CN1801766A - 一种数字家庭网络的业务感知控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字家庭网络的业务感知控制装置及方法，业务感知控制装置包括业务感知模块、业务控制模块、策略库模块和数据记录模块；业务感知控制方法包括业务感知过程和业务控制过程；本发明以业务感知技术为网络调整的基础，可实现多业务的动态流量控制；通过策略与控制分离，实现弹性控制机制；且通过按功能划分得模块设计，使得本发明具备可扩展性。

Description

一种数字家庭网络的业务感知控制装置及方法

                     技术领域

本发明属于数字家庭中网络通讯的技术领域，具体涉及了一种能够识别出传输的数据所属的业务类型并按照相应的控制策略动态调整网络数据传输速率的装置及方法。

                     技术背景

数字家庭网络是随着网络技术的发展和家庭设备的数字化而发展起来的，它是一种有别于目前IP网络的下一代网络。

在数字家庭网络中，接入的设备不再局限于传统的电脑终端，数字化的电话、电视、冰箱等家电也将是网络中重要的组成部分；也就是说，数字家庭网络将是一个融合了IP电话、数字电视、远程家电控制等多种业务的网络。

由于多种业务的整合，数字家庭网络的数据传输量将会变得十分大；同时，不同的业务对于数据传输质量的要求存在着差异，比如说，IP电话对于数据传输的速率和顺序保障要求就比较苛刻，而个人电脑的数据下载要求相对比较宽松。由于数字家庭网络的特点，传统网络那种无视业务区别或是以简单的QoS保障为基础的网络调整技术已经无法满足要求，这就需要新的网络调整方法出现。

业务感知技术是一种区分网络中不同业务流的技术，它能够通过分析网络中数据包的某些特殊字段或是特征数据，得出这些数据所属的业务类型。

目前，业务感知技术还是处于发展阶段，技术上还存在着一些无法解决的难度；市面上出现了一些基于业务感知技术的产品，但基本都是通过分析端口、TOS字段等技术，还没真正达到利用特征数据进行识别的程度，在传统的网络调整中，控制是以简单的访问控制和标记实现的，它只能简单地传送各种业务，难以根据业务的质量需求合理分配带宽，所以通常要为一些重要业务建立专用的传输通道，如电话传输路线；虽然数字家庭是目前的热门方向，对这方面的研究也出现了不少的成果，但大多数的研究是与具体的硬件相结合的，很少有针对网络传输方面的研究；同时，由于业务感知技术本身的不成熟，还无法大规模投入实际应用中，因此，跟业务感知相关的研究主要集中于如何进行感知方面，而具体如何以它为基础搭建一个网络调整构架、如何将其应用到数字家庭网络中还是一片空白。

                     发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数字家庭网络的业务感知控制装置。

本发明的又一目的在于提供一种根据发明目的一的控制装置的数字家庭网络的业务感知控制方法。

为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：

一种数字家庭网络的业务感知控制装置，包括业务感知模块、业务控制模块、策略库模块和数据记录模块；

所述业务感知模块作为网络数据流的接入端将数字家庭网络中的数据流进行分析和划分，形成多个数据量较小的业务流，并通过虚拟通道传送至业务控制模块；

所述业务控制模块作为网络数据流的输出端接收业务感知模块传送过来的数据包，并进行转发、排队、丢弃等操作，实现对数字家庭网络的调整；

所述策略库模块分别与业务感知模块和业务控制模块连接，其存放和管理对整个业务感知及控制过程中涉及的各种规则；

所述数据记录模块分别与业务感知模块和业务控制模块连接，其存放家庭数字网络中各种数据流的统计信息和历史记录。

所述业务感知模块是本发明的基础，它的基本功能是将数字家庭网络中的数据流进行分析和划分，形成多个数据量较小的业务流，方便流量调整和控制；其包括业务感知子模块、分流子模块和统计子模块三部分。

业务感知子模块按照策略库模块的感知策略对网络中的各种数据流的特殊字段或是特征数据进行分析，识别出不同的数据所属的业务类型。目前业务感知技术的实现具有多种方式，包括根据端口号进行业务分析、根据数据包中的TOS字段进行分析、根据数据包中业务特征数据进行分析等等。本发明定义了该模块在整个技术框架上的位置和作用，具体的实现可以根据实际环境的需要，采用合适的技术或是技术的组合，再配以相应的感知策略，灵活地完成整个构架的搭建。

