CN111698730A - 流量控制方法、操作系统、端设备及分布式系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种由端设备，尤其是由其上安装的操作系统实现的流量控制方法。该方法包括：基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务；基于识别出的对应服务，匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态；以及对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作。由此在端设备实现对流量服务的识别、匹配和控制处理。本发明通过将流量服务直接部署在端设备上，避免对运营商的依赖。更进一步地，本发明的流量控制方案提供了多维度的服务标识体系，包含多种预置和自定义标识维度，能够由服务方自主选择服务形式，不受限于传统的流量计费模型。本发明还公开了包括上述端设备和服务平台的分布式系统。

Description

流量控制方法、操作系统、端设备及分布式系统

技术领域

本申请涉及端设备，尤其涉及一种能够独自实施流量控制的端设备、操作系统、以及相应的分布式系统。

背景技术

随着智能终端的普及和无线通信技术的发展，人们能够方便地经由移动通信网络(例如，4G网络)和WiFi热点随时随地地接入互联网。终端设备(例如，智能手机)在接入互联网时产生的数据流量通常由移动运营商借助设备上安装的SIM卡进行统计并收取费用。在现有技术中，服务提供方(例如，视频APP厂商)若想对客户端产生的特定流量(例如，视频流量)进行控制，需要运营商提供的详单支持。流量控制对运营商的依赖给服务提供方的服务实施带来了极大的限制，也不利于各类定制型终端设备的发展。

为此，需要一种能够更为自由、灵活的控制端设备流量的方案。

发明内容

为了解决如上至少一个问题，本发明提出了一种在端设备上实现的流量控制方案。该方案通过与端设备的流量收发深度结合，尤其是经由专门定制的操作系统，能够在端设备本身实现对多维度服务流量的识别、统计和处理，从而为实现灵活的服务配置方案提供技术基础。

在本发明的一个方面，提出了一种由端设备实施的流量控制方法，包括：基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务；基于识别出的对应服务，匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态；以及对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作。由此在端设备实现对流量服务的识别、匹配和控制处理。

优选地，上述流量控制可以针对待发送流量和接收到的流量包中的任一或是两者，并根据相应的识别和匹配步骤的结果执行是否发送或是是否接受的操作。

在此，服务标识可以包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段例如，可以包括如下的至少一项：域名；IP地址；应用标识；数据类型；网络类型；自定义标识。另外，识别流量数据对应的服务可以包括：在网络子系统的不同层中识别所述服务标识。由此，为服务的多维度实施提供前提。

上述自定义附加字段可以被打包到待发送的流量数据内，随后可以从接收到的流量数据内获取与在前发送的流量数据内的所述自定义附加字段相应的自定义附加字段作为所述服务标识。

流量控制规则可以包括流量的统计以及其他规则的匹配，为此，状态确定步骤可以包括基于识别出的对应服务更新与所述服务相对应的服务流量统计；以及根据更新的所述服务流量统计确定该服务的当前服务状态。此外，状态确定步骤也可以包括：基于识别出的对应服务获取与所述服务相对应的当前规则参数；将获取的当前规则参数与所述服务的实际状态参数进行匹配；以及根据匹配结果确定该服务的当前服务状态。

根据不同的实现，包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则的服务部署信息可以从服务端或本地获取。

在本发明的另一个方面，提出了一种在端设备上实现的流量控制装置，包括：服务标识识别单元，用于基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务；服务状态确定单元，用于基于识别出的对应服务匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态；以及服务处理操作单元，用于对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作。

优选地，该装置或是端设备还可以包括网络单元，用于流量数据的发送和接收，其中，所述服务标识识别单元从待发送的和/或接收到的流量数据内获取所述服务标识，并且所述服务处理操作单元对所述待发送的和/或接收到的流量数据执行与所述当前服务状态相应的发送或不发送操作和/或获取或丢弃操作。

进一步地，网络单元可以从服务端获取服务部署信息，所述服务部署信息包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则。

优选地，所述服务标识包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段，并且包括如下的至少一项：域名；IP地址；应用标识；数据类型；网络类型；自定义标识。另外，所述服务标识识别单元在网络子系统的不同层中识别所述服务标识。

优选地，该装置或是端设备还可以包括打包单元，用于将待发送的数据打包至待发送的流量数据包，其中，所述打包单元将所述自定义附加字段打包到所述待发送的流量数据包。优选地，所述服务标识识别单元从接收到的流量数据内获取与在前发送的流量数据内的所述自定义附加字段相应的自定义附加字段作为所述服务标识。

优选地，所述服务状态确定单元可以用于：基于识别出的对应服务更新与所述服务相对应的服务流量统计；根据更新的所述服务流量统计确定该服务的当前服务状态，和/或基于识别出的对应服务获取与所述服务相对应的当前规则参数；将获取的当前规则参数与所述服务的实际状态参数进行匹配；以及根据匹配结果确定该服务的当前服务状态。

