CN110177056A - 一种自动适应的带宽控制方法 - Google Patents

一种自动适应的带宽控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动适应的带宽控制方法，包括：网络接入设备采用分布式部署，多个终端设备接入不同的网络接入设备，归属于同一企业账户的多个终端设备在该企业账户总签约带宽限制下，不同的网络接入设备为该企业不同的终端设备进行带宽自动适应分配，不同的网络接入设备单独计算在一个周期内该网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的带宽控制值；按照计算所得的带宽控制值，对下一个周期网络接入设备下的该企业已接入的终端设备进行带宽限速操作。本发明方法使得面向企业级的网络接入系统可以为归属于同一企业不同用户提供一个共享资源的带宽，并按照带宽使用情况实时动态调整每一个终端接入设备所分配的带宽控制值。

Description

一种自动适应的带宽控制方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种自动适应的带宽控制方法。
背景技术
以智能制造为主导的第四次工业革命正在席卷而来，全球进入“数字化转型”的工业4.0时代，智能制造是利用物联网、云计算、大数据等新一代信息技术，实现对设备、控制、车间、企业、协同的五个系统层级，企业加快数字化转型是实现智能制造的必要手段，数字化转型的核心技术离不开智能互联，越来越多的企业需要支持全球化互联的网络接入系统，也意味着面向企业级的网络接入系统将成为一个分布式部署的管理架构，因此也就需要网络接入系统支持高效的分配签约带宽，从而充分保障带宽利用率，以及动态自适应管理带宽分配。
在面向企业级的网络接入系统中，面临着账户分级，带宽共享，以及如何灵活的控制不同终端设备的带宽，成为了网络接入系统中最关键的部分。基于现有带宽控制方案存在很过的应用缺点。
在传统的带宽控制系统下，可以实现单点接入的网络带宽管理、或者静态的网络带宽管理，这样导致分配值的时候考虑的因素比较单一，通常都是采用一个固定分配的方式，因此在分配方式上必然会导致与实际使用情况不一致，造成带宽资源分配不均衡，不能根据不同地区的接入点带宽使用情况动态调整，从而无法充分利用签约的带宽。
已有的一些带宽管理方法可以支持多接入点的带宽分配，更具体的是现有已经开发出一个管理中心服务系统，通过信令交互去分配带宽，然而随着网络接入系统的全球化部署，中心化的管理机制，将面临极大的可扩展问题；同时多群组，多用户都从中心化服务系统获取带宽信息，这将使得整个流程变得低效；另外一旦中心化服务异常，将导致整个网络接入系统异常，无法正常对外提供服务。
最后现有的带宽控制基于端口，或者用户，无法被企业级共享带宽的理念所使用，存在着无法动态、实时调整带宽，也无法实现按需分配，以及终端接入设备分级分配带宽。
申请号为201410156088.6(申请公布号为CN 103957566 A)公开了一种带宽控制方法和带宽控制设备，包括：带宽控制设备获取移动终端的接入请求，所述接入请求用于指示所述移动终端请求通过固定终端的家庭网关接入互联网；所述带宽控制设备获取所述固定终端的签约带宽；所述带宽控制设备将分配给所述固定终端的带宽调整为第二带宽，所述第二带宽大于所述固定终端的签约带宽。该技术方案用于降低移动终端的接入对固定终端的用户体验的影响，但是无法对分布式部署的网络按照带宽使用情况实时动态调整每一个终端接入设备所分配的带宽控制值。
发明内容
本发明所要解决的问题是为分布式部署的网络接入系统提供一种自动适应的带宽控制方法，使得面向企业级的网络接入系统可以为归属于同一企业不同用户提供一个共享资源的带宽，并按照带宽使用情况实时动态调整每一个终端接入设备所分配的带宽控制值。
一种自动适应的带宽控制方法，包括以下步骤：
网络接入设备采用分布式部署，多个终端设备接入不同的网络接入设备，归属于同一企业账户的多个终端设备在该企业账户总签约带宽限制下，不同的网络接入设备为该企业不同的终端设备进行带宽自动适应分配。
所述的带宽自动适应分配，具体包括：
1)不同的网络接入设备单独计算在一个周期内该网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的带宽控制值；
2)按照步骤1)计算所得的带宽控制值，对下一个周期网络接入设备下的该企业已接入的终端设备进行带宽限速操作。
