征在于，所述网关设备还被配置为：

- 标识所述目的地设备的至少一个特性；

- 以使得所述至少一个特性与所述数据流相关的方式将所述目的地设备的所述至少一个特性传输到所述第一网络中的节点实体；

其中，所述至少一个特性帮助节点实体确定将在向目的地设备递送数据流中使用的服务质量设置；

其中，所述至少一个特性是设备类型、屏幕大小、屏幕分辨率、目的地设备中存储器的大小或量、或目的地设备中存储器的类型。

10.根据权利要求9所述的网关设备，还被配置为检测所述第二网络中的所述目的地设备的特性并存储它们。

11.根据权利要求9或10所述的网关设备，其特征还在于，在所述第一网络请求时将所述目的地设备的特性传输到所述第一网络。

12.根据权利要求9或10所述的网关设备，其中，设备特性包括设备类型、屏幕大小、分辨率或网络连接带宽中的任何一个。

13.根据权利要求9或10所述的网关设备，还被配置为包括用于标识所述设备的网络地址转换表。

14.一种管理第一网络和第二网络之间的数据流的方法，所述数据流从所述第一网络中的节点实体通过位于所述第一网络和所述第二网络之间的边界处的网关设备传输到所述第二网络中的目的地设备，

其中所述网关设备：

- 标识所述目的地设备的至少一个特性；

- 以使得所述至少一个特性与所述数据流相关的方式，将所述目的地设备的所述至少一个特性传输到所述第一网络中的所述节点实体；

并且其中所述节点实体：

- 从所述网关设备接收所述目的地设备的所述至少一个特性，

- 将所述目的地设备的所述至少一个特性与所述数据流相关，

- 使用所述至少一个特性来关于与向所述目的地设备的用户递送所述数据流相关的用户需求做出假设，

- 基于这些假设确定将在向目的地设备递送数据流中使用的服务质量度量；

- 应用所述服务质量度量以对所述数据流执行服务质量管理；

其中，所述至少一个特性是设备类型、屏幕大小、屏幕分辨率、目的地设备中存储器的大小或量、或目的地设备中存储器的类型。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，对所述数据流执行服务质量管理至少包括以下中的任一个：限制数据流的递送速率；阻塞数据流；保证数据流的带宽；在所述数据流中设置优先级参数；标识数据流的组并设置数据流的组的相对优先级参数。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述数据流包括所述目的地设备的第一地址，并且其中，所述第一地址是所述第一网络中的地址，并且其中：

- 所述网关设备以使得其与所述目的地设备的所述第一地址相关的方式将所述目的地设备的所述至少一个特性传输到所述节点实体。

17.一种包括在第一网络中并且被配置为传输寻址到第二网络中的目的地设备的数据流的节点实体，其特征在于，所述节点实体还被配置为：

- 从所述第二网络接收所述目的地设备的至少一个特性，

- 将所述目的地设备的所述至少一个特性与所述数据流相关，

- 使用所述至少一个特性来关于与向所述目的地设备的用户递送所述数据流相关的用户需求做出假设，

- 基于这些假设确定将在向目的地设备递送数据流中使用的服务质量度量；

- 应用所述服务质量度量以对所述数据流执行服务质量管理；

其中，所述至少一个特性是设备类型、屏幕大小、屏幕分辨率、目的地设备中存储器的大小或量、或目的地设备中存储器的类型。

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