CN110072289A - 一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统 - Google Patents

一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统,当多个设备同时连接至一个WiFi AP时,各个设备是分时共享AP的资源的,不同设备基于竞争获得媒体访问权限,不同设备公平竞争。本发明根据不同定制策略动态调整不同设备的优先级,提高用户关心业务对应的设备的优先级,满足用户需求,提高用户体验。且本发明具备很强的扩展性,通过简单扩展,比如可以限制某台设备上的特定应用程序的联网等等,就能满足用户各种差异化的需要。

Description

一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统
技术领域
本发明涉及一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统,属于智能家居的无线技术领域。
背景技术
目前,随着智能化设备的不断普及,以及无线技术的发展,作为智能化设备组网的核心设备无线路由器,越来越多的被每个家庭所使用,传统的无线路由器只是实现最基本的网络功能,然后这已经不能再满足现有智能化设备的需求。
无线路由器需要针对不同智能化设备扩展出更多的功能,例如:应用加速,就是在越来越多的接入无线路由器的智能化设备中,如何保证用户所需要的智能化设备数据传输进程得到最及时的处理,且消耗无线路由器资源最小,是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
Netfilter/Iptables IP信息包过滤系统是一种功能强大的工具,可用于添加、编辑和除去规则,虽然Netfilter/Iptables IP信息包过滤系统被称为单个实体,但它实际上由两个组件Netfilter和 Iptables组成。
Netfilter是负责实际的数据流改变工作的内核模块,而 Iptables则是它的规则配置文件。如图1所示,Netfilter依照 Iptables的规则来运行,Iptables由"链"、"表"、"规则rule"组成, Iptables每一条允许/拒绝或转发等规则必须选择一个挂载点(即链),关联一张表,规则代表了对数据包的具体操作,挂载点代表了操作的位置,表代表了作用的目的。
如图2所示,Iptables在AP的应用层负责修改这个规则文件。一个用户空间的工具,根据系统提供的API,或者驱动程序支持的接口,在一定的策略前提下,调整对设备的控制或者网络资源的分配,从而达到控制网络资源分配的目的。
Iptables的规则组成,又被称为五链四表。
一、五链
网络通信数据流基本模型如图3所示。
对于收到的每个数据包,都从“A”点进来,经过路由判决,如果是发送给本机的就经过“B”点,然后往协议栈的上层继续传递;否则,如果该数据包的目的地是不本机,那么就经过“C”点,然后顺着“E”点将该包转发出去。
对于发送的每个数据包,首先也有一个路由判决,以确定该包是从哪个接口出去,然后经过“D”点,最后也是顺着“E”点将该包发送出去。
协议栈那五个关键点A、B、C、D和E对应Netfilter的5个链 PREROUTING,INPUT,FORWARD,OUTPUT,POSTROUTING。
PREROUTING表示数据包进入路由表之前;
INPUT表示通过路由表后目的地为本机;
FORWARDING表示通过路由表后,目的地不为本机;
OUTPUT表示由本机产生,向外转发;
POSTROUTIONG表示发送到网卡接口之前。
二、四表
1.Filter(表)
filter表是专门过滤包的,内建三个链,可以毫无问题地对包进行DROP、LOG、ACCEPT和REJECT等操作
1)INPUT(链)
INPUT针对那些目的地是本地的包
1.1)规则rule
..
2)FORWARD(链)
FORWARD链过滤所有不是本地产生的并且目的地不是本地 (即本机只是负责转发)的包
2.1)规则rule
..
3)OUTPUT(链)
OUTPUT是用来过滤所有本地生成的包
3.1)规则rule
..
2.Nat(表)
Nat表的主要用处是网络地址转换,即Network Address Translation,缩写为NAT。做过NAT操作的数据包的地址就被改变了,当然这种改变是根据我们的规则进行的。属于一个流的包(因为包的大小限制导致数据可能会被分成多个数据包)只会经过这个表一次。如果第一个包被允许做NAT或Masqueraded,那么余下的包都会自动地被做相同的操作。也就是说,余下的包不会再通过这个表,一个一个的被NAT,而是自动地完成。
1)PREROUTING(链)
PREROUTING链的作用是在包刚刚到达防火墙时改变它的目的地址
1.1)规则rule
..
2)INPUT(链)
2.1)规则rule
..
3)OUTPUT(链)
OUTPUT链改变本地产生的包的目的地址
3.1)规则rule
..
4)POSTROUTING(链)
POSTROUTING链在包就要离开防火墙之前改变其源地址。
4.1)规则rule
3.Mangle(表)
这个表主要用来mangle数据包。我们可以改变不同的包及包头的内容,比如TTL,TOS或MARK。注意MARK并没有真正地改动数据包,它只是在内核空间为包设了一个标记。防火墙内的其他的规则或程序(如tc)可以使用这种标记对包进行过滤或高级路由。注意,mangle表不能做任何NAT,它只是改变数据包的TTL,TOS或MARK,而不是其源目地址。NAT必须在nat表中操作的。
1)PREROUTING(链)
PREROUTING在包进入防火墙之后、路由判断之前改变包
1.1)规则rule
..