步骤1)中，所述的带宽控制值的计算包括：
a)采集不同网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备本周期内的流量值，上报该流量值和对应终端设备类型至数据库存储；
b)从数据库得到不同网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的类型和流量，不同的终端设备对应不同的权重值；
c)计算不同网络接入设备下该企业每一个已接入的终端设备的类型权重；
d)计算不同网络接入设备下该企业每一个已接入的终端设备的流量权重；
e)根据步骤c)得到的该企业每一个已接入的终端设备的类型权重和步骤d)得到的该企业每一个已接入的终端设备的流量权重以及该企业的总签约带宽M，计算该企业每一个已接入的终端设备的带宽控制值Rb，带宽控制值Rb＝M*(Vb+Tb)/2。
步骤a)中，周期为预设值，通常60s，每个周期都要上传该企业接入的终端设备的类型和周期内的流量。
步骤c)中，所述的类型权重Tb的计算包括：
m为该企业所有已接入的终端设备数，wj为不同终端设备的权重值，yj为不同终端设备对应的流量值；wi为当前计算的终端设备的权重值，yi为当前计算的终端设备的流量值，当前计算的终端设备的类型权重
步骤d)中，所述的流量权重Vb的计算包括：
m为该企业所有已接入的终端设备数，x为当前计算的终端设备的流量值，yi为不同终端设备的流量值，计算当前的终端设备的流量权重Vb，
wj为预设值，根据终端设备类型的不同进行设定，例如手机终端设备wj为0.5，路由器终端设备wj为2.5。
步骤e)中，带宽控制值Rb＝M*(Vb+Tb)/2。
步骤2)中，将步骤e)所得到的带宽控制值Rb应用于下一个周期对应的该企业已接入的终端设备，进行带宽限速操作。
本发明中，网络接入设备采用分布式部署，多个终端设备使用同一企业账户进行接入，从而需要对该企业账户有限带宽进行分配到不同网络接入设备中的不同的终端设备上，基于周期性的基础，依据本网络接入设备所终端接入设备权重占比(即类型权重)，以及本周期内终端设备接入的带宽使用率(即流量权重)，依据这两个占比参数预估下一时刻本网络接入服务器带宽。实现动态自适应调整各个终端设备的带宽控制值，从而达到企业共享带宽被合理分配到不同的终端接入设备上。
本发明中，企业的总签约带宽，为群组共享带宽，为归属于企业账户的终端接入设备在网络接入系统可用带宽总和，该企业的所有用户在网络接入系统中均为此群组的子账号，其产生的带宽数据均归属于该群组带宽。
通过分布式部署的网络接入系统采用数据库集群，成熟的数据库集群为整个系统的运行提供高可用保障。数据代理访问采用专线直连数据中心，这使得面向全球化的网络接入服务部署得以快速实现，可以保证整个系统具有极高的数据访问速度，同时也解耦了各个模块之间的联系。
在周期性的基础上，每一个网络接入设备进行采集本设备所接入的所有用户信息，包括本周期内带宽使用数据，接入终端信息(终端接入型号、终端接入方式)，将以上所有数据直接上报到数据库集群中。
每一个分布式部署的网络接入设备在周期性的基础上或者预定的触发事件发生后，通过数据库集群获取当前用户群组的签约带宽信息，同时通过高精度的统计模块上报本周期内用户带宽使用数据，可以准确的计算出当前上一个周期内，该用户群组在本网络接入设备的带宽使用率，尽管存在当前时刻的带宽使用情况不确定性，但是通过终端接入设备型号权重以及周期时间最小化可以将这种不确定因素最小化。达到带宽的分配相对合理化。
本发明的一个方面在于，提供一种通过区分不同终端接入设备的型号来计算权重，从而达到来更合理的管理带宽，本网络接入设备获取到该用户组所有的接入终端型号数据(当前接入设备的类型，实现终端接入设备带宽阈值分级)，对所有的接入终端安装不同的权重值进行计算终端权重占比。
每一个网络接入设备独立进行带宽使用率计算，仅依靠数据库集群，进行数据查询，多个网络接入设备之间没有依赖，去除了中心化的信令交互，使得整个控制方法存在极高的独立性，可扩展性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明相比现有的带宽管理控制，可以适用于分布式的网络接入系统，并且带宽管理实现去中心化，完全由每个网络接入设备进行独立计算该设备的带宽控制值，具有良好的可扩展性。
本发明相比现有技术，采用动态自适应调整各个网络接入点的带宽控制，实时动态的调整带宽，实现按需分配带宽，充分利用有限的带宽资源。