分流模块按照策略库模块中设定的分流策略，将数据包送入业务控制模块中相应的业务控制器。

统计子模块，本模块主要用于统计数字家庭网络中不同业务的数据流量、它们之间的比例关系等等。本模块形成的数据既是控制模块进行流量控制的重要指标，也是智能分析器自动生成各种策略的重要历史依据。

所述业务控制模块由至少两个业务控制器组成，每个业务控制器控制一个虚拟通道传送过来的数据流。控制模块的内部是由多个业务控制器组成的，每个业务控制器负责控制一个虚拟业务通道传送过来的数据：在正常情况下，它实现的主要是简单的转发和删除业务标识；在网络出现拥塞或其它异常情况的时候，它会根据策略库模块中的控制策略，对数据包进行排队或是丢弃等操作，从而达到动态调整自身占用的带宽。

所述策略库模块负责对整个控制过程中涉及的各种规则进行存放和管理，当策略库中的策略发生变更时，策略库模块还负责将变化通知相应的控制模块；策略库模块是本发明灵活性最强的模块，它的内容既可以由系统实现人员预先定制，也允许用户按照自己的喜好设定。通过更改策略库模块中存放的策略，可以实现对整个控制机制的动态调整，实现按需调配。

策略库模块的策略可以细分为三种：感知策略、分流策略和控制策略，它们所对应的内容如下：

感知策略存放业务感知模块对数据流进行分析时遵循的各种规则。感知策略的具体内容是和业务感知子模块采用的实现技术直接相关的，比如说，当业务感知子模块采用端口分析技术的话，感知策略存放的是端口号和业务类型的一个映射表；当采用TOS分析技术的时候，感知策略可能就是TOS的值与业务类型的一个映射表；或者感知子模块采用多种技术结合实现的话，感知策略可能是以上多个表的集合……

分流策略策略存放分流子模块将各种业务数据传送到虚拟通道所遵循的各种规则。在实际应用中，虚拟通道的数量将会远远少于业务类型的数量，因为部分的业务类型的控制机制实际上是完全吻合的，这时就没必要为它们建立单独的控制虚拟通道和控制器，可以将它们送入同一个虚拟通道中进行控制。分流策略记录的正是业务类型和虚拟通道的对应关系。

控制策略存放业务控制器进行流量控制所遵循的各种规则。控制策略从内容上看，一方面记录的是指标性的数据，如不同业务控制器的流量分配比例、优先级别、单个业务控制器需要保障的最小值等等；另一方面，它还要记录执行的方式，如当某个业务控制器的流量出现异常时，对数据包要采用的是直接丢弃的方式还是排队等候的方式等；同时，它还需要记录异常的触发方式等其它控制信息。

数据记录模块的存放两部分数据：共享数据和历史数据库。在工作过程中，统计子模块会及时地将它计算出的各种数据写入共享数据，然后控制模块会从共享数据中获取所需的信息，执行控制后再将执行记录写回历史数据库，记录入历史数据库中；对于共享数据，当统计子模块有新的即时信息写入时，原有数据会自动转存入历史数据库中，以备审核和生成策略时使用。