在本发明的又一个方面，提出了一种实现流量控制的操作系统，包括：服务模块，其上安装有产生流量数据的多个应用，其中，所述应用与服务具有预定的对应关系；控制模块，基于流量数据所对应的服务标识控制流量数据对应服务的开启或关停状态；统计模块，基于服务标识实时统计流量数据对应的服务统计记录，所述服务统计记录被用于确定流量的开启或关停；以及网络模块，基于所述开启或关停状态执行对流量数据的收发或丢弃操作。

优选地，所述统计模块还用于基于所述服务标识和/或当前规则参数对所述流量数据执行流量控制规则匹配。

优选地，所述服务标识包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段，并且包括如下的至少一项：域名；IP地址；应用标识；数据类型；网络类型；自定义标识。

优选地，所述统计模块和所述控制模块根据不同的服务标识在网络子系统的不同层中进行各自的统计和控制操作。

优选地，所述统计模块和所述控制模块通过proc文件系统和Socket API实现统计数据和控制消息在所述操作系统的用户态和内核态之间流转。

优选地，所述统计模块和所述控制模块在所述操作系统的内核态中实现为Netfilter框架的扩展。

优选地，该操作系统还可以包括：打包和解包模块，用于将待发送的流量数据打包成流量数据包并将接收到的流量数据包进行解包，其中，所述打包和解包模块将所述自定义附加字段打包到待发送的流量数据包内，并从接收到的流量数据包中获取相应的自定义附加字段。

优选地，，所述网络模块可以提供基于物理网络接口的服务标识，并且能够根据物理网络接口进行流量数据的收发和统计。

优选地，该操作系统还可以包括：动态配置单元，基于服务及其对应统计规则动态配置所述服务单元、所述控制单元、所述统计单元和所述网络单元的操作，其中所述服务及其对应统计规则从本地和/或服务端获取。所述动态配置单元至少部分可由所述操作系统的用户态中的系统级网络服务实现。

在本发明的一个方面，提出了一种端设备实现流量控制的分布式系统，包括：服务端，用于向端设备下发服务部署信息，所述服务部署信息包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则；以及多个端设备，所述端设备实施如上所述的方法或实现如上所述的装置或安装有如上所述的操作系统，并且基于所述服务端下发的服务部署信息执行流量控制。所述服务端可以根据用户对端设备的服务订购操作下发相应的服务部署信息。

在本发明的另一个方面，提出了一种计算设备，包括：处理器；以及存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法或运行如上所述的操作系统。

在本发明的另一个方面，提出了一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法或运行如上所述的操作系统。

本发明通过例如深度定制的操作系统本身将流量服务直接部署在端设备上，因此不需要单独在网络中部署专有流量计费设备，从而避免对运营商的依赖。更进一步地，本发明的流量控制方案提供了多维度的服务标识体系，包含多种预置和自定义标识维度，从而能够非常灵活的由服务方自主选择服务形式，而不是受限于传统的流量计费模型。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一个实施例的流量控制方法的示意性流程图。

图2示出了本发明中用于描述流量服务的二元组的一个例子。

图3示出了根据本发明一个实施例的流量控制装置的组成框图。

图4示出了根据本发明一个实施例的操作系统的组成模块示意图。

图5示出了实现流量控制的基于Linux的操作系统的系统结构图。

图6示出了本发明的分布式系统中流量服务实施的流程例。

图7示出了根据本发明一个实施例可用于实现上述流量控制方法的计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

流量是一种网络行为的度量，表示网络中某个层次的数据包的总量，单位通常是Bytes(字节)。流量服务通常与某一服务相关，表明该服务使用网络行为的度量和计费，并且通常被描述为由两部分组成：服务标识及流量额度。

在现有技术中，虽然各个服务提供方已经能够提供专门的服务流量控制，例如，地图流量、音频或视频流量，甚至是针对无线热点的流量控制，但是最为常见的流量服务仍然是由移动运营商提供的SIM卡以及对应的流量套餐服务，并且服务提供方的上述针对特定流量种类(例如，地图和音频、视频)的流量控制通常也需要移动运营商参与其中。另外，虽然业已出现了作为一级运营商和用户之间的运营平台的虚拟运营商，但其输出仍然是以SIM卡为主体(实体的或是虚拟的)，而不是某种具体的产品，因此仍然无法解决自定义流量控制所面临的各自问题。

有鉴于此，本发明提出了一种适于在端设备上实现的、能够对各类流量进行灵活完整的控制的方案。在此，端设备指直接与用户交互的终端设备，如智能手机、车载系统等，并且上述流量控制方案可由操作系统实现。通过安装本发明所提出的能够实施流量控制的操作系统，端设备可以在多个维度上对流量服务进行灵活部署和实时控制，并且无需网络流量提供方(例如，移动运营商和无线热点提供方)的介入。

图1示出了根据本发明一个实施例的流量控制方法的示意性流程图。该方法可由端设备在无需移动运营商和无线热点提供方提供流量相关信息和控制的情况下单方面实现，尤其可以经由如下将详述的安装在端设备中的操作系统所实现。