本发明引入终端设备类型权重占比，通过终端设备类型权重占比，可以非常好的控制带宽阈值，针对不同的终端设备给予的带宽不同，这样可以很好的解决不同设备类型带宽阈值不同的特定场景，使得优先保障的设备类型可以得到较高的带宽阈值。
本发明提出群组带宽控制理念，适用于多账号共享带宽模式的群组类型，具备面向企业级的带宽管理有极大的优势。
附图说明
图1为本发明中分布式部署的网络接入系统的结构示意图；
图2为自动适应的带宽控制方法的流程示意图。
具体实施方式
一种自动适应的分布式带宽控制方法，网络接入设备采用分布式部署，多个终端设备使用同一企业账户进行接入，从而需要对该企业账户有限带宽进行分配到不同网络接入设备中的不同的终端设备上，基于周期性的基础，依据本网络接入设备所终端接入设备权重占比(即终端设备的类型权重)，以及本周期内终端接入设备带宽使用率(即终端设备的流量权重)，依据这两个占比参数预估下一时刻网络接入设备下该企业接入的终端设备的带宽。实现动态自适应调整各个终端设备的带宽控制值，从而达到企业共享带宽被合理分配到不同的终端接入设备上。
所述方法还包括：在周期性的基础上，每一个网络接入设备进行采集本设备所接入的所有用户信息，包括本周期内带宽使用数据，接入终端信息(终端接入型号、终端接入方式)，将以上所有数据直接上报到数据库集群中。
所述方法还包括：每一个分布式部署的网络接入设备在周期性的基础上或者预定的触发事件发生后，通过数据库集群获取当前用户群组的签约带宽信息，同时通过高精度的统计模块上报本周期内用户带宽使用数据，可以准确的计算出当前上一个周期内，该用户群组在本网络接入设备的带宽使用率，尽管存在当前时刻的带宽使用情况不确定性，但是通过终端接入设备型号权重以及周期时间最小化可以将这种不确定因素最小化。达到带宽的分配相对合理化。
所述方法还包括：提供一种通过区分不同终端设备的型号来计算权重，从而达到来更合理的管理带宽，本网络接入设备获取到该用户组所有的接入终端型号数据(当前接入设备的类型，实现终端接入设备带宽阈值分级)，对所有的接入终端安装不同的权重值进行计算终端权重占比。
所述方法还包括：每一个网络接入设备独立进行带宽使用率计算，仅依靠数据库集群，进行数据查询，多个网络接入设备之间没有依赖，去除了中心化的信令交互，使得整个控制方法存在极高的独立性，可扩展性。
下面结合示例性的网络接入系统对本发明作进一步解释以提供对本发明的透彻理解，尽管本发明适合与使用服务器或数据库系统一起使用，但是不限于与特定类型的网络接入系统一起使用。
首先我们提出了企业账户共享带宽的概念，即归属于该企业账户下所有的子账户或者子设备进行网络访问时允许占用的带宽总和数据，网络接入设备会根据企业账户所购买的有限带宽(即该企业的总签约带宽M)，按照不同策略进行控制不同接入终端设备的带宽。涉及到的相关数据保存在数据库中。数据库中每一个企业账户都将有一定数量的子账户或者子设备。在网络接入系统中，通常是需要经过AAA认证(Authentication、Accounting，Authorizatjion)对终端设备进行接入控制，当接入设备认证通过后，为实现本发明所述的自动适应的分布式带宽控制方法，以实现控制不同的接入设备享有不同的带宽。包括：
本发明的具体实施方式如图1所示，示出了网络接入系统实施例，包括在网络接入系统中的若干部分可以是软件、硬件或者软件和硬件的组合，根据一些实施例，提供了多个网络接入设备，其中多个网络接入设备是分布式独立部署的，一般这些网络接入设备可用来提供给终端设备(例如，手机，计算机，服务器，路由器)的网络接入(虚拟专用网络(VPN))，并且直接进行相对应链路的带宽控制。
一般来说每一个网络接入设备可为很多的终端设备(如终端接入设备A、终端接入设备E、终端接入设备B、终端接入设备D、终端接入设备C)提供网络接入服务，同时也为很多的终端进行管理带宽消耗活动。根据实施例所示，将终端接入设备A以及连接到网络接入设备B，网络接入设备C可以包括成一个企业账户Q的子设备，共享相对应的有限可用带宽值M。
终端接入设备C刚接入时，根据终端接入设备C的设备型号(手机，计算机，服务器，路由器)，选择对应设备型号预置的默认带宽值，此时带宽控制采用的是静态预置参数，不参与实时动态带宽计算，因为刚接入的设备无法获取到上一周期的带宽使用率。