本发明还设置有智能分析器，所述智能分析器分别与数据记录模块和策略库模块连接，其通过分析数据记录信息，自动形成更加优化的网络调整策略并更新策略库模块。

为了实现发明目的二，采用的技术方案如下：

一种数字家庭网络的业务感知控制方法，包括业务感知过程及业务控制过程；

所述业务感知过程包括：

(1)业务感知子模块从网络上接收数据包；

(2)业务感知子模块根据感知策略分析数据包所属的业务类型并贴上相应的标识；

(3)分流子模块接到数据包之后，根据分流策略将数据送入相应的虚拟通道中，以备业务控制器接收；

所述业务控制过程包括：

(4)业务控制器从虚拟通道中接收数据包；

(5)解除数据包的业务标识；

(6)根据控制策略将数据转发到相应网络上；

(7)转发成功，则进入下一个工作循环；

(8)转发不成功，从数据记录模块中获取统计数据，同时对照控制策略调整自身和其它业务控制器的控制策略；

(9)将调整记录写入数据记录模块中，进入下一个工作循环。

上述技术方案中，所述业务感知过程中，业务感知子模块和分流子模块会将涉及的数据提交到统计子模块，由统计子模块进行统合计算，再将计算结果存放入数据记录模块中。

所述业务感知过程的步骤(2)采用IP和特征数据结合的感知技术，具体感知过程包括以下几个步骤：

(A)解析数据包头部，分析出IP字段；

(B)对感知策略，如果该IP只对应一个业务，则为该包打上标识并传入分流子模块；

(C)否则，继续对数据包的特征数据段进行分析，提取出特征数据；

(D)根据特征数据和IP，对照感知策略，找出该数据包对应的业务并打上标识，传入分流子模块。

所述业务控制过程的控制策略采用排队和紧急业务优先策略，且所述步骤(8)的具体流程如下：

(a)判断是否有业务控制器剩余的带宽；

(b)如有，则占用该业务控制器的剩余带宽，加快数据发送速度；

(c)否则，查询比自己优先级低的业务控制器，强行剥夺该控制器最低保障带宽以外的部分带宽；

(d)如果数据转发还是无法满足，则建立优先队列，按照优先级和先后次序发送数据包。

本发明具有以下特点：

(1)以业务感知技术为网络调整的基础，实现多业务的动态流量控制。以业务感知为基础的网络调整，可以动态区分网络中的各种业务流，再按照业务的不同需求、网络中实时的业务流量信息合理分配网络资源，真正做到既考虑业务需求的差异，又根据网络的实时信息合理安排资源，实现保障重要业务的传输质量和充分利用网络资源的合理协调。

(2)策略与控制分离，实现弹性控制机制。本发明的规则和策略都是由策略库模块统一管理，运行时再由相应的控制模块从策略管理模块中取出。在这种设计下，可以根据实现规模的大小和具体环境调整各种控制策略，也可以根据个人的喜好调整各种应用控制，而不用重新对系统进行变更，体现了高度灵活的控制机制；同时，在系统的运行过程中，用户也通过更改控制策略实现对控制规则的动态变更，而不需要先中断系统的运行，实现了动态调整的控制机制。

(3)具备可扩展性。本发明给出的是按功能划分的模块设计，在遵循整个框架设计的情况下，实现者可以根据规模的大小将模块放在不同软硬件上实现，也可以适当调整部分子模块的数量。比如对于单个家庭的数字家庭网络，整个框架可以全部由软件来实现，嵌入到网关当中；对于大型的社区网络来说，每个模块可以由单独的服务器来承担，甚至是一个业务控制器子模块由一个专用的业务承载服务器来承担，由几台服务器共同构成控制模块来保证带宽和性能上的要求。

                     附图说明

图1是本发明的控制系统架构图；

图2是本发明的业务感知过程图；

图3是本发明的业务控制过程图。

                 具体实施方式

下面附图对本发明做进一步的说明。

本发明的控制系统架构图如附图1所示，包括感知模块，感知模块的内部还可以划分为三个子模块：业务感知子模块、分流子模块和统计子模块。

控制模块描述，控制模块的内部是由多个业务控制器组成的，每个业务控制器负责控制一个虚拟业务通道传送过来的数据。

策略库模块，存放三种策略：感知策略、分流策略和控制策略。

数据记录模块，数据记录的存放分为两个部分：共享数据和历史数据库。

智能分析器，智能分析器是一个可选模块，对于规模比较小的数字家庭网络，本模块可以省去，从而减少开发难度和时间。业务感知子模块从网络上捕捉到数据包；

本发明的业务感知流程图如附图2所示，业务感知子模块根据感知策略分析数据包所属的业务类型并为它贴上相应的标识；本实施例采用IP和特征数据结合的感知技术，具体感知过程经过以下几个步骤：