在步骤S110，识别流量数据对应的服务。在此，“服务”可以是广义地指具有某种目的的功能项目，例如端设备自身提供的某种功能(比如，录音“功能”或“服务”)或是服务端通过端设备提供的功能(比如，通过数据下载提供的导航“功能”或“服务”)。在本发明中，可以依赖于多个层面上的技术手段来实现对各个维度上的“服务”的灵活定义。在不同的实施例中，不同的服务可以指代由不同的数据类型实现的功能，例如，音频、视频、地图数据流量服务，也可以指来自不同数据源或是经由特定应用收发的数据实现的功能，例如，来自某一在线学习网站提供的外语学习流量服务，甚至可以是完全自定义的数据维度所实现的功能。识别对应服务可以通过对该流量数据所包含的(或以其他某种方式相对应的)特定服务标识的识别而实现。在此，服务标识可以唯一地标识该服务在流量层面上的形式。如下将详述，该服务标识可以是每个流量数据所默认具有的数据，例如，标准字段，也可以是额外附加的标志位。

随后，在步骤S120，基于识别出的对应服务，匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态。每个服务都可以具有自己的流量控制规则，并且可以在端设备上预先存储上述规则。在确定了流量数据的对应服务之后，便可通过流量控制规则的匹配来进行服务状态的判断。

在一些实施例中，流量控制规则通常可以包括该服务的流量配额。在此情况下，端设备上应该存储有针对该服务的统计信息数据，并且根据相关流量数据的收发进行统计数据的更新。为此，步骤S120可以包括基于识别出的对应服务更新与所述服务相对应的流量统计信息，并且根据更新的所述流量统计信息确定该流量数据的当前服务状态。例如，假设端设备每月的音频流量配额为3G，那么在添加了当前音频流量数据的数据大小后统计数据依然小于3G，可以将当前服务状态确定为正常，否则则可确定为超额。

在其他实施例中，还可以使用其他类型的流量控制规则。例如，有些流量控制规则仅基于服务标识本身，就可以进行当前服务状态的判定。例如，在端设备是车载系统的情况下，当车辆驶入合作加油站时，车载系统可以连入该加油站的无线热点。此时，“合作加油站无线热点”的服务本身就可允许在此热点下的无限量下载(例如，以一定的下载速度上限)。

另外，某些流量控制规则的匹配可能需要引入其他的规则参数。为此，步骤S120可以包括基于识别出的对应服务获取当前规则参数；将获取的当前规则参数与该服务的实际状态参数进行规则条件匹配；以及根据所述规则匹配的结果确定该流量数据的当前服务状态。在某些实施例中，流量控制规则可以包括时间或地址围栏。由此，可以获取端设备的当前时间或位置信息作为实际状态参数，并基于上述信息进行当前服务状态的匹配。例如，如果流量控制规则包括非高峰时段(例如，0:00～7:00)视频流量无限量的规则，则可以获取当前时间信息，如果位于非高峰时段(例如，1:00),则不更新统计信息并直接将当前状态判定为正常。

无论在哪种流量控制规则下，都可以包括额外的告警规则，以便向用户通知即将或已经变化的服务状态。同样是每月3G音频流量的例子，流量控制规则可以额外包括在流量还剩一半、10M、和用尽时向用户告警的规则。例如，当本月统计流量更新为1.5G时，可以将当前服务状态确定为正常待告警，并在后续的处理操作中对用户进行告知(例如，经由弹窗)。

随后，在步骤S130，对该流量数据执行与当前服务状态相应的处理操作，例如在当前服务状态为正常或是符合规则下的常规处理操作，或是超额下的丢弃和警告操作等。

应当了解的是，根据具体实现，可以对待发送的流量数据和接收到的流量数据中的任一或是两者执行上述流量控制方法。

在一个实施例中，针对待发送的流量数据，可以在步骤S110识别该数据包的服务标识。在使用预置的流量服务标识时，例如，使用IP地址或域名作为服务标识时，由于上述服务标识是流量数据中的默认字段，因此可以在数据打包的过程中直接识别上述标识。根据常见的网络传输协议，例如TCP/IP协议，网络子系统自上而下包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层五个层次，而流量数据的发送和接收也需要经过逐层的打包和解包过程。为此，在本发明中，对不同服务标识的获取也可以在网络子系统的不同层中实现，例如，可以在应用层识别域名信息或是在网络层识别IP地址信息。而当预置标识无法满足服务需求时，需要在流量产生过程中(此时为在流量打包过程中)，携带该服务所协商好的自定义服务标识，例如，将应用UID或是自定义关键字(key)实现为流量附属标志位，例如，全局唯一的64位整数。为此，本发明的流量控制方法还可以包括服务标识添加步骤，以将经预先确认的服务标识打包至需要发送的流量数据包内。具体地，可以将上述服务标识打包至网络套接字(socket)，以使得基于该发送的流量数据请求返回的流量数据包也全部能够包括与上述自定义服务标识相同或是相对应的服务标识。随后，在步骤S130，可以根据当前服务状态，对待发送的流量数据包执行发送或不发送的操作。另外，还可以在需要时向用户发出警告，例如，显示屏幕上的弹出框和/或音频警告等。