每一个网络接入设备基于周期基础上，进行统计本网络接入设备下的各个终端接入设备的带宽使用值，以及本网络接入设备下的各个终端接入设备型号，分别将所统计到的数据上传写入到数据库中，这样我们可以通过数据库查询到当前时刻某一个终端接入设备的型号，以及上一周期使用的带宽值。根据实施例所示，网络接入设备N1、N2、N3周期性进行统计各个终端接入设备的型号，以及本周期所使用的带宽值。
每一个网络接入设备基于周期基础上，进行针对本网络接入设备下的不同终端接入设备，采用不同的带宽控制策略。如图2所示，一种自动适应的带宽控制方法，包括以下步骤：
网络接入设备采用分布式部署，多个终端设备接入不同的网络接入设备，归属于同一企业账户的多个终端设备在该企业账户总签约带宽限制下，不同的网络接入设备为该企业不同的终端设备进行带宽自动适应分配。
所述的带宽自动适应分配，具体包括：
1)不同的网络接入设备单独计算在一个周期内该网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的带宽控制值；
2)按照步骤1)计算所得的带宽控制值，对下一个周期网络接入设备下的该企业已接入的终端设备进行带宽限速操作。
步骤1)中，所述的带宽控制值的计算包括：
a)采集不同网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备本周期内的流量值，上报该流量值和对应终端设备类型至数据库存储；
周期为预设值，通常60s，每个周期都要上传该企业接入的终端设备的类型和周期内的流量；
b)从数据库得到不同网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的类型和流量，不同的终端设备对应不同的权重值；
c)计算不同网络接入设备下该企业每一个已接入的终端设备的类型权重；
所述的类型权重Tb的计算包括：
m为该企业所有已接入的终端设备数，wj为不同终端设备的权重值，yj为不同终端设备对应的流量值；wi为当前计算的终端设备的权重值，yi为当前计算的终端设备的流量值，当前计算的终端设备的类型权重
d)计算不同网络接入设备下该企业每一个已接入的终端设备的流量权重；
所述的流量权重Vv的计算包括：
m为该企业所有已接入的终端设备数，x为当前计算的终端设备的流量值，yi为不同终端设备的流量值，计算当前的终端设备的流量权重Vb，
wj为预设值，根据终端设备类型的不同进行设定，例如手机终端设备wj为0.5，路由器终端设备wj为2.5。
e)根据步骤c)得到的该企业每一个已接入的终端设备的类型权重和步骤d)得到的该企业每一个已接入的终端设备的流量权重以及该企业的总签约带宽M，计算该企业每一个已接入的终端设备的带宽控制值Rb，带宽控制值Rb＝M*(Vb+Tb)/2。每一个终端接入设备的带宽控制值在周期内均采用以上计算方式。
步骤2)中，将步骤e)所得到的带宽控制值Rb应用于下一个周期对应的该企业已接入的终端设备，进行带宽限速操作。
网络接入设备按照计算得到的对应终端设备的带宽值，进行执行限速操作，限速操作采用常见流量控制工具TC，使用HTB分类算法进行带宽限速(这里不做叙述)。
经过上述过程，可以保证归属同一企业账户的终端接入设备在分布式部署的网络接入系统中实现带宽共享，同时达到了带宽按需分配，并且根据设备分级划分，以上整个带宽计算流程度将基于周期基础，从而达到了带宽动态切换，充分利用有限的带宽资源。
企业Q签约带宽为100Mb，在不同区域存在3个分支机构，假设分别对应北京、上海、广州3个分支机构，对应分支机构分别都部署了一个路由器终端设备，1个移动终端设备。总共是3个路由器终端和3个移动终端设备。如果同时在线，则将会连接到不同区域的网络接入设备中，对应的网络接入设备区域将是北京、上海、广州。此时如果使用现有技术针对不同区域不同类型设备进行自适应带宽分配，将难以实现。通过本发明的自动适应的带宽控制方法，假设本周期内得到北京的路由器终端设备的带宽使用量较小为1Mb，北京的移动终端设备的带宽使用量为3Mb；而广州的路由器带宽使用量为2Mb，广州的移动终端设备的带宽使用量为5Mb；上海的路由器带宽使用量为10Mb，上海的移动终端设备的带宽使用量为2Mb。从而计算当前周期的北京的路由器终端设备的带宽控制值为((1)/(1+3+2+5+10+2)+(1*2.5)/(1*2.5+3*0.5+2*2.5+5*0.5+10*2.5+2*0.5))/2*100＝5.5Mb；