解析数据包头部，分析出IP字段；

对感知策略，如果该IP只对应一个业务，则为该包打上标识并传入分流模块；

否则，继续对数据包的特征数据段进行分析，提取出特征数据；根据特征数据和IP，对照感知策略，找出该数据包对应的业务并打上标识，传入分流模块；

分流模块接到数据包之后，根据分流策略将数据送入相应的业务控制器中；

在上述业务感知执行过程中，业务感知模块和分流模块会将过程涉及的一些数据提交到统计模块，由统计模块进行统合计算，再将结果存放入数据记录中的共享数据部分。

本发明的业务控制过程如附图3所示，控制模块接收到感知模块送来的数据，根据控制策略对各种业务数据的流量进行控制并为数据包拆除业务标识，具体的流程如下：

业务控制器接收数据；

解除数据包的业务标识；

尝试将数据转发到相应网络上；

转发成功，则进入下一个工作循环；

否则，从共享数据中获取统计数据，同时对照控制策略调整自身和其它业务控制器所占用的带宽；本实施例采用排队和紧急业务优先策略的话，控制流程可以如下安排：

判断是否有业务控制器剩余的带宽；

有的话，占用该业务控制器的剩余带宽，加快数据发送速度；否则，查询比自己优先级低的业务控制器，强行剥夺该控制器最低保障带宽以外的部分带宽；对于一些特殊的业务，如安全警报或是防灾警报的话，可以根据策略剥夺大部分业务的所有带宽；

如果数据转发还是无法满足，则建立优先队列，按照优先级和先后次序发送数据包。

将调整记录写入数据记录中的历史数据库，进入下一个工作循环。

本实施例假定在一个数字家庭网络调整框架中，各种策略的设置如下表所示：

策略类型	对应模块	策略内容
			感知策略	业务感知模块	通过IP和特征数据结合的方式区分业务类型
分流策略	分流模块	IP电话业务发往业务控制器1，
			数字电视业务发往业务控制器2
		宽带网络业务发往业务控制器3
			温度调节信息、光亮调节信息发往业务控制器4
		火灾预警信息、防盗预警信息发往业务控制器5
			控制策略	业务控制器1	排队和紧急业务优先策略；带宽不足时触发异常；优先级4；
业务控制器2	排队和紧急业务优先策略；带宽不足时触发异常；优先级3；
		业务控制器3		排队和紧急业务优先策略；带宽不足时触发异常；优先级2；
业务控制器4	排队和紧急业务优先策略；带宽不足时触发异常；优先级3；
		业务控制器5		紧急预警策略；有数据通过时触发异常；优先级7；

当用户在拨打IP电话的时候，网络中将会充斥着大量来自IP电话的数据，它们在网络中流动时首先会被感知模块捕获并进行分析。

感知模块中的业务感知子模块首先会对捕获的信息的头部进行分析，解析出其中的IP段；根据IP地址，业务感知子模块很快就可以确定这个信息包是属于IP电话业务的，那么它就不需要进一步分析，可以直接为信息包打上IP电话业务的标签并送入分流子模块；分流模块则会按照设定的策略，将它送往业务控制器1；同时，统计模块会把刚刚记录的结果送往数据记录模块的共享数据区。

业务控制器1接收到数据包后，它首先会将数据包的业务标签解除掉，同时尝试将数据包发往目的地；如果数据包能顺利发送出去，则业务控制器1接着等待后面的数据包到来；否则，它会从共享数据区拿出统计数据，对照控制策略察看是否有业务控制器存在剩余带宽。假如说目前数字电视没有开启，它所属的业务控制器2正好存在多余的带宽，那么业务控制器1将它的多余带宽增加到自己身上，加快数据转发速度；假如不存在剩余带宽的话，业务控制器1则需要从优先级比自己低的控制器，比如说从业务控制器3中强行剥夺部分带宽，以保证通话的质量。

对于从温度感应器发出信息来说，调整过程会存在着一些差异。首先在感知过程中，业务感知子模块不仅要分析数据包的IP段，还要根据数据包中的特征数据字段判别出数据信息是属于温度调节信息还是火灾预警信息。对于温度调节信息，数据转发和网络调整过程与上述的类似；对于火灾预警信息，则进入下述的处理过程。

分流模块接到火灾预警信息包后，会将数据包送入业务控制器5。业务控制器5首先会立即拆解业务标签并转发数据包，同时触发紧急预警策略：剥夺数字电视和宽带网络业务的所有带宽；更改业务控制器4的优先级改为6……总之，业务控制器会按照设定的控制策略，将网络带宽最大限度用于火灾处理信息上边，尽量保障主人的生命财产安全。