作为替换或者附加，针对接收到的流量数据包，同样可以解包过程中在网络子系统的不同层获取到预置的或是附加的服务标识。例如，可以在网络子系统的数据链路层中获取作为服务标识的网络类型字段(例如，无线热点)，以进行后续的状态判断和处理操作；也可以在网络子系统的网络层中获取作为服务标识的默认IP字段，以进行后续的状态判断和处理操作；进一步地，可以在网络子系统的传输层中获取作为服务标识的网络套接字上的流量附属标志位(例如，自定义的音频、视频或地图数据类型等)，以进行后续的状态判断和处理操作；还可以在网络子系统的应用层中获取作为服务标识的默认域名字段，以进行后续的状态判断和处理操作。随后，在步骤S130，可以根据当前服务状态，对接收到的发送流量包执行获取或是丢弃的操作。另外，还可以在需要时向用户发出警告，例如，显示屏幕上的弹出框和/或音频警告等。

在一个实施例中，流量数据的服务标识可以包括如下的至少一项：域名；IP地址；应用；数据类型；网络类型；自定义标识，并且可以如上所述在网络子系统的不同层中进行识别。在这其中，域名和IP地址是任何流量数据默认包含的字段，分别可以在发送或是接收行进到应用层或是网络层时获取；表示应用标识、数据类型和其他自定义标识等的附加标志位则可以在传输层经由网络套接字被打包或是获取；网络类型(例如，经由WiFi的无线热点传输还是经由SIM卡的移动通信网络传输)则可以在数据链路层上确定或是进行分配。

在实际应用时，可以根据需要在端设备上部署一种或多种服务，其中每种服务都可以具有相应的服务标识及其对应的流量部署规则。为此，流量服务可以使用二元组来描述。二元组内的每个元素都可以有多维度的表达。图2示出了本发明中用于描述流量服务的二元组的一个例子。

如图所示，二元组包括服务标识和流量额度两个组元。服务标识元素唯一地标识了该服务在流量层面上的形式。应用提供方通常需要支持具体某种服务流量的运营，比如音乐、视频、地图等服务。如果需要对流量进行收费，则应当有某种方式来标识该类流量。图2例示了3种预置标识维度(按应用、按域名、按IP地址)，以及一种自定义的可扩展标识维度。用户可在此添加例如网络类型或是数据类型的标识。流量额度元素则是对服务流量范围的限制描述。在最为简单且常见的流量控制规则中，一种流量服务只需包含单一的限额配置，在超出该限额时，便关停该服务。为了应对更广泛的流量服务需求，本发明优选提供更为丰富的限制策略。如图所示，除了限额外，还可以同时提供告警功能，以及在时间和空间(地址围栏)上的策略配置，例如在特定时间和/或空间范围内执行特定的流量策略。

另外，由于本发明的流量控制方案支持多维度的流量服务表达，因此可能存在一份流量数据同时分属于一种以上服务的情况。例如，车载端设备在与加油站的无线热点自动连接时下载的音频数据，可能同时属于预定的音频服务和加油站无线热点服务两者，即，音频流量数据同时具有音频服务标识和加油站无线热点的服务标识。此时，本发明的流量部署规则可以进一步包括各维度之间的优先级关系。例如，加油站无线热点的无限量下载规则要优先于常规的音频下载规则。

另外，针对流量数据对应服务的识别可能会涉及一个以上的服务标识。例如，经移动通信网络获取的音频数据，就需要音频和移动通信网络(例如，4G网络)这两个服务标识。类似地，针对某一种服务的流量控制规则的判断和后续的处理操作也可能同时涉及多种操作，例如，同时进行的数据包正常发送操作和告警操作。

在实际应用中，端设备可以在售出时自带服务配置信息，或是默认的基础服务配置信息，于是可以直接从本地获取服务对应的标识和流量控制规则。在更广泛的实施例中，服务配置信息可以从云端进行下发或更新。于是，在一个实施例中，本发明的由端设备实施的流量控制方法还可以包括从服务端(例如，服务下发服务器)获取包括服务的服务标识及其对应的流量控制规则(例如，二元组)的步骤。由此，通过云端实现的服务下发能够保证对服务规则的实时更新。例如，端设备在初次启用时可以自行或经由用户选择与服务端相连接，以获取基于设备型号或是客户选择的服务内容的最新部署信息。

本发明的流量控制方案还可以实现为在端设备上实现的流量控制装置。图3示出了根据本发明一个实施例的流量控制装置的组成框图。该流量控制装置300可以在端设备上实现，例如，可以实现为端设备的一部分。

如图3所示，流量控制装置300可以包括服务标识识别单元310、服务状态确定单元320以及服务处理操作单元330。服务标识识别单元310可以基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务。服务状态确定单元320可以基于识别出的对应服务匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态。服务处理操作单元330则可用于对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作。