2)INPUT(链)
INPUT在包被路由到本地之后,但在用户空间的程序看到它之前改变包
2.1)规则rule
..
3)FORWARD(链)
FORWARD在最初的路由判断之后、最后一次更改包的目的之前mangle包
3.1)规则rule
..
4)OUTPUT(链)
OUTPUT在确定包的目的之前更改数据包
4.1)规则rule
..
5)POSTROUTING(链)
POSTROUTING是在所有路由判断之后
5.1)规则rule
..
Raw(表)
一般是为了不再让Iptables做数据包的链接跟踪处理,跳过其他表,提高性能;
三、数据包过滤匹配流程
数据包过滤匹配流程如图4所示,具体来说,就是Iptables每一条允许/拒绝或转发等规则必须选择一个挂载点,关联一张表,规则代表了对数据包的具体操作,挂载点代表了操作的位置,表代表了作用的目的。
2.4Iptables编写规则
命令格式如下:
[-t表名]:该规则所操作的哪个表,可以使用filter、nat等,如果没有指定则默认为filter
-A:新增一条规则,到该规则链列表的最后一行
-I:插入一条规则,原本该位置上的规则会往后顺序移动,没有指定编号则为1
-D:从规则链中删除一条规则,要么输入完整的规则,或者指定规则编号加以删除
-R:替换某条规则,规则替换不会改变顺序,而且必须指定编号。
-P:设置某条规则链的默认动作
-nL:-L、-n,查看当前运行的防火墙规则列表
chain名:指定规则表的哪个链,如INPUT、OUPUT、FORWARD、 PREROUTING等
[规则编号]:插入、删除、替换规则时用,--line-numbers显示号码
[-i|o网卡名称]:i是指定数据包从哪块网卡进入,o是指定数据包从哪块网卡输出
[-p协议类型]:可以指定规则应用的协议,包含tcp、udp和 icmp等
[-s源IP地址]:源主机的IP地址或子网地址
[--sport源端口号]:数据包的IP的源端口号
[-d目标IP地址]:目标主机的IP地址或子网地址
[--dport目标端口号]:数据包的IP的目标端口号
-m:extend matches,这个选项用于提供更多的匹配参数,如:
-m state--state ESTABLISHED,RELATED
-m tcp--dport 22
-m multiport--dports 80,8080
-m icmp--icmp-type 8
[-j动作]:处理数据包的动作,包括ACCEPT、DROP、REJECT等。
发明内容
目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种根据特定策略动态调整分配资源的方法,包括如下步骤:
步骤1:构建家庭网络拓扑,将多个设备与AP相连接;
步骤2:根据设备当前前台应用的及时性与当前网络状态,判断设备的使用场景;
步骤3:AP接受不同设备的使用场景和ip地址;
步骤4:AP按照体验优先原则或者均衡优先原则对使用场景规定顺序,并按规定顺序对接受到的不同设备的使用场景进行排序;
步骤5:AP使用iptables命令对对应ip地址设备配置相应参数到内核空间的tcp/ip协议栈,提高排序在先使用场景的设备对应IP 地址能获取的带宽或者速率,降低排序在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率。
一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,包括:设备端模块, AP端模块,所述设备端模块包括:场景采集模块,所述AP端模块包括:策略设定模块、场景信息收集模块、状态转移模块、资源分配模块。
作为优选方案,所述场景采集模块,具体功能如下:
1:设定设备当前前台应用分类,类别包括:及时性要求高;及时性要求低;
2:根据前台应用分类,以及设备的当前网络状态确定该设备当前的使用场景为如下4种之一:
场景A,及时性高,当前网络速率大于设定阈值;
场景B,及时性高,当前网络速率小于设定阈值;
场景C,及时性低,当前网络速率大于设定阈值;
场景D,及时性低,当前网络速率小于设定阈值;
3:根据设备使用场景变化,及时上报对应使用场景以及其他相关信息至AP的场景信息收集模块,所述其他相关信息包括:ip地址, mac。
作为优选方案,所述策略设定模块,具体功能如下:
提供用户两种策略:
策略一:为体验优先,使用场景优先级顺序为:场景B>场景D> 场景A>场景C;
策略二:为均衡优先,使用场景优先级顺序为:场景D>场景B> 场景C>场景A。
作为优选方案,所述场景信息收集模块,具体功能如下:
收集设备上报的信息,每个设备的每次上报为一条记录,记录设定固定格式,包含:使用场景,设备ip地址,mac地址,前台应用信息。
作为优选方案,所述状态转移模块,具体功能如下:
根据用户设定的策略,AP当前收集到的使用场景信息的类别,每当任何一个设备上报一条新的使用场景信息时候,触发算法判定,判断是否需要调整资源分配;
所述算法判定,包括如下步骤:
Step1:解析新上报场景信息报告;
Step2:更新场景信息库,可能更新其中一条记录,可能增加一条记录,可能删除一条记录;
Step3:获取设定策略;
Step4:如果策略是体验优先,则按照优先级场景B>场景D>场景 A>场景C,提高在先使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率;