北京的移动终端设备的带宽控制值为((3)/(1+3+2+5+10+2)+(3*0.5)/(1*2.5+3*0.5+2*2.5+5*0.5+10*2.5+2*0.5))/2*100＝8.5Mb；
广州的路由器终端设备的带宽控制值为((2)/(1+3+2+5+10+2)+(2*2.5)/(1*2.5+3*0.5+2*2.5+5*0.5+10*2.5+2*0.5))/2*100＝11Mb；
广州的移动终端设备的带宽控制值为((5)/(1+3+2+5+10+2)+(5*0.5)/(1*2.5+3*0.5+2*2.5+5*0.5+10*2.5+2*0.5))/2*100＝14Mb；
上海的路由器终端设备的带宽控制值为((10)/(1+3+2+5+10+2)+(10*2.5)/(1*2.5+3*0.5+2*2.5+5*0.5+10*2.5+2*0.5))/2*100＝55Mb；
上海的移动终端设备的带宽控制值为((2)/(1+3+2+5+10+2)+(2*0.5)/(1*2.5+3*0.5+2*2.5+5*0.5+10*2.5+2*0.5))/2*100＝5.6Mb；
以上计算带宽控制值通过周期实现自动适应的带宽分配，保证带宽充分被不同区域的不同设备利用。

Claims (8)

1.一种自动适应的带宽控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
网络接入设备采用分布式部署，多个终端设备接入不同的网络接入设备，归属于同一企业账户的多个终端设备在该企业账户总签约带宽限制下，不同的网络接入设备为该企业不同的终端设备进行带宽自动适应分配。
2.根据权利要求1所述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，所述的带宽自动适应分配，具体包括：
1)不同的网络接入设备单独计算在一个周期内该网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的带宽控制值；
2)按照步骤1)计算所得的带宽控制值，对下一个周期网络接入设备下的该企业已接入的终端设备进行带宽限速操作。
3.根据权利要求2所述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述的带宽控制值的计算包括：
a)采集不同网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备本周期内的流量值，上报该流量值和对应终端设备类型至数据库存储；
b)从数据库得到不同网络接入设备下该企业所有已接入的终端设备的类型和流量，不同的终端设备对应不同的权重值；
c)计算不同网络接入设备下该企业每一个已接入的终端设备的类型权重；
d)计算不同网络接入设备下该企业每一个已接入的终端设备的流量权重；
e)根据步骤c)得到的该企业每一个已接入的终端设备的类型权重和步骤d)得到的该企业每一个已接入的终端设备的流量权重以及该企业的总签约带宽M，计算该企业每一个已接入的终端设备的带宽控制值Rb。
4.根据权利要求3所述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，步骤a)中，周期为预设值，为30～90s。
5.根据权利要求3所述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，步骤c)中，所述的类型权重Tb的计算包括：
m为该企业所有已接入的终端设备数，wj为不同终端设备的权重值，yj为不同终端设备对应的流量值；wi为当前计算的终端设备的权重值，yi为当前计算的终端设备的流量值，当前计算的终端设备的类型权重
6.根据权利要求5所述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，wj为预设值，wj为0.5～2.5。
7.根据权利要求3述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，步骤d)中，所述的流量权重Vb的计算包括：
m为该企业所有已接入的终端设备数，x为当前计算的终端设备的流量值，yi为不同终端设备的流量值，计算当前的终端设备的流量权重Vb，
8.根据权利要求3述的自动适应的带宽控制方法，其特征在于，步骤e)中，带宽控制值Rb＝*(Vb+b)/2。
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