在一个实施例中，该流量控制装置300或者端设备本身可以包括网络单元，用于流量数据的发送和接收，并且根据具体实现，服务标识识别单元310从待发送的流量数据、接收到的流量数据或上述两者获取所述服务标识，服务状态确定单元320可以基于识别出的服务标识进行规则匹配。相应地，服务处理操作单元330对待发送的流量数据、接收到的流量数据或上述两者执行与所述当前服务状态相应的发送或不发送的操作抑或是获取或丢弃的操作。进一步地，该网络单元可以从服务端获取包括服务的服务标识及其对应的流量控制规则。

类似地，服务标识包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段，并且包括如下的至少一项：域名；IP地址；应用；数据类型；网络类型；自定义标识。另外，服务标识识别单元310可以在网络子系统的不同层中识别所述服务标识。

在一个实施例中，该流量控制装置300或者端设备本身还可以包括打包单元，用于将待发送的数据打包至待发送的流量数据内，例如，将自定义附加字段打包到待发送的流量数据内。相应地，在需要对接收到的流量数据应用服务规则时，服务标识识别单元310可以从接收到的流量数据内获取与在前发送的流量数据内的自定义附加字段相应的(例如，相同的或是一一对应的)自定义附加字段作为所述服务标识。

服务状态确定单元320可以对识别出的对应服务适配灵活的流量额度策略。在一个实施例中，服务状态确定单元320可以用于：基于识别出的对应服务更新与所述服务相对应的服务流量统计；根据更新的所述服务流量统计确定该服务的当前服务状态，和/或基于识别出的对应服务获取与所述服务相对应的当前规则参数；将获取的当前规则参数与所述服务的实际状态参数进行匹配；以及根据匹配结果确定该服务的当前服务状态。

以上结合图1-3描述了根据本发明的在端设备上实现的流量控制方案。该方案通过对流量数据本身的识别、匹配(统计)和处理，摆脱了对运营商的依赖，使得能够对端设备上产生的各类流量进行多维度地统计和控制，这些流量可以是跨多个应用的流量，也可以同时包含加密和不加密数据，并且都能够通过本发明所公开的方案在端设备处实现灵活而完整的控制。为此，使得端设备的生产厂商、应用提供商或是云服务商能够在无需运营商参与的情况下进行流量服务部署，并保证服务实施的灵活性。

针对当前互联网服务所面临的复杂性，本发明的上述多维度服务表达和实施方案尤其适于在操作系统层面实现，以保证对各种服务维度和流量控制规则的妥善实现。

图4示出了根据本发明一个实施例的操作系统的组成模块示意图。如图所示，本发明的操作系统是能够在端设备商安装以进行流量控制下操作系统，具体可以包括服务模块410、控制模块420、统计模块430和网络接口模块440等功能模块。

当本发明的操作系统被安装在端设备上时，可以在服务模块所对应的服务层410中安装并运行多个应用(例如，图中所示的APP 1-3)。多个应用在使用过程中产生各自的流量数据，因此服务是需要借助安装的应用来实现的。根据服务的不同维度，服务和应用可以具备多种不同的预定对应关系，所述对应关系可由服务与其对应的服务标识和流量控制规则所确定。例如，一个应用可以产生分属于多个服务的流量数据(例如，APP 1涉及服务1和服务2)，一种服务也可以涉及多个应用(例如，服务2涉及APP1和APP 2)，并且服务和应用也可以是一一对应的关系(例如，对应于APP3的服务3)。当使用预置的流量服务标识时，服务逻辑的实现中并不需要显式的指定标识。只有在预置标识(例如，默认的IP地址或是域名)无法满足服务需求时，才需要在流量产生的过程中加入该服务所协商好的自定义服务标识。该自定义标识通常可以是全局唯一的64位整数，并且可以在传输层被打包至socket上。

控制模块420对流量进行控制，可以基于流量数据所对应的服务标识控制流量数据对应服务的开启或关停状态。换句话说，运行时服务流量首先需要经过对应标识流量的网络权限的检查，一般来说，控制就是指定标识的流量在某个网络系统层次上的开启和关停状态。对应于每个维度的流量，可以分别在网络系统的不同层次进行控制(例如，伴随着流量数据的打包和解包过程)。

统计模块430可以基于服务标识实时统计流量数据对应的服务统计记录，所述服务统计记录被控制模块420用于确定流量的开启或关停。在服务的使用过程中，所产生的流量都会实时统计在目标服务维度的记录中并持久化，例如，存入存储器以防止意外断电对统计数据的影响。统计模块还可用于基于服务标识和/或当前规则参数对所述流量数据执行流量控制规则匹配。同样的，不同的统计维度会在网络系统中的不同层次中实施。

网络模块440可以基于开启或关停状态执行对流量数据的收发或丢弃操作。作为网络层次的底层以及出口，物理网络接口(如SIM卡、WiFi等)同样支持配额，并被提供作为一种全局性的流量服务形式。换句话说，网络模块440可以提供基于物理网络接口(或是基于网络选路)的服务标识，并且能够根据物理网络接口(或是基于网络选路)进行流量数据的收发和统计。