Step5:如果策略是均衡优先,则按照优先级场景D>场景B>场景 C>场景A,提高在先使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率。
作为优选方案,所述资源分配模块,具体功能如下:
利用iptables工具对不同AP进行资源的分配与控制,假设要对 IP地址add1.add2.add3.add4进行限速控制到某值,命令示意如下:
Iptables-t filter-A tc_limiter-s add1.add2.add3.add4-m hashlimit--hashlimit-above$(LIMIT)--hashlimit-burst $(BURST)--hashlimit-name wlan0–jDROP
实现iptables命令对对应ip地址或者其他信息的设备限制资源。
有益效果:本发明提供的一种根据特定策略动态调整分配资源的方法与系统,根据不同定制策略动态调整不同设备的优先级,从而进行动态分配资源的方法。当多个设备连接至一个AP,网络资源形成竞争时,根据不同定制策略动态调整不同设备的优先级,提高用户关心业务对应的设备的优先级,满足用户需求,提高用户体验。且本发明具备很强的扩展性,通过简单扩展(比如可以限制某台设备上的特定应用程序的联网等等),就能满足用户各种差异化的需要。
附图说明
图1为Netfilter/Iptables结构示意图;
图2为Iptables和Netfilter关系图;
图3为网络通信数据流基本模型图;
图4为数据包过滤匹配流程;
图5为本发明的系统结构示意;
图6为家庭网络拓扑结构;
图7为网络中单元的软件分层架构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图5-7所示,一种根据特定策略动态调整分配资源的方法,包括如下步骤:
步骤1:构建家庭网络拓扑,将多个设备与AP相连接;
步骤2:根据设备当前前台应用的及时性与当前网络状态,判断设备的使用场景;
步骤3:AP接受不同设备的使用场景和ip地址;
步骤4:AP按照体验优先原则或者均衡优先原则对使用场景规定顺序,并按规定顺序对接受到的不同设备的使用场景进行排序;
步骤5:AP使用iptables命令对对应ip地址设备配置相应参数到内核空间的tcp/ip协议栈,提高排序在先使用场景的设备对应IP 地址能获取的带宽或者速率,降低排序在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率。
一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,包括:设备端模块,AP端模块。
所述设备端模块包括:场景采集模块,具体功能如下:
(1)设定设备当前前台应用分类,类别包括及时性要求高和及时性要求低;视频、语音类应用为及时性高,其它应用为及时性低。
(2)根据前台应用分类,以及设备的当前网络状态确定该设备当前的使用场景为如下4种之一:
A,及时性高,当前网络速率大于设定阈值
B,及时性高,当前网络速率小于设定阈值
C,及时性低,当前网络速率大于设定阈值
D,及时性低,当前网络速率小于设定阈值
(3)根据设备使用场景变化,及时上报对应使用场景以及其他相关信息(ip地址,mac地址等)至AP的场景信息收集模块。
所述AP端模块包括:策略设定模块、场景信息收集模块、状态转移模块、资源分配模块。
所述策略设定模块,具体功能如下:
提供用户两种策略:
策略一:为体验优先,使用场景优先级顺序为:B>D>A>C。
策略二:为均衡优先,使用场景优先级顺序为:D>B>C>A。
所述场景信息收集模块,具体功能如下:
收集设备上报的信息,每个设备的每次上报为一条记录,可以设定固定格式,包含:使用场景,设备ip地址,mac地址,前台应用信息等,该信息可以根据需求扩展。
所述状态转移模块,具体功能如下:
根据用户设定的策略,AP当前收集到的使用场景信息的类别,每当任何一个设备上报一条新的使用场景信息时候,触发算法判定,判断是否需要调整资源分配。
假设我们设定的是体验优先策略,此时同时有两个client连接至AP,client 1当前的场景为B,client2的场景为C,假设通过场景信息收集模块收集到的client2的ip地址为 add1.add2.add3.add4,利用iptables对IP地址 add1.add2.add3.add4进行限速控制。
所述算法描述如下:
Step1:解析新上报场景信息报告;
Step2:更新场景信息库,可能更新其中一条记录,可能增加一条记录,可能删除一条记录;
Step3:获取设定策略;
Step4:如果策略是体验优先,则按照优先级B>D>A>C,提高在先使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率;
Step5:如果策略是均衡优先,则按照优先级D>B>C>A,提高在先使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率;
所述资源分配模块,具体功能如下:
利用iptables工具对不同AP进行资源的分配与控制,假设要对 IP地址add1.add2.add3.add4进行限速控制到某值,命令示意如下:
Iptables-t filter-A tc_limiter-s add1.add2.add3.add4-m hashlimit--hashlimit-above$(LIMIT)--hashlimit-burst $(BURST)--hashlimit-name wlan0–jDROP