Claims (9)

1、一种数字家庭网络的业务感知控制装置，其特征在于包括业务感知模块、业务控制模块、策略库模块和数据记录模块；

所述业务感知模块作为网络数据流的接入端将数字家庭网络中的数据流进行分析和划分，形成多个数据量较小的业务流，并通过虚拟通道传送至业务控制模块；

所述业务控制模块作为网络数据流的输出端接收业务感知模块传送过来的数据包，并进行转发、排队、丢弃等操作，实现对数字家庭网络的调整；

所述策略库模块分别与业务感知模块和业务控制模块连接，其存放和管理对整个业务感知及控制过程中涉及的各种规则；

所述数据记录模块分别与业务感知模块和业务控制模块连接，其存放家庭数字网络中各种数据流的统计信息和历史记录。

2、根据权利要求1所述的数字家庭网络的业务感知控制装置，其特征在于所述业务感知模块包括业务感知子模块、分流子模块和统计子模块三部分。

3、根据权利要求1或2所述的数字家庭网络的业务感知控制装置，其特征在于所述业务控制模块由至少两个业务控制器组成，所述每个业务控制器控制一个虚拟通道传送过来的数据流。

4、根据权利要求3所述的数字家庭网络的业务感知控制装置，其特征在于所述策略库模块存放如下三种策略：

感知策略，存放业务感知子模块对数据流进行分析时所遵循的各种规则；

分流策略，存放分流子模块将各种业务数据流传送到虚拟通道所遵循的各种规则；

控制策略，存放业务控制器进行流量控制所遵循的各种规则。

5、根据权利要求4所述的数字家庭网络的业务感知控制装置，其特征在于还设置有智能分析器，所述智能分析器分别与数据记录模块和策略库模块连接，其通过分析数据记录信息，自动形成更加优化的网络调整策略并更新策略库模块。

6、一种数字家庭网络的业务感知控制方法，其特征在于包括业务感知过程及业务控制过程；

所述业务感知过程包括：

(1)业务感知子模块从网络上接收数据包；

(2)业务感知子模块根据感知策略分析数据包所属的业务类型并贴上相应的标识；

(3)分流子模块接到数据包之后，根据分流策略将数据送入相应的虚拟通道中，以备业务控制器接收；

所述业务控制过程包括：

(4)业务控制器从虚拟通道中接收数据包；

(5)解除数据包的业务标识；

(6)根据控制策略将数据转发到相应网络上；

(7)转发成功，则进入下一个工作循环；

(8)转发不成功，从数据记录模块中获取统计数据，同时对照控制策略调整自身和其它业务控制器的控制策略；

(9)将调整记录写入数据记录模块中，进入下一个工作循环。

7、根据权利要求6所述的数字家庭网络的业务感知控制方法，其特征在于在所述业务感知过程中，业务感知子模块和分流子模块会将涉及的数据提交到统计子模块，由统计子模块进行统合计算，再将计算结果存放入数据记录模块中。

8、根据权利要求6或7所述的数字家庭网络的业务感知控制方法，其特征在于所述业务感知过程的步骤(2)采用IP和特征数据结合的感知技术，具体感知过程包括以下几个步骤：

(A)解析数据包头部，分析出IP字段；

(B)对感知策略，如果该IP只对应一个业务，则为该包打上标识并传入分流子模块；

(C)否则，继续对数据包的特征数据段进行分析，提取出特征数据；

(D)根据特征数据和IP，对照感知策略，找出该数据包对应的业务并打上标识，传入分流子模块。

9、根据权利要求8所述的数字家庭网络的业务感知控制方法，其特征在于所述业务控制过程的控制策略采用排队和紧急业务优先策略，且所述步骤(8)的具体流程如下：

(a)判断是否有业务控制器剩余的带宽；

(b)如有，则占用该业务控制器的剩余带宽，加快数据发送速度；

(c)否则，查询比自己优先级低的业务控制器，强行剥夺该控制器最低保障带宽以外的部分带宽；

(d)如果数据转发还是无法满足，则建立优先队列，按照优先级和先后次序发送数据包。