作为多维度流量服务实施过程中的核心能力，流量控制和流量统计决定了服务的起始和终止。控制模块420和统计模块430的功能是交叉地在操作系统的各个层次和组件中实现的。对于标识所在的维度，域名为应用层标识，IP地址为网络层标识，这两种属于网络子系统中的标准字段；而应用标识(例如，UID)和自定义key，则一般实现为流量附属标志位。

本发明的操作系统还包括打包和解包模块，用于将待发送的流量数据打包成流量数据包并将接收到的流量数据包进行解包。上述打包和解包模块可以包括网络子系统的五个层次的功能，并且可以将自定义附加字段打包到待发送的流量数据包内，并从接收到的流量数据包中获取相应的自定义附加字段。

另外，如图4所示，本发明的操作系统还可以包括动态配置单元450，用于基于服务及其对应统计规则动态配置所述服务单元410、所述控制单元420、所述统计单元430和所述网络单元440的操作，其中所述服务及其对应统计规则从本地和/或服务端获取。

本发明用于进行流量控制的操作系统尤其适于基于Linux操作系统实现。图5示出了实现流量控制的基于Linux的操作系统的系统结构图。Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态。内核态控制计算机的硬件资源，并提供上层应用程序运行的环境。用户态对应于上层应用程序的活动空间。应用程序的执行必须依托于内核提供的资源，包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源，内核必须为上层应用提供访问的接口：即系统调用。

如上所述，本发明针对流量的控制和统计需要贯穿于系统整个网络栈中，因此需要一种用于统计数据和控制消息在系统的内核态和用户态之间流转的机制，这在本发明中可以如图5所示依赖proc文件系统和Socket API实现。于是，图4中的统计模块430和控制模块420可以通过proc文件系统和Socket API实现统计数据和控制消息在所述操作系统的用户态和内核态之间流转。

如图所示，控制和统计在内核中的实现是以Linux Netfilter框架的扩展呈现的。对于系统中经过的所有数据包，首先会分解出其对应维度信息，然后进行规则检查。域名和IP地址是两种标准字段，如果用作服务标识，那么在内核中可以通过直接包解析进行统计和控制。而在应用维度和自定义维度作为服务标识的情况下，由于实现为附属标志位，通常需要维护一种从标识到特定服务流量数据之间的映射(如红黑树)。另一方面，由于标识通常是对应于网络套接字(即socket，这通常是在用户态进行标记的)，因此还需要一种能够跟踪该套接字的完整数据传输过程并进行统计和控制的机制。在此可以通过使用Netfilter框架的“连接跟踪”机制完成。

在用户态中，服务使用网络的方式一般分为直接使用Socket API和使用系统级网络服务这两种方式。而作为系统级的网络服务，承载着服务支撑框架中配置入口、控制入口、流量数据持久化和控制策略管理的功能。所有流量服务下发的配置入口从该系统网络服务中进行初始化，包括但不限于服务权限开启/关停、多维度统计规则配置到内核、自定义流量维度标识等功能，上述功能可以结合统计UI(用户界面)、数据平台和待机监控服务一并完成。

如上所述，本发明由端设备实现的流量控制方案可以从不同的途径获得服务及其对应流量控制规则(例如，统计规则)。在一个实施例中，上述标识和配额信息可以在端设备出厂前进行存储，并且端设备可以在例如初始化时从本地读取上述信息并进行服务部署与控制。

作为替换或者附加，端设备也可以从云端获取上述服务部署信息，由此实现云端对各端设备的统一且灵活的管理和更新。为此，本发明还可以实现为一种端设备实现流量控制的分布式系统，包括：服务端，用于向端设备下发服务部署信息，所述服务部署信息包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则；以及多个端设备，端设备能够实施上述流量控制方案，例如，经由安装的操作系统(例如，基于Linux的操作系统)，并且能够基于服务端下发的服务部署信息执行流量控制。

图6示出了本发明的分布式系统中流量服务实施的流程例。在本发明中，服务端可以实现为云端布置的服务平台。服务平台可以向端设备发送服务部署信息(例如，包括服务标识及其配额)。在一个实施例中，服务平台是根据用户对端设备的服务订购操作下发相应的服务部署信息的。所订购的服务可以如上所述被描述为具体的二元组，并下发到端设备上。

端设备在接收到服务部署信息(例如，二元组)之后，可以根据上述信息进行服务开启。服务开启的过程包含维度权限开启、服务状态变更通知和规则配置三个部分。每个服务标识维度都可以配备有对应的权限管理。当需要开启某一服务时，可以在维度所在的网络层次上将对应的权限打开。服务由不可用变为可用时，可以在用户界面上同时进行更新。同时，限额部分的策略需要在统计规则中进行配置，由此确保适时关停。