实现iptables命令对对应ip地址或者其他信息的设备限制资源。
实施例:
当多个设备同时连接至一个WiFi AP时,各个设备是分时共享 AP资源的,不同的设备基于竞争获得媒体访问权限,不同的设备公平竞争,这种分配资源的方式无法满足现有用户对设备个性化的要求。本发明为一种根据特定策略动态调整分配资源的方法。当多个设备连接至一个AP,网络资源形成竞争时,根据不同定制策略动态调整不同设备的优先级,提高用户关心业务对应的设备的优先级,满足用户需求,提高用户体验。且本发明具备很强的扩展性,通过简单扩展(比如可以限制某台设备上的特定应用程序的联网等等),就能满足用户各种差异化的需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种根据特定策略动态调整分配资源的方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:构建家庭网络拓扑,将多个设备与AP相连接;
步骤2:根据设备当前前台应用的及时性与当前网络状态,判断设备的使用场景;
步骤3:AP接受不同设备的使用场景和ip地址;
步骤4:AP按照体验优先原则或者均衡优先原则对使用场景规定顺序,并按规定顺序对接受到的不同设备的使用场景进行排序;
步骤5:AP使用iptables命令对对应ip地址设备配置相应参数到内核空间的tcp/ip协议栈,提高排序在先使用场景的设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低排序在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率。
2.一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,包括:设备端模块,AP端模块,其特征在于:所述设备端模块包括:场景采集模块,所述AP端模块包括:策略设定模块、场景信息收集模块、状态转移模块、资源分配模块。
3.根据权利要求2所述的一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,其特征在于:所述场景采集模块,具体功能如下:
1:设定设备当前前台应用分类,类别包括:及时性要求高;及时性要求低;
2:根据前台应用分类,以及设备的当前网络状态确定该设备当前的使用场景为如下4种之一:
场景A,及时性高,当前网络速率大于设定阈值;
场景B,及时性高,当前网络速率小于设定阈值;
场景C,及时性低,当前网络速率大于设定阈值;
场景D,及时性低,当前网络速率小于设定阈值;
3:根据设备使用场景变化,及时上报对应使用场景以及其他相关信息至AP的场景信息收集模块,所述其他相关信息包括:ip地址,mac。
4.根据权利要求2所述的一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,其特征在于:所述策略设定模块,具体功能如下:
提供用户两种策略:
策略一:为体验优先,使用场景优先级顺序为:场景B>场景D>场景A> 场景C;
策略二:为均衡优先,使用场景优先级顺序为:场景D>场景B>场景C>场景A 。
5.根据权利要求2所述的一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,其特征在于:所述场景信息收集模块,具体功能如下:
收集设备上报的信息,每个设备的每次上报为一条记录,记录设定固定格式,包含:使用场景,设备ip地址,mac地址,前台应用信息。
6.根据权利要求2所述的一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,其特征在于:所述状态转移模块,具体功能如下:
根据用户设定的策略,AP当前收集到的使用场景信息的类别,每当任何一个设备上报一条新的使用场景信息时候,触发算法判定,判断是否需要调整资源分配;
所述算法判定,包括如下步骤:
Step1:解析新上报场景信息报告;
Step2:更新场景信息库,可能更新其中一条记录,可能增加一条记录,可能删除一条记录;
Step3:获取设定策略;
Step4:如果策略是体验优先,则按照优先级场景B>场景D>场景A>场景C,提高在先使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率;
Step5: 如果策略是均衡优先,则按照优先级场景D>场景B>场景C>场景A,提高在先使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率,降低在后使用场景设备对应IP地址能获取的带宽或者速率。
7.根据权利要求2所述的一种根据特定策略动态调整分配资源的系统,其特征在于:所述资源分配模块,具体功能如下:
利用iptables工具对不同AP进行资源的分配与控制,假设要对IP地址add1.add2.add3.add4 进行限速控制到某值,命令示意如下:
Iptables -t filter -A tc_limiter -s add1.add2.add3.add4 -m hashlimit --hashlimit-above $(LIMIT) --hashlimit-burst $(BURST) --hashlimit-name wlan0 –jDROP
实现iptables命令对对应ip地址或者其他信息的设备限制资源。
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