用户在使用服务时，即会立刻产生流量。为了避免常见的流量超限判断的延迟行为，这里在端设备需要进行实时流量统计的能力(如上所述，可以在操作系统内核中实时进行)。统计数据同时可以在用户态进行持久化，防止在设备重启或关机状态下数据丢失。统计会同时触发对服务规则的匹配，当规则生效时，产生相应的控制消息给控制模块。

当收到统计模块的限制消息时，控制模块能够立即进行相关操作，包括但不限于暂停、关停服务。同时，控制模块可以经由用户界面(UI)进行服务状态变更的通知。

[应用例]

本发明的端设备可以实现为一种车载系统，该车载系统在整车出厂时安装有能够执行流量控制的操作系统，例如，基于本发明深度定制的Linux系统。在出厂时，操作系统中还可以默认安装有一个或多个应用，并且包括如图6所示的控制和统计功能模块。

当用户购得整车并启动车载系统时，可以向车载系统中安插SIM卡或是激活e-SIM卡。随后，用户可以根据用户界面(UI)上显示的向导，选择要订购的服务并进行支付。车载系统向云端发送上述服务订购请求，服务平台下发(对应于图6中的(1))对应的服务部署信息(例如，包括标识和配额)。车载系统基于服务部署信息进行配置(对应于图6中的(2))，例如，在域名、IP地址、应用和自定义等多个维度上进行涉及控制和统计模块两者的配置。随后，用户可以流量控制规则范围内自由使用服务，并且车载系统基于服务标记对产生的流量进行统计以及其他基于规则的匹配操作(例如，告警、超限、超时和地址围栏)，并在必要时关停/暂停服务(对应于图6中的(3)和(4))，并经由UI通知用户。用户随后可以通过续费来重新开启服务。

在传统的流量控制方案中，服务的运营拜托不了运营商的限制。运营商的介入，会产生额外的平台费用以及延迟超限计费的意外费用。另外，由于运营的计费系统只处于网络管道部分，无法与服务深度结合，从而无法实现对服务的灵活部署。

本发明则尤其是通过深度定制的操作系统本身而将流量服务直接部署在端设备上，因此不需要单独在网络中部署专有流量计费设备。更进一步地，本发明的流量控制方案提供了多维度的服务标识体系，包含多种预置和自定义标识维度，从而能够非常灵活的由服务方自主选择服务形式，而不是受限于传统的流量计费模型。

图7示出了根据本发明一个实施例可用于实现上述流量控制方法的计算设备的结构示意图。

参见图7，计算设备700包括存储器710和处理器720。

处理器720可以是一个多核的处理器，也可以包含多个处理器。在一些实施例中，处理器720可以包含一个通用的主处理器以及一个或多个特殊的协处理器，例如图形处理器(GPU)、数字信号处理器(DSP)等等。在一些实施例中，处理器720可以使用定制的电路实现，例如特定用途集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Arrays)。

存储器710可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)，和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器720或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器710可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器710可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。

存储器710上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器720处理时，可以使处理器720执行上文述及的流量控制方法或是运行本发明的操作系统。

此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中限定的上述各步骤的计算机程序代码指令。上述计算机程序代码指令可以实现为操作系统。

或者，本发明还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或计算设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (34)

1.一种由端设备实施的流量控制方法，包括：

基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务；

基于识别出的对应服务，匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态；以及

对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作。

2.如权利要求1所述的方法，其中，基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务包括如下至少一项：

从待发送的流量数据获取所述服务标识；以及

从接收到的流量数据获取所述服务标识。

3.如权利要求1所述的方法，其中，

对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作包括如下至少一项：

对所述待发送的流量数据执行与所述当前服务状态相应的发送或不发送操作；以及

对所述接收到的流量数据执行与所述当前服务状态相应的获取或丢弃操作。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述服务标识包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述流量数据的服务标识包括如下的至少一项：

域名；IP地址；应用标识；数据类型；网络类型；自定义标识。

6.如权利要求5所述的非法，其中，基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务包括：

在网络子系统的不同层中识别所述服务标识。

7.如权利要求4所述的方法，还包括：

将所述自定义附加字段打包到待发送的流量数据内。

8.如权利要求7所述的方法，其中，基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务包括：

从接收到的流量数据内获取自定义附加字段作为所述服务标识，其中从接收到的流量数据内获取自定义附加字段与在前发送的流量数据内的所述自定义附加字段相对应。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

从服务端或本地获取服务部署信息，所述服务部署信息包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则。

10.如权利要求1所述的方法，其中，基于识别出的对应服务，匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态包括：

基于识别出的对应服务更新与所述服务相对应的服务流量统计；以及

根据更新的所述服务流量统计确定该服务的当前服务状态。

11.如权利要求1所述的方法，其中，基于识别出的对应服务，匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态包括：

基于识别出的对应服务获取与所述服务相对应的当前规则参数；

将获取的当前规则参数与所述服务的实际状态参数进行匹配；以及

根据匹配结果确定该服务的当前服务状态。

12.一种在端设备上实现的流量控制装置，包括：

服务标识识别单元，用于基于流量数据所对应的服务标识来识别所述流量数据的对应服务；

服务状态确定单元，用于基于识别出的对应服务匹配该服务的流量控制规则以确定该服务的当前服务状态；以及

服务处理操作单元，用于对所述流量数据执行与所述当前服务状态相应的处理操作。

13.如权利要求12所述的装置，还包括：

网络单元，用于流量数据的发送和接收，

其中，所述服务标识识别单元从待发送的和/或接收到的流量数据内获取所述服务标识，并且

所述服务处理操作单元对所述待发送的和/或接收到的流量数据执行与所述当前服务状态相应的发送或不发送操作和/或获取或丢弃操作。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述服务标识包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段，并且包括如下的至少一项：

域名；IP地址；应用标识；数据类型；网络类型；自定义标识。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述服务标识识别单元在网络子系统的不同层中识别所述服务标识。

16.如权利要求14所述的装置，还包括：

打包单元，用于将待发送的数据打包至待发送的流量数据包，

其中，所述打包单元将所述自定义附加字段打包到所述待发送的流量数据包。

17.如权利要求16所述的装置，其中，所述服务标识识别单元从接收到的流量数据内获取自定义附加字段作为所述服务标识，其中，从接收到的流量数据内获取自定义附加字段与在前发送的流量数据内的所述自定义附加字段相对应。

18.如权利要求13所述的装置，其中，所述网络单元从服务端获取服务部署信息，所述服务部署信息包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则。

19.如权利要求12所述的装置，其中，所述服务状态确定单元用于：

基于识别出的对应服务更新与所述服务相对应的服务流量统计；以及

根据更新的所述服务流量统计确定该服务的当前服务状态。

20.如权利要求12所述的装置，其中，所述服务状态确定单元用于：

基于识别出的对应服务获取与所述服务相对应的当前规则参数；

将获取的当前规则参数与所述服务的实际状态参数进行匹配；以及

根据匹配结果确定该服务的当前服务状态。

21.一种实现流量控制的操作系统，包括：

服务模块，其上安装有产生流量数据的多个应用，其中，所述应用与服务具有预定的对应关系；

控制模块，基于流量数据所对应的服务标识控制流量数据对应服务的开启或关停状态；

统计模块，基于服务标识实时统计流量数据对应的服务统计记录，所述服务统计记录被用于确定流量的开启或关停；以及

网络模块，基于所述开启或关停状态执行对流量数据的收发或丢弃操作。

22.如权利要求21所述的操作系统，其中，所述统计模块还用于基于所述服务标识和/或当前规则参数对所述流量数据执行流量控制规则匹配。

23.如权利要求21所述的操作系统，其中，所述服务标识包括流量数据的默认字段和/或自定义附加字段，并且包括如下的至少一项：

域名；IP地址；应用标识；数据类型；网络类型；自定义标识。

24.如权利要求23所述的操作系统，其中，所述统计模块和所述控制模块根据不同的服务标识在网络子系统的不同层中进行各自的统计和控制操作。

25.如权利要求24所述的操作系统，其中，所述统计模块和所述控制模块通过proc文件系统和Socket API实现统计数据和控制消息在所述操作系统的用户态和内核态之间流转。

26.如权利要求25所述的操作系统，其中，所述统计模块和所述控制模块在所述操作系统的内核态中实现为Netfilter框架的扩展。

27.如权利要求23所述的操作系统，还包括：

打包和解包模块，用于将待发送的流量数据打包成流量数据包并将接收到的流量数据包进行解包，

其中，所述打包和解包模块将所述自定义附加字段打包到待发送的流量数据包内，并从接收到的流量数据包中获取相应的自定义附加字段。

28.如权利要求21所述的操作系统，其中，所述网络模块提供基于物理网络接口的服务标识，并且能够根据物理网络接口进行流量数据的收发和统计。

29.如权利要求21所述的操作系统，还包括：

动态配置单元，基于服务部署信息动态配置所述服务单元、所述控制单元、所述统计单元和所述网络单元的操作，其中所述服务部署信息从本地和/或服务端获取并且包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则。

30.如权利要求29所述的操作系统，其中，所述动态配置单元至少部分由所述操作系统的用户态中的系统级网络服务实现。

31.一种端设备实现流量控制的分布式系统，包括：

服务端，用于向端设备下发服务部署信息，所述服务部署信息包括至少一项服务的服务标识及其流量控制规则；以及

多个端设备，所述端设备实施如权利要求1-11所述的方法或实现如权利要求12-20所述的装置或安装有如权利要求21-30所述的操作系统，并且基于所述服务端下发的服务部署信息执行流量控制。

32.如权利要求28所述的分布式系统，其中，所述服务端根据用户对端设备的服务订购操作下发相应的服务部署信息。

33.一种计算设备，包括：

处理器；以及

存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-11中任一项所述的方法或运行如权利要求21-30中任一项所述的操作系统。

34.一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-10中任一项所述的方法或运行如权利要求18-27中任一项所述的操作系统。

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